子洲县2021年小流域水保建设方案探析

乔 元

（子洲县农村饮水工程服务中心,陕西 榆林 718400）

子洲县地处黄土高原腹地,沟壑纵横。长久以来,水保建设与农田耕种矛盾突出。为了推进县域水保建设,减少入黄泥沙,现以2021年小流域水保项目为例,对县域水保建设进行探析。

1 概况

子洲县2021年小流域项目区涉及三川口、马蹄沟、双湖峪3个乡镇11.3万人,属无定河一级支流大理河,为黄土丘陵沟壑区,沟壑密度为4.9 km/km2[1]。其地势大致西高、东低,地形起伏较大,垂直变化明显,形成了极易侵蚀的地貌条件。项目区区属暖温带和温带半干旱大陆性季风气候,多年平均降水量449.5 mm[2],区内风多且大,多年平均风速2.3 m/s。项目区土壤类型主要有黄土、黄沙土等,植物属于干旱草原、沙生植被到森林草原过渡区,地表植被覆盖率为36.76%左右。

2 存在问题

项目区位于子洲县西南部,地处祁吕贺山字型构造东翼反射弧内侧,地质活动相对稳定。存在的主要问题：项目区贫困落后,传统农业特征突出,产业结构单一。坡耕地面积大、比例高,占项目区耕地总面积的60.26%。顺坡耕种、广种薄收等落后的生产方式,造成了区域生态环境的恶化和一定的水土流失；农业生产基础条件不高,水利灌溉化程度低,抗御自然灾害能力有限,农业靠天吃饭的现状未得到根本改变；草木植物的特点是叶片小、根系发达、耐旱、抗贫瘠、生长期短、休眠期长、覆盖率低,没有形成生态体系；项目区交通不便,现有产业道路基本为土路,干旱季节尘土飞扬,雨季泥泞不堪,群众通行困难。

3 总体布置设计

项目区地貌特征是沟壑密集、支离破碎,梁峁起伏而峁顶较圆,峁小梁短,地面切割较深,沟缘线十分明显,长期以来水土流失严重。按照项目区的自然条件和存在问题,水保治理分为沙梁峁顶、峁坡、峁边线、沟谷坡、沟谷底五种立地类型,见图1。

图1 地貌类型图

根据不同立地类型进行水保措施配置。

（1）梁峁顶

造林立地质量等级为Ⅲ级。在近村缓峁宽梁采取大鱼鳞坑整地,种植人工草地；在尖嘴窄梁和远村梁峁地上,采取小鱼鳞坑整地栽植灌木,形成梁峁顶部植物防护带。

（2）梁峁坡

造林立地质量等级为Ⅱ级。在交通方便,水源条件充足,避风向阳,土质较好、坡度较缓区域进行梯田改造建设。并配套生产道路和集雨水窖建设,增加田地灌溉条件。

（3）峁边线

造林立地质量等级为Ⅲ级。采取小鱼鳞坑整地配置紫穗槐灌木或者穴状整地配置柠条灌木,形成密集灌丛生物带,以固定峁坡,防止沟沿崩塌和沟头延伸。

（4）沟谷坡

造林立地质量等级为Ⅳ级。现状沟坡多为天然草地和疏幼林地,对坡度较缓、覆盖度小的沟坡地采取小鱼鳞坑整地措施营造灌木生态林。

（5）沟谷底

造林立地质量等级为Ⅰ级。选择在沟道下切剧烈发展的支沟内修建谷坊群,以遏制沟底下切和沟岸扩张,达到拦沙减沙目的。

4 典型设计

本次小流域建设方案包括水平梯田、谷坊、集雨水窖、生态林、道路硬化等工程措施。水平梯田、谷坊、集雨水窖均进行典型设计,配套措施采取标准设计。

4.1 水平梯田工程设计

规划在项目区粱峁坡度为5°～15°的坡耕地修筑水平梯田60.37 hm2,机修梯田特性见表1。该区域坡耕地土质较好,离村庄近,有利于实现机械化和水利化。水平梯田的设计防洪标准为20年一遇3 h最大暴雨。水平田块设计,主要是确定田面宽、田坎高和规划面积。田面宽B、田坎高H和田坎斜坡距离L之间的关系见图2。

表1 机修梯田工程特性表

图2 坡改梯典型断面示意图

4.2 谷坊工程

为了减小项目区内水土流失,选择在沟道下切剧烈发展的支沟内修建谷坊群[3],与沟道内的现状淤地坝相互配合,抬高侵蚀基点,遏制沟底下切和沟岸扩张,达到拦沙减沙目的。沟道比降大于5%～10%的沟段,沟口狭窄地段,河床稳定,基础牢固,坝址上下游宽阔平坦,支流汇入口的下游,避开天然跌坎,采用“顶底相照”的方式成群布设。根据现场调查,本次选择在支沟1布置谷坊群1#～3#、支沟2布设谷坊群4#～6#、支沟3布设谷坊群7#～9#。土谷坊坝体碾压均质土坝,坝高≤6 m（根据所在位置的沟道比降确定）,坝顶宽2 m,坝体迎水坡比为1∶1.5～1∶1.8,背水坡比1∶1.3～1∶1.5。谷坊设计相关参数见表2。

表2 谷坊工程特性表

4.3 集雨水窖工程设计

项目区雨水的集蓄利用系统是利用道路作为集水区,沿道路每隔一定距离布设水窖,形成水窖群,以分段集蓄路面径流而进行提水灌溉,实现水资源的优化配置和高效利用,本项目统一选用50 m3矩形砖混结构水窖,共布设8座水窖。

根据《雨水集蓄利用技术规范》,本项目水窖用于灌溉道路两侧的经济林和景观林,采用点灌,灌水次数取2次,灌水定额取150 m3/hm2,即灌溉定额为300 m3/hm2。水窖采用矩形水窖。窖体由窖口、水窖两部分组成。窖口方形0.7 m×0.7 m,采用预制钢筋混凝土盖板覆盖,盖板方形1.2 m×0.7 m,厚度0.1 m,预留0.35 m取水口；窖体侧墙采用M10浆砌砖砌筑而成,厚度0.5 m；窖体长×宽：6.2 m×3.0 m,高3.0 m,窖体盖板采用现浇钢筋混凝土砌筑,长×宽：7.6 m×4.4 m,厚0.2 m。窖底设置DNI10PE放水管,进口段安装拦污栅,放水管出口延伸至坡外,端口安装开关阀进行控制。

为保证水窖入水泥沙含量低,在水窖入水口设计沉砂池。沉砂池设计为矩形,长2.0 m、宽2.0 m,高1.0 m：沉砂池采用M7.5浆砌石砌筑,厚度为30 cm。在高于沉砂池底部20 cm处,预留水窖进水口,在其外侧安装筛网作简单防污处理,进水管道采用DN110PE管道与水窖连接。水窖相关参数及单座工程量见表3。

表3 单座50 m3矩形水窖工程量统计表

4.4 道路设计

（1）道路硬化设计

按照现状道路情况和交通要求,合理布置硬化道路长度和宽度,利用硬化道路收集雨水存储在集雨水窖内。根据项目区实际情况,本次道路硬化分为四段,分别为：红花楼至朱阳湾1.9 km；林场村至佛殿堂9.789 km；牛薛沟村至梁家沟8.566 km；白家沟村0.086 km（原有路面拆除后硬化）,路面采用C30砼硬化,路面宽3.5 m,厚0.18 m。垫层采用3∶7灰土,宽4.0 m,厚0.2 m,路基采用现状路基,但需平整压实,路基宽度为5.0 m,道路两侧设素土路肩,宽为0.5 m。

（2）道路排水工程设计

排水边沟总长21038 m,沿路山体坡根布设。排水渠为M7.5浆砌砖渠,采用L型断面,断面尺寸为水平段0.5 m,侧墙高0.3 m。根据项目区实际情况,部分排水边沟无法直接向外排出,为防止雨水冲毁路基,损毁道路,需要砌护排水沟,根据道路排水要求及排水边沟排水水量,断面内尺寸选择0.3 m×0.3 m。排水沟采用矩形浆砌砖结构。两侧墙体为0.24 m厚。本次共布置41处矩形排水沟,总长246 m。

根据项目区实际情况,部分排水边沟沿山体布设,在汇入低处后,需要跨路排出,因此需设计排水管涵作为穿路建筑物,管涵进口设置集水井,出口设八字,共布置58处排水管涵。

（3）浆砌石挡墙设计

为防止道路沿线高边坡塌方造成道路阻断,本次在林场村至佛殿堂产业道路设置浆砌石挡墙一处,长71 m,设计挡墙总高3.5 m,基础埋深0.5 m,内侧坡比为1∶0.25。

4.5 生态林工程设计

项目区地处黄土丘陵沟壑区,植物覆盖度低,水土流失严重,同时近年来当地村民认识到生态环境的重要性,因此应对坡度较大的山地进行绿化,营造大面积生态林,改善项目区生态环境。本次规划在三川口镇马家沟村山峁林草地（坡度大于25°,且后期无发展潜力的荒坡地）营造生态林,共设计栽植10万株乔木（油松,冠高1.5 m）,营造40 hm2生态林,在山峁处选择12处栽植地块,栽植间距为2 m×2 m。

同时,营造景观灌木林17.41 hm2,主要树种有：胡枝子、黄刺玫、白刺、沙地柏；营造水保灌木林13.00 hm2,主要树种为柠条、紫穗槐；栽植行道树2.05 km,主要乔木树种有：圆柏、红叶碧桃,间种花卉草本蜀葵,开挖边坡植物防护种植紫花苜蓿。种草10.99 hm2,牧草草种紫花苜蓿,扩大项目区生态植被覆盖率。

5 结语

子洲县属典型的黄土丘陵沟壑区,地形支离破碎,山大沟深,坡耕地面积大,范围广,坡度较陡,造成水土流失严重和产业矛盾突出。经过分析探讨,在5°～15°的坡耕地修筑水平梯田60.37 hm2,在沟道下切剧烈的支沟1布置谷坊群1#～3#、支沟2布设谷坊群4#～6#、支沟3布设谷坊群7#～9#,利用硬化路面修建集雨水窖8座,利用植物措施营造生态林81.4 hm2。通过水平梯田、谷坊、集雨水窖和生态林、硬化道路建设,在减少水土流失的同时,可有效改善群众生产生活条件,提高粮食生产量,方便群众出行,可为项目区水保建设提供科学依据。