吉縣吉昌鎮橋南村塬面保護治理措施

喬吉強

(1.北京中水利德科技發展有限公司太原分公司,山西 太原 030024;2.山西萬水水利勘測設計咨詢有限公司，山西 太原 030024)

吉縣吉昌鎮橋南村屬于黃土殘塬溝壑區，長期以來，水土流失將塬面“撕裂”，塬面逐年萎縮，溝頭前進、溝岸擴張、溝床下切，有的已經危及村鎮邊緣，嚴重制約著當地經濟社會的可持續發展和人民群眾生命財產安全。

按照“因地制宜、綜合治理、集中連片、突出重點、區分輕重緩急”的原則，以疏導地面徑流和改善生態環境為主線，因地制宜配置各項水土保持措施，使黃土高原綜合治理向規模化、合理化推進，建立多目標、多功能、高效益的綜合防治體系。結合塬面不同地形部位及水土流失特點，橋南村塬面保護措施主要有溝邊埂工程、排水管道工程及小型蓄水工程等[1-3]。

1 基本情況

1.1 地理位置

吉昌鎮橋南村地處吉縣縣城南郊，區位優越，地理坐標介于東經110°41′13.65″～110°43′50.16″，北緯36°3′32.22″～ 36°5′39.59″，屬黃土塬溝壑區，本次塬面保護工程共涉及橋南村的4個自然村，分別為結子原自然村、兩滿池自然村、麥垣自然村和煙里自然村，共保護塬面面積8.5 km2。

1.2 地形地貌

項目區屬黃土殘垣溝壑區，經過長期的水流侵蝕，塬地已變成殘塬，沖溝深30～100 m，多呈V字形，溝坡陡峭，溝頭前進較快，溝壁崩塌、滑塌嚴重。總體形成長塬、陡坡、深溝的微地貌景觀。塬面狹長，地形平緩，塬邊破碎，由于切溝侵蝕，塬邊局部地形呈跌水狀或陡崖狀；梁峁坡較長，坡面較緩；溝道切割深，有高山狹谷的地貌特征，蓖梳狀的侵蝕溝切入梁坡，使其地形破碎；梁坡以下溝坡陡，黃土層較薄，有零星紅土裸露，主溝道兩邊岸坡陡直，有二次侵蝕現象。項目區的局部地方，其地貌有塬面直接過渡到深切的溝谷，溝坡陡峭，猶如刀削一般。

1.3 土壤植被

(1)土壤。項目區內土壤以丘陵褐土為主，主要發育在黃土母質上，土壤結構粒狀～塊狀。層次不明顯，質地較輕，土體干旱，土質疏松多孔，母質抗蝕力弱，墾殖系數高，土壤侵蝕嚴重。土壤平均有機質含量7.00 g/kg，氮0.52 g/kg，速效磷4.14 mg/kg，速效鉀38.19 mg/kg。

(2)植被。項目區原始植被破壞嚴重，大部分植被屬人工植被，植被類型無明顯水平分布規律。項目區內有零星的野生灌木、灌叢，主要為檸條、沙棘、胡枝子等。草類主要是白草、衛茅、羊胡草及鐵桿蒿類。人工林以蘋果、刺槐、油松和楊樹為主。

1.4 社會經濟

橋南村經濟以種植業為主，農業生產科技含量低，集約化程度差，受地形地貌及植被條件影響，水土流失嚴重，農業生產抵御自然災害的能力較弱。適宜種植的糧食作物有小麥、玉米等，經濟林以蘋果為主。

根據統計資料，橋南村主要收入為農業，蘋果種植為主要的經濟來源。各業總產值為2300萬元，其中農業產值為1500萬元，占農村經濟總產值的65.22%；其他收入800萬元，占總產值的34.78%。

2 工程總體布置

2.1 布置原則

(1)堅持“集中治理、規模治理”。

(2)堅持社會經濟發展與土地資源保護相統一。

(3)堅持綜合治理與農村發展相結合。

(4)堅持水土流失治理成果鞏固與水土保持功能提高相結合。

(5)堅持因區施策與突出重點相結合。

通過各項水土保持防治措施的實施，提高水土資源利用率，建立塬、溝、坡三位一體、完整的水土流失防御體系，促進生態美化綠化、生產高效化、生活便利化，建立人與自然和諧發展的多目標水土保持防護體系。

2.2 總體布置與措施配置

按照防治措施布置原則，結合塬面不同地形部位及水土流失特點，對各項治理措施進行對位配置。本次橋南村塬面保護工程措施總體布局是：

(1)塬邊筑埂。在塬原周邊的支毛溝的溝頭塬邊上修筑溝邊埂，攔截耕地匯水，增強入滲，防止耕地匯集徑流蠶食塬面，控制塬面殘蝕及溝岸擴張。

(2)塬面建池修渠。在塬面的地勢低洼地帶，借助原有的排水系統，將村莊道路來水引流至蓄水池再排入溝道，從而起到調蓄洪水、美化環境的作用，最大限度地控制水土流失，保護黃土高塬生態安全。

(3)坡面埋管。從塬面到溝底埋設輸水管道，疏導村莊、道路匯水，并安全地從塬面直接送入溝底，防止塬面侵蝕溝的溯源侵蝕。根據地形條件，在低洼處布置蓄水池，將村內降水匯集至蓄水池。為減少泥沙等雜物進入蓄水池，緊鄰蓄水池布置一座沉砂池，為使匯水流入沉砂池，可根據現場地形條件，設置引水渠。雨水進入蓄水池后，通過排水管排至溝道下游，管道中間和末端根據現場條件設置消力池。

通過上述措施的綜合整治，項目區形成了上、中、下三道防線，各項防治措施鑲嵌配套，做到治坡與治溝、工程與林草措施緊密配合，協調發展，互相促進，初步形成完整的塬面保護工程防御體系和立體綜合開發利用的生態經濟體系。

3 塬面保護措施設計

3.1 設計標準

根據《水土保持工程設計規范》(GB 51018—2014)，溝邊埂工程、蓄水池工程和塬面截排水工程的工程設計標準均采用10年一遇短歷時暴雨。

3.2 溝邊埂

修筑溝邊埂工程是黃土高原地區根治塬面陡坡水害，控制塬面水土流失的重要舉措，是保塬固溝的好辦法。根據項目區內溝道分布情況、地形條件以及田塊分布，確定本次溝邊埂布置在溝道外沿，地表徑流容易匯流處，減少溝道沿線徑流匯集能力。保證支毛溝道穩定，不再擴展溝。

根據規范GB 51018—2014，取溝邊埂安全超高0.3 m，田埂邊坡采用1∶1。考慮施工方便，確定溝邊埂的斷面設計尺寸：頂寬0.3 m，埂高0.5 m，底寬1.3 m。建筑材料為黃土，壓實度0.91。

本次設計溝邊埂和溝沿線保留1 m的距離，地界越長，坡度越大的地塊，距離應該留的更大一些。通常情況下，溝邊埂可以緊靠溝沿修筑，以保證耕地面積不減少。

項目區共修筑溝邊埂4.1 km，其中結子原自然村修筑溝邊埂1.0 km，兩滿池自然村修筑溝邊埂1.0 km，麥垣自然村修筑溝邊埂1.2 km，煙里自然村修筑溝邊埂0.9 km。

3.3 蓄水池

由于橋南村在雨后塬面受雨水侵蝕比較嚴重，對田地和溝邊道路房屋構成威脅，當地政府和村民強烈要求建蓄水池收集雨水利用，以保護村民的生命財產安全。因此在結子原自然村和兩滿池自然村各布設蓄水池工程。

塬面排水工程防洪標準按10年一遇6 h最大降雨量設計，當蓄水池達到設計容量后，所來洪水要全部排放，根據實地勘測后，確定塬面排水管道接蓄水池。

由于集水點周邊基本都是果樹，有保苗灌溉需求。因此蓄水池中的水可以用于對周邊田地的應急灌溉。

3.3.1 蓄水池水力設計

(1)結子原村蓄水池。結子原村有現狀土質澇池，沒有完善的排水系統，無法滿足坡面排水要求，需進行改造。結合結子原村蓄水池周邊應急灌溉面積12畝和現場地形情況，確定蓄水池容量為300 m3。蓄水池平面呈圓形，凈直徑14 m，深2.5 m，設計總容量300 m3，由沉砂池、蓄水池組成。蓄水池池頂與地面齊平，最大設計水深為2.0 m，安全超高0.5 m。為防止匯水中雜物及泥沙進入蓄水池堵塞排水管道，先經由沉砂池進行沉淀過濾后進入蓄水池。

(2)兩滿池村蓄水池。兩滿池村有現狀土質澇池，沒有完善的排水系統，無法滿足坡面排水要求，需進行改造。兩滿池村蓄水池依據地形條件，共修建2座蓄水池。結合兩滿池村蓄水池周邊應急灌溉面積2.1 hm2和現場地形情況，確定蓄水池容量為500 m3和300 m3。村東側蓄水池設計總容量500 m3，平面呈圓形，凈直徑18 m，深2.5 m;村西側蓄水池設計總容量300 m3，平面呈圓形，凈直徑14 m，深2.5 m。蓄水池池頂與地面齊平，最大設計水深為2.0 m，安全超高0.5 m。均由沉砂池、蓄水池組成。為防止上游來水中雜物及泥沙進入蓄水池堵塞排水管道，先經由沉砂池進行沉淀過濾后進入蓄水池。

3.3.2 蓄水池結構設計

蓄水池采用C25鋼筋混凝土結構，壁厚0.25 m，底板厚 0.30 m，基礎采用三七灰土換填，厚度 0.5 m，并鋪設C15混凝土墊層0.1 m；沉砂池與蓄水池通過DN600鋼制波紋管相連，凈尺寸長2.5 m，寬1.5 m，深1.5 m，C25鋼筋混凝土結構，壁厚 0.25 m，底板厚 0.3 m，基礎采用三七灰土換填，厚度0.5 m，壓實系數不小于0.95，并鋪設C15混凝土墊層0.1 m，進水口尺寸長0.6 m，寬0.6 m，為使匯水順暢進入沉砂池，可根據地形條件在上游設置引水渠道，斷面尺寸與進水口相同。為了防止人畜進入蓄水池，在蓄水池和沉砂池周邊布設圍欄，鐵藝圍欄高 1.2 m，300 m3蓄水池圍欄總長59 m，500 m3蓄水池圍欄總長72 m。為便于管理，在蓄水池周邊鋪設1 m寬人行步道，采用滲水磚進行鋪設。

3.4 排水管道

3.4.1 管道水力計算

排水管道接蓄水池，當蓄水池容量達到設計容量時，上游來水通過排水管道排入下游溝底。

根據《灌溉與排水工程設計標準》(GB 50288—2018)，排洪管道宜采用無壓流，宜取充盈度為0.6～0.8的非滿流輸水，水力計算可按式(1)：

(1)

式中：Qp為設計排水流量，m3/s；ω為有效過水斷面積，m2；C為謝才系數，m1/2/s；R為水力半徑，m；i為管道水力比降。

經計算，結子原村選用的管道直徑為DN600，過水斷面高0.29 m時，過水流量Qp=0.67 m3/s>0.64 m3/s，h允=0.45 m，h0

兩滿池村選用的管道直徑為DN750，過水斷面高0.49 m時，過水流量Qp=0.68 m3/s>0.66 m3/s。h允=0.56 m，h0

3.4.2 管道工程設計

根據管道水力計算結果、施工規范和安全超高要求，結子原村管道排水工程采用螺旋波紋鋼圓管，管徑600 mm，波距7.5 cm，波高2.5 cm，壁厚3.0 cm，管槽開挖深度1.65 m，底寬1.40 m，開挖坡度1∶0.33，管基人工夯實，管頂覆土厚1.05 m。在排水管道上側焊接20 cm高的限流鋼板，以保證管道無壓運行。

兩滿池村管道排水工程采用螺旋波紋鋼圓管，在管道中間匯水池之前采用管徑600 mm，波距7.5 cm，波高2.5 cm，壁厚3.0 cm，管槽開挖深度1.65 m，底寬1.40 m，開挖坡度1∶0.33，管基人工夯實，管頂覆土厚1.05 m。在管道中間匯水池之后采用管徑750 mm，波距7.5 cm，波高2.5 cm，壁厚3 cm，管槽開挖深度1.8 m，底寬1.55 m，開挖坡度1∶0.33，管基人工夯實，管頂覆土厚1.05 m。在排水管道上側焊接20 cm高的限流鋼板，以保證管道無壓運行。

由于管道材質較輕，為了增強管道的穩定性，管道平面或者豎向轉彎處設置混凝土鎮墩，直管段可根據實際情況每隔20 m設置混凝土鎮墩，鎮墩采用C20混凝土澆筑，寬2.5 m，高2.75 m，厚1.0 m。

3.5 消力池

3.5.1 消力池水力計算

為使管道水流平順下泄送入下游溝道，在管道末端設消力池，池體為混凝土矩形斷面。消力池水力計算根據《淤地壩技術規范》(SL/T 804—2020)進行計算，計算成果見表1。

表1 消力池水力計算成果

3.5.2 消力池設計

根據地形條件，在排水管道出口設置消力池進行消能；管道坡度較陡的，在中間合適位置設置中間消力池。結子原村排水工程設置中間消力池和末端消力池各1座；兩滿池村排水工程設置末端消力池1座。

中間消力池采用C25鋼筋混凝土結構，長5.6 m，寬1.1 m，深3.0 m，胸墻厚0.5 m，側墻厚0.3 m，底板厚0.5 m，基礎處理方式采用三七灰土墊層0.8 m厚，C15混凝土墊層0.10 m。

管道末端消力池采用C25鋼筋混凝土結構，長10.00 m，凈寬1.35 m，深3.00 m，胸墻厚0.5 m，側墻厚0.3 m，底板厚0.5 m，基礎鋪設砂礫石墊層0.6 m，C15混凝土墊層0.25 m，消力池出口鋪設鉛絲籠石，長10 m，寬4 m，厚1 m。

3.6 植被措施

在管槽回填后的區域栽植紫穗槐，選取苗齡2年 生以上Ⅰ級苗，苗高10～15 cm，3分枝以上的苗木，栽植密度為10 000株/hm2，株行距為1 m×1 m。

4 結 語

本次塬面保護治理措施做到了因地制宜、因區施策。通過項目建設，流域將形成完整的水土保持防治措施體系，水土流失將得到有效控制，水土流失對土地的侵蝕破壞和區域洪水泥沙災害將得到根本改觀，不僅為當地群眾提高大量的生活物質資料，而且使區域人口承載量提高，經濟人口承載提高，人口密度和人口環境容量將達到相對穩定，將極大地提高流域生產力水平，人口、資源、環境、經濟得到協調發展，從而促進生態環境系統結構、功能轉向良性循環。