拜泉县兴国乡侵蚀沟治理设计与施工

刘 蕾，张 莹，陈庭煜

(黑龙江省农业综合开发设计所,黑龙江 哈尔滨 150001)

1 基本资料

拜泉县位于黑龙江省西北部，因县城西部的巴拜泉子而得名。幅员面积3599 km2，经济发展以农业和畜牧业为主，主要种植玉米、杂粮、大豆等农作物，是国家重点农牧业生产基地和粮食主产区。项目区分别位于拜泉县西部和东南，距县城平均18 km，位于202国道两侧，项目涉及富强镇和兴国乡的自立村、合顺村、兴国村2个乡镇的4个行政村，地理位置为东经126°05′～126°21′，北纬47°28′～47°36′之间，项目区总面积4933.3 hm2，其中耕地面积2866.7 hm2，林地面积760.0 hm2，其它占地1306.7 hm2。

2 侵蚀沟治理

拜泉县区域沟壑发育, 使原有的土地割裂, 产生的侵蚀沟会造成地块支离破碎, 地面平整度下降, 土层变薄, 土壤肥力降低[1], 导致可利用土地逐年减少, 严重制约着农村经济发展。为了加快东北黑土区侵蚀沟治理步伐，拜泉县将侵蚀沟治理与黑土区保护、生态环境改善、粮食安全保障和农业发展等有机结合, 从而更好地促进地方经济快速发展[2]。

本次规划沟道属于侵蚀沟，沟较长，深度较大，较陡，沟壑类型为发展沟，集水面积较大，需采取工程措施与生态水保措施相结合治理[1]。结合现状和当地治理经验，本方案治沟综合措施为削坡、连续式土柳跌水、土柳谷坊、干砌石、水土保持林谷坊相结合，以工程措施拦截径流、淤滞泥沙，以林草措施蓄水固土，群体防护，分段拦蓄[3]。

2.1 侵蚀沟削坡治理

(1)实施部位：重力侵蚀强烈部位，一般分布在沟道崩壁临空面。

(2)沟道削坡断面设计。沟道削坡系防治水土流失的水土保持工程，一般顺等高线方向将坡面修成狭窄的台阶状台面，以达到削坡减载，保持坡面稳定的目的，为后期耕作创造良好条件[4]。根据当地生产条件、流域土壤物理特性及其边坡稳定系数(安息角)的适用范围，削坡断面设计为：阶面宽度1～1.5 m，阶面高差0.3～0.5 m，斜坡比降为1∶1.5。其断面设计图如图1所示。

图1 沟道削坡断面设计图

(3)削坡工程量计算公式

V=0.5LH

(1)

L= cotαH

(2)

α=arctan[h/(B/2+h/i)]

(3)

式中：L为单位长度沟道动土量，m3/m；H为沟道深度，m；V为削坡宽度，m；α为平均削坡倾角，rad；B为阶面宽，m；h为阶差高度，m；i为水平阶侧坡比降。

(4)削坡施工程序为：①定线：沿等高线方向定基线；②清基：根据定好的基线，将沟岸一侧的表土进行剥离，剥离宽度约为沟深的2～3倍，该土进行堆置备用；③整形：以坡中间部位作为分界点，采用人工自沟缘顶部上挖下填，尽力做到挖填平衡，然后进行修整坡角，以30°～45°为宜；④修阶：从沟缘顶部开始修第一阶，自上而下依次类推，最后将堆置表土覆盖于母质层裸露的水平阶面上，保证覆土厚度0.5～1.0 m，以利植物生长。其施工工序如图2所示

图2 沟道削坡施工工序示意图

2.2 土柳跌水防护

跟椐本县多年治理水土流失的经验，结合本地实际情况，在侵蚀严重的沟头，将陡坡削成缓坡，在坡面上布置多道生物跌水。防御标准为10 a一遇3～6 h最大降雨强度。

单项设计侵蚀沟沟头平均周长40 m，平均底宽10 m，平均深2 m。坡面比降为1∶2。每间隔50 cm布设一道土柳桩埂，其间平铺一排柳条。

在沟头已削成规定的坡度位置，垂直于水流方向，挖沟0.5 m深，将成捆柳条枕置于沟中，上平铺一排60 cm长的柳条，柳尖朝上，过枕10 cm，上覆土30 cm左右，人工压实，以便明年发芽生长。然后再在其上置柳条枕，枕上每隔1.0 m钉木桩，桩杆长1.8 m，埋深0.8 m，地面露出1.0 m。柳桩间用细柳枝编篱。用铅丝将前后柳桩联系绑牢，使之成为整体，加强抗冲能力。其俯视图如图3所示。

图3 土柳跌水俯视图

施工注意事项：①必须按各部位尺寸把柳条捆扎结实；②在基础上必须普遍铺一层厩粪，柳条捆之间也用厩粪填实，防止冲刷，利于柳条成活；③开挖基槽必须是挖方；④竣工后需要覆盖0.3 m表土，利于柳条成活；⑤最好把消力池与谷坊工程结合起来，效果更好。

2.3 土柳谷坊

土柳谷坊也是拜泉县治理侵蚀沟成功的治理方法之一，即先用推土机把V型侵蚀沟进行削坡整形，形成宽浅式的U型沟，然后在沟底预留水道设计一条土柳生物带，即防止沟底下切，沟壑发展。

(1)设计标准：10 a一遇3～6 h最大降雨强度。

(2)适用范围：适用于集水面积较小、坡缓、沟底淤泥和沙较多的沟中修筑。

(3)土柳谷坊断面设计：由于谷坊材料在承受水压力时，会发生弹性变形且有透水性，因此目前没有明确的安全计算方法，故不进行安全计算。根据有关资料及实际工作经验，设计时选取沟底比降I=1/25，沟宽B=10 m，设计压柳谷坊顶宽b=2 m，谷坊高H=0.8 m，上游坡比m1=1.5，下游坡比m2=1，断面如图4所示。

图4 压柳谷坊断面图

谷坊间距的确定：按照顶底相照的原则、谷坊间距：L=H/I,经计算L=20 m。

(4)土柳谷坊施工及管护：①定线：根据规划测定的谷坊位置(坝轴线)，按设计的谷坊尺寸，在地面划出坝基轮廓线；②清基：将轮廓线以内的浮土、草皮、乱石、树根等全部清除；③打桩：以坝轴线为中心，从沟底至两岸沟坡开挖结合槽，每隔2.0～4.0 m钉入木桩，宽深各0.5～1.0 m，呈品字形排列，桩高1.5～2.0 m，钉深1.0 m，敷土夯实(每座谷坊钉两层木桩，第一层打入沟底，第二层打入谷坊1.0 m高的中部)；④固定：按设计要求，用铁线将柳条捆扎成直径30 cm的柳捆，根向外(迎水面)梢向里，依次平铺，铺满即为第一层，铺一层柳条捆压一层土，迎水面压土夯实。用8#铁线将各柳捆串连并与木桩捆绑固定，在每层柳捆上覆盖30 cm厚黄黏土，踏实。依次堆高谷坊(相邻两层柳捆交错放置)；⑤管护：土柳谷坊竣工后需要在侧坡覆盖30 cm表土，以利于柳条成活。

2.4 干砌石谷坊

干砌石谷坊主要适用于沟底为石质或砂石土质的侵蚀沟上，一般修筑在沟底。根据有关资料及实际工作经验，谷坊断面尺寸选取高1.5～2.0 m，顶宽0.8～1.0 m，迎水坡1∶0.2，背水坡1∶0.8。

干砌石谷坊在施工时首先要清基，清除沟床上的风化物至坚实的母质土上，沟底要修成阶梯状，两侧要嵌入沟帮0.5～1.0 m，谷坊可用粗料石填筑，内部用块石砌筑，开始选用大块石料填筑，自下而上分层垒筑，上下层石料要分层错缝搭接牢固，尽量缩小块石间隙，防止块石单摆浮搁。

2.5 水土保持林工程

本工程水土保持林包括沟底防冲林、坡面防护林两种形式, 沟底防护林选择根蘖性强的灌木, 沟坡防护林选择耐瘠薄的灌木[5]。

沟底防冲林：穴状整地, 栽植柳树, 栽植密度为株距1.0 m, 行距1.0 m。

沟坡防冲林：穴状整地, 栽植紫穗槐, 栽植密度为株距1.0 m, 行距1.0 m。

2.6 其他辅助工程

(1)生产道路设计。设计生产道路路面宽度3.0 m, 生产道路采用散排水, 路面由高处向低处设置0.2%横坡。

(2)过水路面。过水路面结构形式为混凝土路面。其中面层为C25混凝土厚度为0.22 m, 垫层为0.30 m浆砌片石, 基层为0.10 m砂砾垫层, 垂直水流方向修建趾墙, 趾墙埋深1.50 m, 宽度为0.40 m。

(3)过水涵洞。本次设计涵洞形式为混凝土圆管涵。混凝土管直径为Φ800, 管内径0.8 m, 管壁厚80 mm, 单节长度为2 m, 共设置2节。在涵管进出口处和接缝处铺设浆砌石墩, 上铺设预制混凝土管, 管上覆土夯实, 填土厚度视当地具体情况而定 (工程量计算按填土厚度为30 cm计算) , 最后浇筑30 cm厚C25混凝土盖板, 两侧设浆砌石挡墙。

3 结 语

通过几年来的实践证明，在治理侵蚀沟的工程中，不能只注重治理沟道数量而忽略工程质量、降低沟道治理工程的标准，只有将沟头防护、削坡、谷坊等工程措施与种植树林等生态措施相结合，发挥群体优势，才能有效减少坡面径流，避免沟道冲宽与下切方，最后使沟床趋于稳定、农业生产条件改善、水土流失得到抑制，社会效益明显提高，农业基础设施显著加强，生态环境得以改善。