乔吉强

(1.北京中水利德科技发展有限公司太原分公司,山西 太原 030024;2.山西万水水利勘测设计咨询有限公司，山西 太原 030024)

吉县吉昌镇桥南村属于黄土残塬沟壑区，长期以来，水土流失将塬面“撕裂”，塬面逐年萎缩，沟头前进、沟岸扩张、沟床下切，有的已经危及村镇边缘，严重制约着当地经济社会的可持续发展和人民群众生命财产安全。

按照“因地制宜、综合治理、集中连片、突出重点、区分轻重缓急”的原则，以疏导地面径流和改善生态环境为主线，因地制宜配置各项水土保持措施，使黄土高原综合治理向规模化、合理化推进，建立多目标、多功能、高效益的综合防治体系。结合塬面不同地形部位及水土流失特点，桥南村塬面保护措施主要有沟边埂工程、排水管道工程及小型蓄水工程等[1-3]。

1 基本情况

1.1 地理位置

吉昌镇桥南村地处吉县县城南郊，区位优越，地理坐标介于东经110°41′13.65″～110°43′50.16″，北纬36°3′32.22″～ 36°5′39.59″，属黄土塬沟壑区，本次塬面保护工程共涉及桥南村的4个自然村，分别为结子原自然村、两满池自然村、麦垣自然村和烟里自然村，共保护塬面面积8.5 km2。

1.2 地形地貌

项目区属黄土残垣沟壑区，经过长期的水流侵蚀，塬地已变成残塬，冲沟深30～100 m，多呈V字形，沟坡陡峭，沟头前进较快，沟壁崩塌、滑塌严重。总体形成长塬、陡坡、深沟的微地貌景观。塬面狭长，地形平缓，塬边破碎，由于切沟侵蚀，塬边局部地形呈跌水状或陡崖状；梁峁坡较长，坡面较缓；沟道切割深，有高山狭谷的地貌特征，蓖梳状的侵蚀沟切入梁坡，使其地形破碎；梁坡以下沟坡陡，黄土层较薄，有零星红土裸露，主沟道两边岸坡陡直，有二次侵蚀现象。项目区的局部地方，其地貌有塬面直接过渡到深切的沟谷，沟坡陡峭，犹如刀削一般。

1.3 土壤植被

(1)土壤。项目区内土壤以丘陵褐土为主，主要发育在黄土母质上，土壤结构粒状～块状。层次不明显，质地较轻，土体干旱，土质疏松多孔，母质抗蚀力弱，垦殖系数高，土壤侵蚀严重。土壤平均有机质含量7.00 g/kg，氮0.52 g/kg，速效磷4.14 mg/kg，速效钾38.19 mg/kg。

(2)植被。项目区原始植被破坏严重，大部分植被属人工植被，植被类型无明显水平分布规律。项目区内有零星的野生灌木、灌丛，主要为柠条、沙棘、胡枝子等。草类主要是白草、卫茅、羊胡草及铁杆蒿类。人工林以苹果、刺槐、油松和杨树为主。

1.4 社会经济

桥南村经济以种植业为主，农业生产科技含量低，集约化程度差，受地形地貌及植被条件影响，水土流失严重，农业生产抵御自然灾害的能力较弱。适宜种植的粮食作物有小麦、玉米等，经济林以苹果为主。

根据统计资料，桥南村主要收入为农业，苹果种植为主要的经济来源。各业总产值为2300万元，其中农业产值为1500万元，占农村经济总产值的65.22%；其他收入800万元，占总产值的34.78%。

2 工程总体布置

2.1 布置原则

(1)坚持“集中治理、规模治理”。

(2)坚持社会经济发展与土地资源保护相统一。

(3)坚持综合治理与农村发展相结合。

(4)坚持水土流失治理成果巩固与水土保持功能提高相结合。

(5)坚持因区施策与突出重点相结合。

通过各项水土保持防治措施的实施，提高水土资源利用率，建立塬、沟、坡三位一体、完整的水土流失防御体系，促进生态美化绿化、生产高效化、生活便利化，建立人与自然和谐发展的多目标水土保持防护体系。

2.2 总体布置与措施配置

按照防治措施布置原则，结合塬面不同地形部位及水土流失特点，对各项治理措施进行对位配置。本次桥南村塬面保护工程措施总体布局是：

(1)塬边筑埂。在塬原周边的支毛沟的沟头塬边上修筑沟边埂，拦截耕地汇水，增强入渗，防止耕地汇集径流蚕食塬面，控制塬面残蚀及沟岸扩张。

(2)塬面建池修渠。在塬面的地势低洼地带，借助原有的排水系统，将村庄道路来水引流至蓄水池再排入沟道，从而起到调蓄洪水、美化环境的作用，最大限度地控制水土流失，保护黄土高塬生态安全。

(3)坡面埋管。从塬面到沟底埋设输水管道，疏导村庄、道路汇水，并安全地从塬面直接送入沟底，防止塬面侵蚀沟的溯源侵蚀。根据地形条件，在低洼处布置蓄水池，将村内降水汇集至蓄水池。为减少泥沙等杂物进入蓄水池，紧邻蓄水池布置一座沉砂池，为使汇水流入沉砂池，可根据现场地形条件，设置引水渠。雨水进入蓄水池后，通过排水管排至沟道下游，管道中间和末端根据现场条件设置消力池。

通过上述措施的综合整治，项目区形成了上、中、下三道防线，各项防治措施镶嵌配套，做到治坡与治沟、工程与林草措施紧密配合，协调发展，互相促进，初步形成完整的塬面保护工程防御体系和立体综合开发利用的生态经济体系。

3 塬面保护措施设计

3.1 设计标准

根据《水土保持工程设计规范》(GB 51018—2014)，沟边埂工程、蓄水池工程和塬面截排水工程的工程设计标准均采用10年一遇短历时暴雨。

3.2 沟边埂

修筑沟边埂工程是黄土高原地区根治塬面陡坡水害，控制塬面水土流失的重要举措，是保塬固沟的好办法。根据项目区内沟道分布情况、地形条件以及田块分布，确定本次沟边埂布置在沟道外沿，地表径流容易汇流处，减少沟道沿线径流汇集能力。保证支毛沟道稳定，不再扩展沟。

根据规范GB 51018—2014，取沟边埂安全超高0.3 m，田埂边坡采用1∶1。考虑施工方便，确定沟边埂的断面设计尺寸：顶宽0.3 m，埂高0.5 m，底宽1.3 m。建筑材料为黄土，压实度0.91。

本次设计沟边埂和沟沿线保留1 m的距离，地界越长，坡度越大的地块，距离应该留的更大一些。通常情况下，沟边埂可以紧靠沟沿修筑，以保证耕地面积不减少。

项目区共修筑沟边埂4.1 km，其中结子原自然村修筑沟边埂1.0 km，两满池自然村修筑沟边埂1.0 km，麦垣自然村修筑沟边埂1.2 km，烟里自然村修筑沟边埂0.9 km。

3.3 蓄水池

由于桥南村在雨后塬面受雨水侵蚀比较严重，对田地和沟边道路房屋构成威胁，当地政府和村民强烈要求建蓄水池收集雨水利用，以保护村民的生命财产安全。因此在结子原自然村和两满池自然村各布设蓄水池工程。

塬面排水工程防洪标准按10年一遇6 h最大降雨量设计，当蓄水池达到设计容量后，所来洪水要全部排放，根据实地勘测后，确定塬面排水管道接蓄水池。

由于集水点周边基本都是果树，有保苗灌溉需求。因此蓄水池中的水可以用于对周边田地的应急灌溉。

3.3.1 蓄水池水力设计

(1)结子原村蓄水池。结子原村有现状土质涝池，没有完善的排水系统，无法满足坡面排水要求，需进行改造。结合结子原村蓄水池周边应急灌溉面积12亩和现场地形情况，确定蓄水池容量为300 m3。蓄水池平面呈圆形，净直径14 m，深2.5 m，设计总容量300 m3，由沉砂池、蓄水池组成。蓄水池池顶与地面齐平，最大设计水深为2.0 m，安全超高0.5 m。为防止汇水中杂物及泥沙进入蓄水池堵塞排水管道，先经由沉砂池进行沉淀过滤后进入蓄水池。

(2)两满池村蓄水池。两满池村有现状土质涝池，没有完善的排水系统，无法满足坡面排水要求，需进行改造。两满池村蓄水池依据地形条件，共修建2座蓄水池。结合两满池村蓄水池周边应急灌溉面积2.1 hm2和现场地形情况，确定蓄水池容量为500 m3和300 m3。村东侧蓄水池设计总容量500 m3，平面呈圆形，净直径18 m，深2.5 m;村西侧蓄水池设计总容量300 m3，平面呈圆形，净直径14 m，深2.5 m。蓄水池池顶与地面齐平，最大设计水深为2.0 m，安全超高0.5 m。均由沉砂池、蓄水池组成。为防止上游来水中杂物及泥沙进入蓄水池堵塞排水管道，先经由沉砂池进行沉淀过滤后进入蓄水池。

3.3.2 蓄水池结构设计

蓄水池采用C25钢筋混凝土结构，壁厚0.25 m，底板厚 0.30 m，基础采用三七灰土换填，厚度 0.5 m，并铺设C15混凝土垫层0.1 m；沉砂池与蓄水池通过DN600钢制波纹管相连，净尺寸长2.5 m，宽1.5 m，深1.5 m，C25钢筋混凝土结构，壁厚 0.25 m，底板厚 0.3 m，基础采用三七灰土换填，厚度0.5 m，压实系数不小于0.95，并铺设C15混凝土垫层0.1 m，进水口尺寸长0.6 m，宽0.6 m，为使汇水顺畅进入沉砂池，可根据地形条件在上游设置引水渠道，断面尺寸与进水口相同。为了防止人畜进入蓄水池，在蓄水池和沉砂池周边布设围栏，铁艺围栏高 1.2 m，300 m3蓄水池围栏总长59 m，500 m3蓄水池围栏总长72 m。为便于管理，在蓄水池周边铺设1 m宽人行步道，采用渗水砖进行铺设。

3.4 排水管道

3.4.1 管道水力计算

排水管道接蓄水池，当蓄水池容量达到设计容量时，上游来水通过排水管道排入下游沟底。

根据《灌溉与排水工程设计标准》(GB 50288—2018)，排洪管道宜采用无压流，宜取充盈度为0.6～0.8的非满流输水，水力计算可按式(1)：

(1)

式中：Qp为设计排水流量，m3/s；ω为有效过水断面积，m2；C为谢才系数，m1/2/s；R为水力半径，m；i为管道水力比降。

经计算，结子原村选用的管道直径为DN600，过水断面高0.29 m时，过水流量Qp=0.67 m3/s>0.64 m3/s，h允=0.45 m，h0

两满池村选用的管道直径为DN750，过水断面高0.49 m时，过水流量Qp=0.68 m3/s>0.66 m3/s。h允=0.56 m，h0

3.4.2 管道工程设计

根据管道水力计算结果、施工规范和安全超高要求，结子原村管道排水工程采用螺旋波纹钢圆管，管径600 mm，波距7.5 cm，波高2.5 cm，壁厚3.0 cm，管槽开挖深度1.65 m，底宽1.40 m，开挖坡度1∶0.33，管基人工夯实，管顶覆土厚1.05 m。在排水管道上侧焊接20 cm高的限流钢板，以保证管道无压运行。

两满池村管道排水工程采用螺旋波纹钢圆管，在管道中间汇水池之前采用管径600 mm，波距7.5 cm，波高2.5 cm，壁厚3.0 cm，管槽开挖深度1.65 m，底宽1.40 m，开挖坡度1∶0.33，管基人工夯实，管顶覆土厚1.05 m。在管道中间汇水池之后采用管径750 mm，波距7.5 cm，波高2.5 cm，壁厚3 cm，管槽开挖深度1.8 m，底宽1.55 m，开挖坡度1∶0.33，管基人工夯实，管顶覆土厚1.05 m。在排水管道上侧焊接20 cm高的限流钢板，以保证管道无压运行。

由于管道材质较轻，为了增强管道的稳定性，管道平面或者竖向转弯处设置混凝土镇墩，直管段可根据实际情况每隔20 m设置混凝土镇墩，镇墩采用C20混凝土浇筑，宽2.5 m，高2.75 m，厚1.0 m。

3.5 消力池

3.5.1 消力池水力计算

为使管道水流平顺下泄送入下游沟道，在管道末端设消力池，池体为混凝土矩形断面。消力池水力计算根据《淤地坝技术规范》(SL/T 804—2020)进行计算，计算成果见表1。

表1 消力池水力计算成果

3.5.2 消力池设计

根据地形条件，在排水管道出口设置消力池进行消能；管道坡度较陡的，在中间合适位置设置中间消力池。结子原村排水工程设置中间消力池和末端消力池各1座；两满池村排水工程设置末端消力池1座。

中间消力池采用C25钢筋混凝土结构，长5.6 m，宽1.1 m，深3.0 m，胸墙厚0.5 m，侧墙厚0.3 m，底板厚0.5 m，基础处理方式采用三七灰土垫层0.8 m厚，C15混凝土垫层0.10 m。

管道末端消力池采用C25钢筋混凝土结构，长10.00 m，净宽1.35 m，深3.00 m，胸墙厚0.5 m，侧墙厚0.3 m，底板厚0.5 m，基础铺设砂砾石垫层0.6 m，C15混凝土垫层0.25 m，消力池出口铺设铅丝笼石，长10 m，宽4 m，厚1 m。

3.6 植被措施

在管槽回填后的区域栽植紫穗槐，选取苗龄2年 生以上Ⅰ级苗，苗高10～15 cm，3分枝以上的苗木，栽植密度为10 000株/hm2，株行距为1 m×1 m。

4 结 语

本次塬面保护治理措施做到了因地制宜、因区施策。通过项目建设，流域将形成完整的水土保持防治措施体系，水土流失将得到有效控制，水土流失对土地的侵蚀破坏和区域洪水泥沙灾害将得到根本改观，不仅为当地群众提高大量的生活物质资料，而且使区域人口承载量提高，经济人口承载提高，人口密度和人口环境容量将达到相对稳定，将极大地提高流域生产力水平，人口、资源、环境、经济得到协调发展，从而促进生态环境系统结构、功能转向良性循环。