石 寧

（遼寧省營口水文局，遼寧 營口 115003）

1 概述

昌圖鎮(zhèn)項目區(qū)位于遼寧昌圖縣境內(nèi)，昌圖鎮(zhèn)為長白山系西部的第二條余脈，系古生代海西寧造山運(yùn)動，使長白、興安嶺褶皺帶皺面隆起，受此影響而產(chǎn)生大面積的花崗巖侵入。 地形崎嶇復(fù)雜，山巒連綿起伏， 除花崗巖組成的十幾座有名的山峰外，一般呈渾圓形丘陵狀態(tài)。 項目區(qū)屬東北黑土區(qū)，低山丘陵地貌，林地居多，其次為耕較多，且耕地多為坡耕地。

近年來，昌圖縣先后實(shí)施了水土保持項目，對治理水土流失總結(jié)出了一些成功經(jīng)驗。 如水土保持措施中品子形排列的栽植榛子園（株距3m×3m），株距是根據(jù)農(nóng)民不斷的試驗得出來的結(jié)果， 保證了苗木的成活率； 在一些自然災(zāi)害形成的侵蝕溝修建設(shè)谷坊有效地攔截泥土，起到了保土作用，在山上修建作業(yè)路便于農(nóng)民運(yùn)輸糧食和果實(shí)等作物。

2 侵蝕溝現(xiàn)狀

項目區(qū)內(nèi)現(xiàn)有侵蝕溝55 條， 侵蝕溝總長19873.4m，項目區(qū)的侵蝕溝道一般可分為匯水區(qū)、形成區(qū)、發(fā)展區(qū)和沉淀區(qū)4部分。 匯水區(qū)為侵蝕溝道溝頭上游形區(qū)域，匯水區(qū)一般因地形形成，由一股或幾股水流組成，為侵蝕溝道形成提供條件。形成區(qū)為溝頭部分，該區(qū)域坡耕地坡度大，多方來水匯入，在溝頭部分形成沖刷產(chǎn)生跌水，形成溝頭。溝頭會隨著匯入降水的情況向不同方向發(fā)展，形成支溝。侵蝕溝道中水土流失最嚴(yán)重的部位在侵蝕溝的中部。 該位置溝道下切形成陡峭溝岸，容易產(chǎn)生坍塌，坍塌產(chǎn)生后在溝底形成松散的堆積層，該堆積層抗侵蝕能力差，一旦溝底產(chǎn)生徑流，將直接被沖走，產(chǎn)生侵蝕。 沉淀區(qū)在坡耕地下部，坡耕地下部一般坡度變緩，因水流速下降，將攜帶的泥沙沉淀下來，在耕地中形成白色的沙石沉淀層。在坡耕地邊緣因為有邊坡或岸坎，在沉淀區(qū)外容易產(chǎn)生新的侵蝕溝道， 根據(jù)坡耕地坡度情況，大部分侵蝕溝可能沒有沉淀區(qū)，大量泥沙直接沖入溝道。

項目區(qū)有6條侵蝕溝，均為小型坡耕地侵蝕溝，因坡度大，侵蝕溝斷面小，無法實(shí)現(xiàn)單純的侵蝕溝治理，本次實(shí)施方案治理侵蝕溝49條，侵蝕溝總長19177.8m，占地面積18.29hm2，根據(jù)侵蝕溝現(xiàn)場，對于汛期侵蝕溝內(nèi)的大洪水，需要采取工程措施減緩侵蝕，并保障植物措施頭兩年的正常生長，采取措施防止初期植被被洪水沖走，項目區(qū)內(nèi)主要以發(fā)展觀光旅游業(yè)為主要經(jīng)濟(jì)發(fā)展方向，因此本項目在治理將以植物措施為主，工程措施為輔，在保證侵蝕溝穩(wěn)定、工程能安全度汛的基礎(chǔ)上盡可能地增加植被數(shù)量，并在明顯位置種植有一定觀賞價值的苗木品種。

3 措施布置

侵蝕溝在治理上通常采用柳跌水、 石籠溝頭防護(hù)兩種方式［1，2］，實(shí)現(xiàn)與上游坡面連接的自然承接，采用石護(hù)腳加石籠護(hù)坦或石籠谷坊加消力池兩種方式固定工程尾部溝道。

根據(jù)工程布置原則， 對可采用的各種工程類型進(jìn)行比選， 可比選的工程類型主要為下游溝道內(nèi)的溝道灘岸防護(hù)工程，只采用石籠、土質(zhì)自然邊坡、漿砌石、混泥土、植物護(hù)坡等工程措施，在這些可選工程中，漿砌石、混泥土為硬覆蓋措施，雖然保護(hù)功能強(qiáng)，但其投資高，不能融入周邊環(huán)境，與項目區(qū)發(fā)展不協(xié)調(diào)。土質(zhì)自然邊坡、植物護(hù)坡兩類工程雖然投資低，可與項目區(qū)發(fā)展相協(xié)調(diào)，但其抗沖能力，很難起到控制溝道侵蝕溝的功能。 單獨(dú)的石籠工程投資適中，石籠空隙可生長雜草，可與環(huán)境融為一體，但單獨(dú)的石籠工程可觀賞性差，不與項目區(qū)發(fā)展相協(xié)調(diào)。因此， 項目最后確定用石籠護(hù)腳和邊坡造林相結(jié)合的方法進(jìn)行治理。造林樹種選擇有一定觀賞價值、可大量供應(yīng)的紫穗槐。

對侵蝕溝進(jìn)行削坡整形， 削坡減載的溝坡，對邊坡較穩(wěn)定部分可以重塑或保持不變［3］；對耕地小侵蝕溝渠，促進(jìn)機(jī)械化耕作，保持耕地原有特性，采取措施用秸稈填平溝渠， 將柳跌水布置在水流大、水頭落差較大的侵蝕溝頭；對于溝頭匯水量非常大的采用石籠溝頭保護(hù)，溝底比降較大時，采用柳編護(hù)溝布設(shè)，集雨面積小，且溝深較小的侵蝕溝中；在溝底坡度小于5%的侵蝕溝內(nèi)鋪設(shè)柳樁編籬谷坊［4］。部分集雨面積較大的溝道，在植物措施未發(fā)揮效益之前，為了保證植物措施的保存率，可用石籠谷坊與柳樁編籬谷坊搭配布局； 路堤邊坡的水條件很差，為了確保造林的成活率，坑種植采用紫穗槐用于保護(hù)，其他露溝部位，應(yīng)在不妨礙泄洪的情況下，采取措施為在路堤斜坡和底部進(jìn)行密植插柳。 通過對溝凹堤的連續(xù)沖刷、嚴(yán)重沖刷，使溝凹堤不再繼續(xù)向外擴(kuò)張［5，6］，在溝道凹岸處布設(shè)石籠順壩并配套石籠護(hù)坦措施。

4 單項工程設(shè)計

本次設(shè)計共有49條侵蝕溝，總長19177.8m，根據(jù)每條侵蝕溝產(chǎn)生、發(fā)展及分布特點(diǎn)，分別采取削坡整形、柳跌水、石籠溝頭防護(hù)、柳樁編籬谷坊、石籠谷坊、柳編護(hù)溝、秸稈填溝、石籠護(hù)坡護(hù)底及護(hù)地堤（石籠護(hù)腳）、石籠順壩及護(hù)坦等不同的措施治理。

4.1 溝道削坡整形

典型設(shè)計選擇溝長109m， 上口及下口平均寬分別為5.10和2m， 深度為1.45m 的QSG-10 侵蝕溝。QSG-10 侵蝕溝采用柳樹保護(hù)措施處理。邊坡切割方式為直線切割，將切好的坡土直接鋪于溝底，為侵蝕溝造林創(chuàng)造條件，切割坡度角為35°。

4.1.1 削坡單側(cè)寬度計算

計算公式為：

式中 L1為削坡單側(cè)寬度 （m）；L2為原溝道上口寬（m）；L3為原溝道下口寬（m）；H為溝深（m）；β為削坡角，取35°。

經(jīng)計算可知，QSG-10沖蝕溝的平均削坡寬度為L1=0.55m。

4.1.2 削坡工程量計算

式中 V為削坡土方（m3）；H為溝道深度（m）；L為溝道長（m）；L1為削坡寬度（m）；L2為原溝道上口寬（m）；L3為原溝底寬（m）。

經(jīng)計算可知，QSG-10侵蝕溝削坡工程體積為131m3。

經(jīng)削坡處理后其上口及下口平均寬分別為6.20和2.12m，深度為1.35 m 的QSG-10侵蝕溝。

4.2 填溝工程

4.2.1 典型設(shè)計典型設(shè)計選擇溝長260m， 上口和溝底平均寬分別為3.98和1.40m，深度為0.90m 的QSG-2侵蝕溝。

4.2.2 秸稈填溝措施設(shè)計

首先，侵蝕溝削坡在坡角接近90°，秸稈填充的最小溝槽深度應(yīng)大于1.2m，對于深度較小的侵蝕溝，為了正常運(yùn)行，切坡時，需挖溝至所需深度，土方臨時堆放在溝邊，將一排木樁插入溝底，間隔約3m。 項目區(qū)共有11條侵蝕溝布置秸稈填溝措施， 其中主干溝道6條，支溝5條。 共需填方總量11419m3，其中土方4564m3， 秸稈捆6855m3（需要秸稈捆個數(shù)為57125個），恢復(fù)耕地面積約0.82hm2，如表1。

表1 秸稈填溝措施工程量

4.3 溝頭防護(hù)

工程采用的溝頭防護(hù)形式主要有兩種，有針對性地采用石籠溝頭保護(hù)和柳跌水布設(shè)［7，8］，前者主要布設(shè)在侵蝕溝溝頭，且溝頭匯水量較大，而后者同樣布設(shè)在侵蝕溝溝頭，條件是跌差較大的溝頭［9，10］。

4.3.1 石籠溝頭防護(hù)

10年一遇6h最大暴雨。

（1）第一類石籠溝頭防護(hù)典型設(shè)計。 選擇的典型溝頭為QSG-43沖蝕溝，削坡切割成形，溝頭段高差為3.97m，溝頭上口下口平均寬度分別為15.5和4.5 m。

①最大來水量。該地區(qū)10年6h年最大降雨量為103.95mm，K10%=1.75，K5%=2.16，CS=2.03 （CS=3.5CV），CP=1.52。

最大徑流量計算公式如下：

式中 Qm為最大徑流量（m3/s）；F為匯水面積（km2），取0.33km2；Cp為最大徑流量參數(shù)，取1.52。

根據(jù)上述公式計算的最大洪峰流量為0.59m3/s，設(shè)計斷面尺寸能滿足最大洪峰泄洪要求。

②消力池長度（L）計算。 采用式（4）計算：

式中 L為消力池長度 （m）；H0為溢水口水深（0.5m）；H′為跌差（3.97m）。

經(jīng)計算，L=4.22m，消力池長度為5m。

（2）第二類石籠溝頭防護(hù)典型設(shè)計。 選取的典型溝頭為QSG-28侵蝕溝。 坡切整形后，溝口斷面地高差為3.79m， 溝口平均寬度為17.7m，溝口平均寬度為9.1m。 從溝頭向下游布置， 共50m長， 石籠已延伸至溝兩側(cè)邊沿0.5m處，頂壓處理。

①最大來水量。 本區(qū)10年一遇年最大6h降雨量103.95mm，K10%=1.75，K5%=2.16，CS=2.03CS=3.5CV），CP=1.52。 最大徑流量計算公式如下：

式中 Qm為最大徑流量（m3/s）；F為匯水面積，取0.5km2；Cp為最大徑流量參數(shù)，取1.52；

根據(jù)上述公式所計算的最大洪峰流量為0.770m3/s， 該斷面設(shè)計尺寸能夠滿足最大洪峰泄洪要求。

②工程量。 本工程共布設(shè)石籠溝頭防護(hù)2座，第一類石籠溝頭防護(hù)1座，第二類石籠溝頭防護(hù)1座。工程量如表2。

表2 石籠溝頭防護(hù)工程量匯總

4.3.2 柳跌水

本次設(shè)計選擇QSG-19號侵蝕溝做典型設(shè)計，匯水面積0.35km2。

（1）設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：10年一遇6h最大降雨。

式中 L為跌水消力池長度（m）；H0為跌水溢水口水深，取0.5m；H′為跌差，取1.0m；D為消力池深（m）。

經(jīng)計算，L=2.1，取3m；D=0.5m，取0.5m。

（4）結(jié)構(gòu)形式。 采用柳編結(jié)構(gòu)，由進(jìn)水口、消力池、出水口等組成。

（5）柳跌水布設(shè)。本次設(shè)計有10條侵蝕溝布設(shè)柳跌水10座，柳跌水長度共200m，如表3。

表3 柳跌水布設(shè)及工程量

續(xù)表3

5 結(jié)語

侵蝕溝治理是該區(qū)域治理的首要任務(wù)， 綜合治理項目區(qū)侵蝕溝主要是采取工程措施和植物措施兩者有機(jī)結(jié)合，確保侵蝕溝不再侵占和破壞耕地，最大限度地實(shí)現(xiàn)土地的可持續(xù)利用， 減少來自侵蝕溝的淤泥侵蝕，埋壓農(nóng)田、植被，淤積江河，毀壞水利設(shè)施和道路等影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之危害，節(jié)約水土，提高土地生產(chǎn)力，促進(jìn)項目區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，增加植被覆蓋率，切實(shí)改善當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。