虎庄流域侵蚀沟沟头防护工程及柳桩编篱谷坊布设探析

王海龙

（辽宁省营口水文局, 辽宁 营口 115003）

1 概述

虎庄小流域位于大石桥市虎庄镇,区域所在大石桥市虎庄镇总土地面积8580.2 hm2,其中虎庄三街土地面积340.67 hm2,虎庄流域土壤侵蚀面积224.67 hm2,占土地总面积的2.48%。

通过外业对侵蚀沟的实际勘察,沟道的上游很陡,下游很平坦。上游以切割扩张为主,下游以扩张为主。工程区内大部分的侵蚀沟都是水线沟,承担着排出上游雨水的功能,根据侵蚀沟的排水特点,总体布局应采取侵蚀沟上游拦沙、减少洪峰、防止沟道发育、下游排洪等措施[1]。由于水土流失渠道在汛期供水量大,有必要首先采用工程措施减轻水土流失,并保护正常植物生长措施,以防止初期植物受到洪水的损害。

根据工程布置原则,对各种工程类型进行比选,可比选的工程类型主要为下游沟道内的沟道岸滩防护工程,只采用石笼、土质自然边坡、浆砌石、混凝土、植物护坡、生态袋防护等工程措施,在这些可选工程中,浆砌石、混凝土为硬覆盖措施,虽然保护功能强,但其投资高,不能融入周边环境,与项目区发展不协调。土质自然边坡、植物护坡类工程虽然投资低,可与项目区发展相协调,但其抗冲能力,很难起到控制沟道侵蚀沟功能。单独的石笼工程投资适中,石笼空隙可生长杂草,可与环境融为一体,但单独的石笼工程可观赏性差,因此项目最后确定用生态袋护坡与边坡造林相结合的方法进行治理[2]。造林树种选择具有一定的经济效益并可大量供应的紫穗槐与刺五加。

根据侵蚀沟的实际情况,需要对边坡进行切割以减轻边坡的荷载,从而使边坡的稳定断面能够形成或维持在原来的状态。对于耕地侵蚀沟,为便于机械耕作,恢复耕地的完整性,采取秸秆充填沟的措施,在排水量大的地方,采用固滨笼和绿滨垫来保护沟头,干砌石谷坊布设位于沟底深度大于1.5 m、水量大、坡度大于5% 的侵蚀沟内,干砌石谷坊可作为沟道治理的控制性工程布置,用于减少洪水冲量和提高侵蚀基准面；柳桩编篱谷坊布设在沟底比降小于5%的侵蚀沟中[3]。其他裸露沟道部分,在不阻碍行洪的条件下,采用沟坡及沟底造林的措施采取封沟。

2 沟道治理工程

2.1 沟头防护工程

现场调查表明,侵蚀沟沟头坡度松散,植被较差。为有效减少水土流失,设计中型侵蚀沟qsg-zx-02、qsg-zx-03、qsg-zx-04、qsg-zx-06和qsg-zx-07,采取沟头绿滨垫及固滨笼防护；侵蚀沟头qsg-zx-08长35 m,其中13 m为附近村民倾倒的矿渣和石渣,沟头坡脚处布设浆砌石护脚,沟坡覆土栽植紫穗槐。

2.1.1 设计标准

根据《水土保持工程设计规范》规定[4],汇水面积小于50 km2的北方土石山区,耕地大于10 hm2的沟道滩岸工程防洪标准为10 年1 遇的最大降水3 h~6 h[5]。

2.1.2 沟头防护设计

qsg-zx-02、qsg-zx-03、qsg-zx-04、qsg-zx-06及qsgzx-07沟头防护分别为19 m、23 m、13 m、18 m及15 m,顶板压力采用0.5 m×1 m×2 m固定笼,边坡采用0.3 m×2 m×3 m绿滨护岸垫护坡,边坡1∶2,下设400 g/m2针刺短纤维无纺布,qsg-zx-08 防护13 m,削坡整形后,坡脚处布设浆砌石护脚,垫顶宽0.8 m,底宽1.5 m,高1.2 m。主要工程量见表1。

表1 沟头防护措施工程量

2.2 谷坊工程

2.2.1 谷坊布设原则

在沟谷调查的基础上,根据沟谷底坡度,按照底顶对比原则[5],选择河谷底坡度大于5% ~10% 的河谷段,系统排列河谷谷群,并初步确定每个山谷从下到上的位置,谷坊坝址选择应遵循的原则为沟底及岸坡地形、地质（土壤）条件好,无坑洼或破地,无难以清除的杂物。

2.2.2 坊形式

根据上述原则,经实地调查测量,建议在qsg-xx-01、qsg-zx-01、qsg-zx-02等地安排柳条绒编织谷坊。qsg-x-05、qsg-zx-02、qsg-zx-04、qsg-zx-05、qsg-zx-06、qsg-zx-07等地建立干砌石谷坊。

1）干砌石谷坊

谷仓的高度是项目设计的关键,要依据修建谷坊的材料,同时要考虑两谷坊之间形成的阶地,有利开发,便于经营,为此,采用“顶底相照”方法可以用来检查[6],以便选择最佳方案,另外,根据实际测量数据,布设最适合的治理措施在最合适的位置。该工程谷坊高为1.5 m×0.8 m（高×宽）,其中谷坊的高度1.5 m包括基础埋深0.5 m。为防止洪水冲刷河道两侧的堤坝,破坏堤坝,在谷坊两侧的堤坝中嵌入沟岸0.5 m 的防洪设施。

2）工程量

在6 条侵蚀沟一共布置20 座干砌石谷坊,总坝长189 m。干砌石谷坊布设及工程量见表2。

表2 干砌石谷坊布设及工程量表

2.3 消能措施设计

设计在河谷末段下游设置绿色岸垫护底,护底总长60 m。qsg-xx-04 设置宽为3 m,长为10 m,qsg-xx-05设置宽为3m,长为10 m；qsg-zx-04 设置宽为5 m,长为10 m；qsg-zx-05设置宽为3 m,长为10 m；qsg-zx-06 设置宽为2 m,长为10 m；qsg-zx-07 设置宽为3 m,长为10 m；消能措施工程量见表3。

表3 消能措施工程量表

2.4 柳桩编篱谷坊

小型沟qsg-xx-01沟长53 m,平均上口宽为6.3 m,平均下口宽为2.0 m,平均深0.6 m,上口经直线坡度整形（坡度35°）后平均宽度为7.25 m,下口平均宽为2.0 m,平均深为0.6 m。

2.4.1 谷坊典型设计

坡面被侵蚀切割后,在底部种植垂直于水流的柳杆,杆长1.0 m,埋深0.65 m,柳杆5行,行距为0.5 m,株距为0.3 m,埋杆直径为7 cm~10 cm,柳木柱子用镀锌钢丝围起来,每两排篱中填满混合土和碎石,柳树桩用镀锌钢丝捆扎牢固,增加整体抗冲击能力。

2.4.2 谷坊布设

qsg-xx-01 配备4 座柳谷坊,坝长14 m,3 条侵蚀沟共布置13 根编篱谷坊,总长136.5 m。工程量见表4。

表4 柳桩编篱谷坊布设及工程量表

2.5 填沟工程

对于耕地被侵蚀的沟渠,为便于机械耕作,恢复耕地的完整性,采取秸秆填沟治理措施,秸秆捆扎结合排水管和木桩铺设在沟底[7],沟内铺有切削坡土,经过沟渠处理后可恢复被侵蚀的耕地,提高耕地利用率。

2.5.1 典型设计

典型设计为qsg-zx-02,侵蚀沟长266 m,上口3.4 m,沟底平均宽度1.3 m,（削坡后沟底平均宽约1.3 m）,平均深0.6 m。

2.5.2 秸秆填沟措施设计

1）边坡切割、排水管放置、打桩:首先在侵蚀沟上进行边坡切割,坡度切割角度接近直角,秸秆治理措施的最小沟深应为1.2 m以上,对于深度不够的侵蚀沟,为能够正常施工,需要将沟挖到要求的高度,将土方临时堆放在沟边,铺设Φ300 mm的排水管,外包400 g/m2短纤维针型无纺布;沟底插一排木桩（长100 cm~150 cm,直径5 cm~7 cm,埋地约50 cm,行距0.5 m）,每隔3 m左右。

2）秸秆打捆：选择秸秆并进行捆绑, 秸秆尺寸（长×宽×高）为0.6 m×0.4 m×0.5 m,沿沟底铺设一层。

3）填土：沟底采用秸秆编捆敷设,将坡土铺在秸秆上,填土分为压实层和松土层[8]。 压实层厚度为0.2 m。松散土层按沟深填实。回填后,沟渠与耕地的高度差为0.2 m。河道内每3 m向水流方向有一个脊,高0.2 m,顶宽0.2 m,底宽0.6 m。坡度1∶1,使流入沟内的降水就地下渗,在一定程度上减少水土流失,恢复耕地的完整。

2.5.3 秸秆填沟工程量

qsg-zx-02 秸秆填沟措施需填234 m3秸秆,其中需84.45 m3秸秆,土方150.7 m3。区域共有3 条侵蚀沟布置秸秆填沟措施,共需填方量3900.11 m3,其中土方2189.18 m3,秸秆1710.93 m3（需要秸秆捆个数为14258）,恢复耕地面积约0.09 hm2,具体工程量见表5。

表5 秸秆填沟布设及工程量表

3 其他辅助工程

3.1 生产道路设计

现有田间生产道路路面凹凸不平,路宽窄不一,影响现代耕作机械及车辆通行。根据该地区生产道路实际情况,设计对现有田间生产道路进行拓宽、整平,改建[6]。

改建生产道路3 条,长度3683 m。其中：2#、3#小型侵蚀沟附近改建生产道路1043 m；3#中型沟右侧改建生产道路328 m；1#中型沟左侧改建生产道路647 m；4#、5#、6#、7#、8#中型沟沟头部分改建生产道路1548 m,3#中型沟过路涵改建生产道路117 m。拓宽后路宽为3.0 m,路面整平后铺设100 mm厚砂石路面,下设300 mm厚山皮石。

3.2 浆砌条石过水路面

现有2#、6#中型侵蚀沟沟道内需要增设2条干砌石过水路面,以便汛期道路通行。

设计2#侵蚀沟过水路面宽1.5 m,6#侵蚀沟过水路面宽3 m,共计长38.9 m。整平后下层设700 mm浆砌石,中层铺设100 mm细石混凝土,上层铺设300 mm厚M15 浆砌石条石。

3.3 整地工程

实施过程中不可避免的会扰动、占压侵蚀沟道两侧的耕地,项目实施后对侵蚀沟道两侧一定范围内的耕地进行深松措施,使耕地恢复原有耕种条件或与侵蚀沟恢复后的耕地融为一体。

3.4 碑牌工程

根据侵蚀沟实际情况,在治理区域的明显处设立宣示牌,加强对侵蚀沟管理和建设的政策法规和奖惩制度的宣传[10],提高人们的生态保护意识,宣传牌采用镀锌钢管结构。虎庄三街设置宣示牌2个。

4 结语

虎庄流域设计共有13 条侵蚀沟,总长3421 m,根据每条侵蚀沟产生、发展及分布特点,分别采取削坡整形、固滨笼绿滨垫沟头防护、干砌石谷坊、浆砌石护脚、排水涵绿滨垫护底、秸秆填沟、过水路面、柳桩编篱谷坊等不同治理措施治理。