刘 芳

（唐山水利规划设计研究院，河北唐山063000）

北方土石山区小流域水土保持措施设计

刘 芳

（唐山水利规划设计研究院，河北唐山063000）

本文以河北涞源县烧车小流域为例，介绍了北方山区小流域水土保持设计内容，为探讨我国北方土石山区生态清洁型小流域综合治理模式提供技术支撑。

山区；小流域；水土保持；设计

1 项目背景

烧车小流域位于河北省涞源县，现有水土流失面积4.87km2，占总面积的95.87%，侵蚀形式以水蚀为主，年平均土壤侵蚀模数为1800t/km2·a，通过水土保持工程建设，可有效控制水土流失、改善生态环境［1］、促进社会进步和谐。

为确保流域综合治理工程质量，以《水土保持综合治理技术规范》为标准，结合当地的实际情况，具体设计治理措施。

2 工程措施

2.1梯田

2.1.1 设计原则

（1）在流域内坡面坡度为3～10°，土层深厚、土质较好的坡耕地上修坡式梯田。

（2）梯田地块沿等高线布设，在地形比较复杂、坡面有绕沟处，采取“大变就势，小弯取直”，避免弯曲度太大［2］，不便耕作。

2.1.2 设计标准

按10年一遇6h最大暴雨标准59.12m m设计，据流域内坡面坡度确定田面宽度（表1）。

表1 坡式梯田标准横断面设计参数表

2.1.3 规格要求

根据以上计算结果，考虑到施工中田面纵向误差、蓄水土埂沉降、上游径流迭加、超标准洪水等自然和人为因素的不利影响［3］，坡式梯田蓄水埂高（水深）确定为0.40m，顶宽0.3m，埂内坡1∶1，外坡与田坎侧坡一致。

2.2作业路

项目区规划在主要治理示范区因地制宜新修和整修一部分施工作业路，作业路为砂石路面。作业路宽4m，长630m，路内侧设排水沟［4］，沟深、宽各0.50m，作业路用挖掘机开挖、筑埂、夯实、碾压一次完成，人工辅助完成路边排水沟。

2.3干砌石谷坊

2.3.1 设计原则

土谷坊工程主要修建在沟底比降较大（5%～10%），沟底下切剧烈发展的沟段，在制止沟蚀的同时，应利用沟中水土资源栽植水保林［5］，做到工程与植物措施相互结合。

2.3.2 设计标准

谷坊工程防御标准按10年一遇6h最大暴雨59.12m m设计，根据沟道比降，从上而下拟定谷坊位置，下座谷坊的顶部大致与上一座谷坊基部等高，坝址设置应按口小肚大的原则，力求工程量小，库容大。

2.3.3 工程设计

谷坊断面形式和尺寸按照《水土保持综合治理技术规范—沟壑治理技术》（G B/T16453.3-2008）谷坊设计要求，并结合当地修建水保工程实际经验和沟道的侵蚀情况进行确定。

（1）谷坊间距的确定∶

谷坊间距L按下列公式计算∶

式中∶L—谷坊间距，m；

H—谷坊底到溢水口底高度，m；

i—原沟床比降，%；

j—谷坊淤满后的比降，%。

（2）谷坊高度的确定∶

干砌石谷坊高度采用下列公式进行计算∶

式中∶h—谷坊的有效高度，m；

H2—沟头处高程，m；

H1—沟口处高程，m；

M—谷坊道数。

经计算，谷坊高度确定为2.5m，共3座。

（3）谷坊断面尺寸∶

根据项目区沟道实际情况，设计石谷坊断面形式为梯形断面，谷坊顶宽1.2m，坝底宽3.7m，高2.5m，迎水坡比1∶0.2，背水坡比1∶0.8。

溢洪口设在坝顶，采用矩形宽顶堰公式计算。

式中∶Q—设计流量，m3/s；

I—10年一遇1h最大降雨强度，m m/h；

F—谷坊以上集水面积，按25hm2计算；

K—径流系数，为0.60。

通过计算，溢流口设计流量为0.16m3/s。

溢流口断面尺寸∶通过计算，溢流口断面宽1.0m，高0.5m时，可满足过流要求。溢流口断面采用砖砌，混凝土抹面。在施工时，上下两道谷坊的溢洪口要交替布置。

谷坊断面尺寸如表2所示。

表2 谷坊断面要素表

2.3.4 谷坊施工方法

（1）定线清基。按规划的谷坊群坝址顺序及各谷坊的设计平面和断面图实地定线校线，把坝基坝肩虚土、草皮、树根与含腐植质较多的杂土清理干净。清基深度应达0.3m以上，清至坚实的土基或较完整的岩基。同时，沿轴线开挖结合槽，宽深各0.5～1.0m。

（2）岩基沟床清基。应清除表面的强风化层。基岩面应凿成向上游倾斜的锯齿状，两岸沟壁凿成竖向结合槽。

（3）根据设计尺寸，从下向上分层筑坝，逐层向内收坡，坝身要用粗料石干砌，大块石铺底，块石首尾相接，错缝砌筑，大石压顶。要求料石厚度不小于30c m，接缝宽度不大于2.5c m，同时做到“平、稳、紧、密”。

3 植物措施

3.1鱼鳞坑整地设计

按《水土保持综合治理技术规范坡耕地治理技术》（G B/T 16453.2-2008）中的治理标准，鱼鳞坑采用10年一遇6h最大降雨量进行设计。流域内10年一遇6h最大降雨量为59m m，径流系数为0.30。

3.1.1 产流量

坡面10年一遇6h产流量计算公式为∶

式中∶W—单位面积产流量，m3/hm2；

P—10年一遇6h的最大降雨量，m m，其值为59m m；

α—径流系数；

F—单位产流面积，m2/hm2。坡面10年一遇6h的产流量为∶0.001×59× 0.30×10000＝177（m3/hm2）

3.1.2 鱼鳞坑断面和密度的确定

（1）大鱼鳞坑

①大鱼鳞坑断面采用半月形［6］，根据树种确定鱼鳞坑的尺寸为∶长径1m、短径0.6m，坑深0.6m，每坑的有效容积为∶

每公顷需要修建的鱼鳞坑数∶

177/0.256＝691个

为了施工方便，拟定坑间距离为3.0m，坑间行距4.0m，每个坑占地面积12.0m2（包括坑间空隙），每公顷修建的鱼鳞坑数为833穴。

（2）小鱼鳞坑

小鱼鳞坑断面采用半月形，根据树种确定鱼鳞坑的尺寸为∶长径0.8m、短径0.6m，坑深0.5m，每坑的有效容积为∶

每公顷需要修建的鱼鳞坑数∶

177/0.163＝1085个

为了施工方便，拟定坑间距离为3.0m，坑间行距3.0m，每个坑占地面积9.0m2（包括坑间空隙），每公顷修建的鱼鳞坑数为1111穴。

3.2造林

（1）造林树种∶油松、侧柏。

（2）造林时间；春、夏、秋

（3）造林苗木要求∶油松、侧柏要求苗木发育良好、根系完整、基茎粗壮、顶芽饱满，无病虫害，无机械损伤，苗木规格见表3。

（4）造林设计∶包括树种的苗龄、造林密度等见表3。

表3 造林设计及整地规格表

3.3幼林抚育

造林后3年内，每年进行松土除草及修土埂1～2次，第一次在5～6月份，第二次在7～8月份，禁止一切不利于幼林生长和破坏整地工程的活动。对直播造林，结合松土要分次间苗，至第二年秋冬定株。每年冬季对幼林成活率进行抽样调查，对成活率低于70%的幼林要及时补植。

4 封禁治理典型设计

对流域内坡度25°以上、立地条件极差、有残存的林草植被但造林相对较困难的地带，由于区域的水热条件能满足植被自然恢复的需要，采取封禁治理措施［7］，实行封育保护，封育区5年后林草覆盖率达到70%以上。

（1）补植

在残林、疏林中进行补植，补植树种为油松，时间为雨季，补植苗木。补植面积53.2 hm2，株行距4m×3m。

（2）播种柠条

补种柠条30hm2，用籽量30kg/hm2。

（3）病虫害防治

在封育区实行人工管护，在封育区项目村挑选责任心强的村民作为管护员，主要负责防止滥砍滥伐、私采乱挖等人为破坏植被活动。

（4）设置标志

在封禁区的周边明显处，如主要山口、沟口、河流交叉点、主要交通路口等处建立永久性标志，修建标志碑2块，采用砂浆砌砖结构，在醒目地方刷写标语，禁止取土、放牧、打柴及修造建筑物；禁止破坏天然植被及封禁设施。

5 结论

水土流失是影响北方土石山区生态环境的重要因素之一［8］，进行以小流域为单元的水土保持综合治理工程，可以从源头上减少水土流失。本项目实施后，通过采取荒山荒坡造林，修梯田，补植疏林地，封禁等治理措施，综合治理措施保存率达到80%以上，拦沙率80%以上，各项措施合理配置，工程措施与林草措施相结合，达到防治水土流失，改善生态环境的目的。

［1］张利.应用景观生态学评价小流域治理生态环境［J］.水土保持应用技术.2010（01）∶27-28.

［2］李仁辉，潘秀清，金家双.国内外小流域治理研究现状［J］.水土保持应用技术.2010（06）∶32-34.

［3］李仓.冀北土石山区小流域综合治理工程建设模式探究［J］.河北水利.2011（08）∶28.

［4］贾鹏生，邓丽，郭兴坡.南阳市丹江口库区及上游水上保持生态建设剖析［J］.水利技术监督，2006（01）∶60-62.

［5］段威.新民市梁山小流域综合治理分析［J］.水利规划与设计，2015（01）∶7-8＋15.

［6］康玲玲，王云璋，王霞.小流域水土保持综合治理效益指标体系及其应用［J］.生态环境学报，2002（02）∶274-278.

［7］张新玉，杨元辉.我国水土保持小流域综合治理模式研究［J］.中国水利，2011（12）∶58-61.

［8］秦一博，等.大伙房水库小流域水土保持综合治理措施的探讨［J］.水利规划与设计，2015（03）∶101-102.

S157.2

：B

：1672-2469（2016）05-0029-03

D0I∶10.3969/j.i s s n.1672-2469.2016.05.012

2015-09-21

刘 芳（1973年—），女，高级工程师。