隰县居子村塬面保护工程设计及效益分析

（山西省水土保持生态环境建设中心）

1 基本情况

1.1 项目来源

根据水利部计划安排，2018年山西省农业综合开发黄土高原塬面保护项目计划保护塬面面积93 km2，总投资4 200万元，其中中央投资2 800万元，地方配套1 400万元。项目区涉及临汾市的乡宁、吉县、隰县、大宁、蒲县、汾西等6个县，地貌类型属于黄土残塬沟壑区。长期以来，由于水土流失将塬面“撕裂”，塬面逐年萎缩，大片耕地被蚕食，并造成沟头前进、沟岸扩张、沟床下切，有的已经危及到村镇居民住地安全，严重制约着当地经济社会的可持续发展。通过塬面保护项目的实施，以有效控制水土流失，保护塬面耕地永续利用，提高农业产量和农民群众的收入与生活水平。

1.2 自然概况

隰县居子村塬面保护工程，属于2018年山西省农业综合开发黄土高原塬面保护项目范围，位于阳头升乡后堰塬，距县城25 km。项目区塬面面积5.51 km2，共有沟道69条，其中长度0.05-0.5 km的Ⅲ级支沟45条，长度0.5-1 km的Ⅱ级支沟16条，长度1-3 km的Ⅰ级支沟8条，沟壑密度3.7 km/km2。项目区内主要地貌单元有塬面、梁峁坡和沟谷。大陆性季风气候，年均气温11℃，年均降水量517.6 mm，年均蒸发量1 639.8 mm，属于半干旱地区。项目区的主要土壤类型为褐土。植被类型无明显水平分布规律，大山深处和高山区有大片天然林，主要分布有侧柏、油松、杨树、刺槐等；塬面旱平地栽植经济林，树种多为苹果和玉露香梨；立地条件较好的荒山荒坡依托水土保持项目资金营造了部分水土保持林，树种大多为侧柏、刺槐等。

1.3 社会经济情况

项目区土地总面积9 km2，现有农业人口546人，人口密度60人/km2，人均土地面积1.65 hm2。土地利用状况：耕地面积82.15 hm2，园地239.29 hm2，林地195.5 hm2，草地213.23 hm2，村庄及工矿用地13.6 hm2，交通运输用地28.34 hm2，其他土地面积6.3 hm2。项目区农村经济以种植业和经果林为主，适宜种植的粮食作物有玉米、小麦等，经济林以玉露香梨为主。

根据2017年国民经济统计资料显示，项目区农村各业总产值230万元，农民人均纯收入4 212元。在总产值中，农业产值149.04万元，占64.8%；林业产值47.38万元，占20.6%；畜牧业产值2.99万元，占1.3%；副业产值20.93万元，占9.1%；其他收入9.66万元，占4.2%。从产业结构来看，主要收入来源为农业。

1.4 水土流失和水土保持情况

项目区水土流失面积8.47 km2，占总土地面积94.1%。其中，轻度侵蚀面积3.3 km2，占39%；中度侵蚀面积1.9 km2，占22.4%；强烈侵蚀面积0.78 km2，占9.2%；极强烈侵蚀面积0.66 km2，占7.8%；剧烈侵蚀面积1.83 km2，占21.6%。据测算，年均流失泥沙量8.7万t，年均土壤侵蚀模数10 300 t/km2。

截止项目实施前，累计完成治理面积3.00 km2，治理度35.4%。工程、林草等治理措施，增加了地表植被，控制了局部的水土流失。由于治理程度较低，水土流失仍十分严重，沟道两侧岸坡及沟头无任何防护措施，降雨后汇水冲蚀产生溯源侵蚀，沟道不断发育，塬面面积依然在逐年减少。

2 塬面保护工程布局

2.1 塬边修埂

在塬周边及支毛沟的沟头部位，修筑6.9 km土质沟边埂，拦截耕地的汇水，防止产生的径流蚕食塬面。

2.2 塬面建池修渠

在塬面的地势低洼地带，改造原有的排水系统，对旧涝池进行清淤、铺底和周边砌护，将村庄道路来水引流至涝池，多余部分排入沟道，从而起到调蓄洪水、美化环境，最大限度地控制水土流失，保护塬面生态安全。

2.3 沟内埋管

从涝池至沟道底部，铺设285 m排水钢管，修建1座消力池，疏导村庄、道路汇水，并安全地将塬面径流送入沟底，防止塬面侵蚀及沟头溯源侵蚀。

2.4 坡耕地改造梯田

改造坡耕地为梯田38.25 hm2，以充分拦蓄降水，提高土地生产能力，减少径流对坡地的冲刷与侵蚀。

3 塬面保护工程设计

3.1 涝池工程

主要建设内容为：改造涝池1处（浆砌石衬砌），铺设DN600排水钢管285 m，新建钢筋混凝土消力池1座。

3.1.1 水文计算

设计防洪标准为10 a一遇6 h最大暴雨标准，水文计算结果见表1。

表1 涝池工程水文计算成果表

3.1.2 涝池工程设计

按照10 a一遇6 h最大降雨量设计标准，涝池的容量必须满足干旱期所能灌溉的耕地至少1 m3/666.7 m2的用水量，容积确定为582 m3。涝池是在原涝池基础上更新改造，改造后的涝池为正方形结构，宽22.50 m，长22.50 m，四周边坡1∶1，池深3 m。通过容积计算，涝池蓄水水深1.56 m即可满足用水要求。考虑其他用水需求及排水管道埋设深度，设计蓄水水深1.7 m。池底清淤后为土质结构，采用铺底防渗；四周采用M7.5浆砌石护坡，厚度0.5-0.3 m；在涝池池顶一周设置不锈钢围栏，栏杆基础为C20混凝土结构。

3.2 排水管道

涝池排水管道总长度285 m，设计流量2.41 m3/s，进出口高差为42 m，水力坡度0.147，管线比阻取0.025 3，管壁糙率取0.012。经计算，管径为0.58 m。结合现状地形，考虑施工方便等因素，管材采用钢管。

在排水管道的进口设置拦污栅，管道顺地形铺设，埋设深度按耕作与最大冻土深度要求，管顶覆土不小于1.0 m。同时，在管道的水平转弯处设置镇墩，镇墩采用C20混凝土。排水管道采用DN600钢管，壁厚8 mm，外防腐采用环氧煤沥青，厚度不小于400 μm，内防腐采用无毒环氧涂料，厚度不小于300 μm。

3.3 消力池工程

3.3.1 水力计算

为适应管道出流高水头、小流量的特性，消力池工程采用深筒式消能井。根据管道直径、设计流量及尾渠容许波高值，计算消能井参数。根据流量2.41 m3/s、管径0.6 m，经查算确定消能井宽2.1 m，深3.2 m。尾渠中水深Y=b/2=1.05 m。

3.3.2 消力池结构设计

消能井结构采用C30钢筋混凝土结构，长×宽＝2.1 m×2.1 m，井深为3.2 m，底板厚0.4 m，井壁厚0.3 m。同时，在井底中部设加厚防冲墩，并预埋钢板。消能井基础下设10 cm厚C15混凝土垫层和1.5 m厚砂砾石换填。

在消能井的下游设渐变段，与下游的海漫段相接。渐变段为C25钢筋混凝土结构，长5 m，深2 m，宽度由2.1 m渐变为4.1 m。渐变段底板厚0.5 m，其下设10 cm厚C15混凝土垫层，边墙为直立型，厚0.35 m。下游海漫段采用格宾石笼，长12 m，宽12 m，厚0.5 m，其下设0.3 m厚砂砾石垫层。

3.4 沟边埂工程

项目区沟边埂设在支毛沟沟头塬边上，沟边埂采用梯形断面，内外边坡均为1∶0.75，顶宽0.5 m，底宽1.25 m，高0.5 m。建筑材料为黄土，压实度不小于0.93。共修筑沟边埂6.9 km，在其上单行栽种油用牡丹，既满足沟边埂固土作用，又能提升经济价值。共栽种油用牡丹13 800株，株距0.5 m。严格按照苗木规格和等级在当地苗圃选购一级壮苗，苗龄2 a年，株高30 cm，地茎1.2 cm。

3.5 机修梯田

新修梯田38.25 hm2，涉及李家腰村12个小斑。水平梯田工程设计主要是确定不同坡度下的优化断面。根据坡度：5°-10°坡耕地，田面净宽14 m，田坎坡度75°；10°-15°坡耕地，田面净宽11 m，田坎坡度70°。田坎高度和田坎坡度相适应，做到坚实稳固，有利于地埂的开发利用。

4 综合效益分析

4.1 社会效益

项目紧紧围绕黄土高原塬面保护，通过实施工程措施和植物措施，疏导塬面径流，保护村庄和耕地，有效遏制侵蚀沟扩张和塬面萎缩，可以实现减轻自然灾害和下游防洪压力的目标。在塬面边缘修筑沟边埂和栽植油用牡丹，可提高农业综合生产能力，为推动农业可持续发展发挥示范引领作用。

4.2 生态效益

项目建设以控制地面径流和改善生态环境为主线，修建的涝池和排水系统，可将村庄道路来水引流至涝池再排入沟道，从而起到调蓄洪水、美化环境的作用。工程与植物措施紧密结合，可初步形成较完整的水土保护防御体系，最大限度地控制水土流失，保护塬面生态安全。新增水保治理面积5.51 km2，年可减少土壤流失量5.68万t。

4.3 经济效益

项目实施后，将大幅度改善项目区的农村生产生活条件，提高农田的蓄水保土能力，增强农业后劲，为农业经济的跨越式发展提供基础动力。修筑沟边埂6.9 km，可使23.22 hm2农田地表径流大部分就地拦蓄入渗，增加土壤含水量，加上新修梯田38.25 hm2，可大幅度提高农作物产量，经济效益显著。

5 结语

本项目具有社会环境公益性质，能有效控制项目区内由于水土流失带来的塬面萎缩、沟头前进、沟岸扩张、沟床下切问题，从而保护塬面的土地资源。通过各项水土保持措施的实施，项目区的水土流失可得到有效控制，蓄水保土能力不断增强，农业产量和农民生活水平将不断得到提高，从而加快脱贫致富奔小康的步伐。