石谷坊在牤牛河小流域综合治理工程中的应用

钟天凤

(辽宁省阜新蒙古族自治县水利局，辽宁 阜新 123100)

石谷坊在牤牛河小流域综合治理工程中的应用

钟天凤

(辽宁省阜新蒙古族自治县水利局，辽宁 阜新 123100)

谷坊工程长期以来被广泛应用于各种水土保持治理工程与实践中，谷坊工程发挥的防汛保护作用对小流域治理成果影响很大，对于此类工程要特别注意其抵御洪水侵袭等的影响。从阜蒙县牤牛河小流域综合治理工程实际出发，进行谷坊工程设计及应用后能有效防止冲刷沟的水土流失，能改善区域生态环境，保护耕地，给当地农民创造良好条件。

谷坊；小流域综合治理；应用

1 工程概况

1.1 水文地质

阜蒙县牤牛河项目区位于阜蒙县西北部，阜蒙县牤牛河项目区位于阜蒙县西部，属大凌河流域，涉及阜蒙县西北区的化石戈镇两条小流域，分别为台吉小流域和永发小流域。牤牛河及支流以潜水类型为主，单位涌水量大于2.0 L/s·m，渗透系数20～300 m/d，影响半径100～300 m，另一种是基岩中的地下水，以裂隙水为主，单位涌水量在0.1 L/s·m左右，渗透系数小于5 m/d。

1.2 洪峰流量

工程断面处于无水文站，但同流域内自然地理条件较一致，又处于同一天气系统影响，所以采用水文比拟法计算牤牛河小流域断面的设计洪峰。水文比拟法公式如下：

Q设=(F设/F邻)2/3×Q邻

式中：Q设为采用水文比拟法利用临近站的洪峰流量计算得到的小流域洪峰流量(m3/s)；F设为临近站上游的控制面积(km2)；Q邻为小流域水库上游的控制面积(km2)；F邻为临近站的洪峰流量(m3/s)。

为确保各断面设计洪峰流量的准确性，利用六合成水文站资料计算的设计洪水进行校核。利用六合成实测资料计算的10 a一遇设计洪峰流量为2 120 m3/s，《牤牛河河道治理规划报告》中，六合成水文站10 a一遇洪峰流量为2 510 m3/s。六合成水文站10 a一遇设计洪峰流量采用2 510 m3/s。利用水文比拟计算的牤牛河小流域设计洪峰流量为2 980 m3/s。

2 谷坊的设计[1]

流域内侵蚀沟多为V字型，沟底多为土质，且比降较大，因此采用谷坊工程措施治理侵蚀沟，流域布设石谷坊30座。根据流域自然条件，降雨强度大，历时短特点，谷坊工程的防洪标准采用10 a一遇6 h最大暴雨标准。根据流域材料资源及地形条件，流域块石材料较多，因此选择谷坊类型为石谷坊。

2.1 谷坊位置的选择

按规划要求，先上后下，先支后干，统一布设；选肚大脖细处，即省工省料，库容也较大；选择沟口狭窄处，沟底、沟帮、沟床基岩外露，比较坚固的地方；选就地取材较方便之处；上游有宽阔平坦的贮砂地方。

2.2 谷坊间距的确定

谷坊座数=沟口至沟顶高差/谷坊高度；

沟底坡度=沟口至沟顶高差/沟口至沟顶水平距；

谷坊间距计算公式为：

式中：L为谷坊间距(m)；H为谷坊底到溢水口底高度(m)；i为原沟床比降(%)；i1为原沟床比降(%)。

根据流域中侵蚀沟的形状特点及所选谷坊为石谷坊，因干沟有进沟里的道路并且较宽，不宜布置谷坊，所以谷坊都布设在支沟上，谷坊高度2.0 m。

根据小流域中冲沟的特点，支沟平均原沟床比降约为2.8%，淤满后平均比降为0.3%，因此谷坊间距为80 m。共布设石谷坊30座，冲沟以上集雨面积约为50 hm2。

表1 谷坊坝体段面尺寸的确定

注：(1)谷坊坝体断面尺寸应根据谷坊类型及所在位置的地形条件，参照上表进行。(2)坝面作为交通道路时，按交通要求确定坝顶宽度。(3)在谷坊能迅速淤满的地方，迎水坡比可采取与背水坡比一致。

2.3 石谷坊断面尺寸设计

2.3.1 坝体断面尺寸

考虑规范及流域侵蚀沟特点初步拟定石谷断面尺寸如表2。

表2 石谷坊断面尺寸表

如果拟建阶梯式石谷坊，一般坝高为2～4 m，顶宽为1～1.3 m，迎水坡1:0.2，背水坡1:0.8，坝顶过水深0.5～1.0 m，一般不蓄水，坝后2～3 a淤满。

如果拟建重力式石谷坊，一般坝高3～5 m，为便利交通，顶宽宜为坝高的0.5～0.6倍，迎水坡1:0.1，背水坡1:0.5～1:1。此种类型的谷坊在巩固沟床时，还可以蓄水利用，且质量要求较高，必须进行坝体的稳定性分析。

2.3.2 溢洪口尺寸

石谷坊的溢洪口一般设置在坝顶，溢洪口下按排洪渠，采用矩形宽顶堰公式计算：Q=Mbh3/2。

式中：Q为设计洪峰流量(m3/s)；b为溢洪口底宽(m)；h为溢洪口水深(m)；M为流量系数，(一般取M=1.55)。

溢洪流量按公式：Q=278KIF×10-6

式中：Q为设计洪峰流量(m3/s)；I为10 a一遇1 h最大降雨强度(mm/h)；F为沟头以上集雨面积(hm2)；K为径流系数(一般取K=0.47)。

Q=278×0.47×92.29×50×10-6=0.603(m3/s)

取溢洪口底宽为2.0 m，求得水深0.34 m，确定溢洪口底宽为2 m，深0.4 m。因此取溢洪口高0.4 m，谷坊基础深0.5 m。

图1 石谷坊立面图(单位：cm)

图2 石谷坊横断图(单位：cm)

3 谷坊的施工[2]

3.1 清基

进行清基时清除确定好的石谷坊位置处的一切突出的坚硬、尖锐杂物，将基础夯实刮平。一般清基深度为10～15 cm深，并保证坡面平整，压实。

3.2 开挖结合槽

清基后进行结合槽开挖，结合槽规格为：主槽长1.6 m，槽宽0.6 m，槽深0.6 m，回土深度0.3 m，槽间距0.4 m，行距4.0 m。副槽长1.6 m，槽宽0.4 m，槽深0.2 m，拦水埂高0.25 m。

3.3 修筑

结合槽开挖完毕后，将土填入结合槽并夯实，以保证土谷坊与地基紧密结合，每层填土厚度为30 m，将其夯实至20～25 m，边填土、边夯实、边修筑，直至设计高度。修筑过程中必须保证用于谷坊的土料保持适宜的干湿度。

4 结语

谷坊工程能否发挥应有的防汛保护作用，对小流域治理的成果影响颇大。所以在此类工程的设计中，必须采用一些与常规观念不尽相同的措施，以期起到出奇制胜的作用，为了保证谷坊的施工安全并延长其使用年限，谷坊工程应该与植物措施相结合，即在谷坊外部及周围种树种草，同时进行经常性的检查、发现问题及时修补与处理，在农闲及汛前必须进行整修加固，淤满的必须进行加高处理，洪水过后也必须进行检查，如发现豁口立即修补。本项目区通过建谷坊有效防止冲刷沟的水土流失，改善了本区的生态环境，保护了耕地，给当地农民的生产、生活创造了良好的条件。

[1]李侠.某小流域综合治理工程设计分析[J].水利规划与设计. 2015(12).

[2]杨宏林.中小河流治理工程设计要点探讨[J].水利规划与设计.2016(6).

[3]王元春.生态护坡在中小河流治理工程中的应用[J]. 水利规划与设计.2016(4).

[4]刘芳.北方土石山区小流域水土保持措施设计[J].水利规划与设计.2016(5).

[5]秦一博.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).

[6]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(1).

[7]党雪梅.土石坝除险加固设计[J].水利技术监督. 2010(5).

[8]王新奇.孙胜利.边坡稳定分析方法评述与应用[J].水利技术监督. 2010(1).

[9]石玉琛.宋庆武.河道生态治理工程探讨[J].水利技术监督. 2013(3).

[10]朱雪诞.河道生态治理设计易形成的误区问题探讨[J].水利规划与设计. 2013(12).

2016-10-28

钟天凤(1980-)，女，辽宁阜新人，工程师，主要从事水土保持规划设计工作。

S157

B

1004-1184(2017)01-0100-02