连州市小水坪灌区续建配套及节水改造工程水土保持设计思路

　　摘要：小水坪灌区工程始建于上世纪50年代，由于兴建年代较早，受当时历史条件制约，设计技术标准较低，施工质量较差，经过50多年的运行，灌区工程严重老化，渠道渗漏严重，存在许多险工险段，同时由于配套设施不完善，使得实际灌溉面积锐减，仅有1.73万亩，远未达到设计灌概面积。因此，对小水坪灌区进行续建配套及节水改造，搞好灌区的除险加固和续建配套，完善管理设施，改善管理条件，使之达到灌区设计效益，不仅切实可行，也是十分必要的。从水土保持角度而言，该工程为典型线性工程，具有跨距长、点分散等特点，水土流失生态因子差异大，渠系建筑物众多，水土保持设计难度大，一旦发生水土流失则影响面广、危害严重，因此能否做好灌区的水土保持措施，将直接关系到整个工程水土流失防治工作的成败。本文通过总结灌区的水土保持设计经验，提出“必须树立以线为主、点线结合的思想，并从典型设计入手，才能全方位把握水土流失防治要点”。
　　关键词：灌区，线性工程，水土保持
　　
　　1概述
　　1.1工程概况
　　灌区设计干渠2条，全长46.65km；支渠8条，全长16.83km。续建配套及节水改造工程建设内容主要包括：①灌溉干渠及支渠险工险段加固，防渗改造；②重新修建3座渡槽，其余6座需修补加固；③对21座涵洞除险加固；④更新改造人行桥153处、放水闸27处；⑤危房改造1200m2以及完善其他配套管理设施。工程等别为Ⅳ等，主要建筑物为4级，次要建筑物为5级。本工程建设总占地为：52.26hm2，其中永久占地36.78hm2，临时占地15.48hm2；
　　1.2方案批复情况
　　2009年8月，清远市水利水电勘测设计院有限公司编制完成《连州市小水坪灌区续建配套及节水改造工程水土保持方案报告书》，2009年10月广东省水利水电技术中心在连州市，主持召开了方案技术评审会，方案获顺利通过。2010年8月，广东省水利厅对《方案报告书》进行了批复。
　　2灌区水土保持设计难点
　　经预测，本工程建设扰动原地貌面积52.26hm2，损坏水土保持设施面积18.5hm2，其中应缴纳补偿费面积6.44hm2，弃土弃渣总量16.07万m3（含表土剥离），可能造成的土壤流失总量为7910.2t，其中新增土壤流失量为7447.2t。渠道区和弃渣场新增水土流失量依次为4929.1t和1838.6t，分别占项目区新增流失总量的66%和25%，是水土流失防治的重点区域。
　　2.1跨度大、生态因子多变
　　本工程位于连州市丰阳镇、西岸镇、东陂镇境内，灌区设计干渠2条，全长46.65km；支渠8条，全长16.83km。工程具有跨度大，点分散的水土流失特点。
　　区内地势低平开阔，地面起伏和缓，坡度在5～15度之间。地貌有峰丛洼地、残丘坡地、剥蚀侵蚀丘陵等。因地质、地形和气候条件的复杂性，土壤类型主要为：赤红壤、红壤以及水稻土等多种土类。该区地带性植被均为亚热带常绿阔叶林，森林覆盖率较大。据2006年国家卫星遥感水土流失航片成果，连州市水土流失面积31668.68hm2，占连州市幅员面积的28%。
　　2.2灌区建筑物类型多
　　灌区由2条干渠及8条支渠组成，主要有渠道、涵洞、渡槽、水闸和人行桥等渠系建筑物。
　　（1）渠道区
　　渠道均为明渠。干渠沿山边等高线走，部分为深切方及高填方渠道。本次续建配套及节水工程对渠道防渗采取三面光现浇砼衬砌，对不同的渠道险段采取不同的处理方法，对内坡经常垮方或滑坡渠段主要采取削坡与浆砌石护坡相结合的处理方法；严重垮方或滑坡且削坡工程量太大的渠段则改建涵洞渠；对外坡坡脚常垮方或滑坡渠段采取放缓边坡与挡土墙防护相结合的处理方法。
　　（2）涵洞区
　　灌区总共有涵洞21处，涵洞采用无压型。本次拟对全部涵洞进行加固改造。
　　（3）渡槽区
　　本工程涉及渡槽类型全部为单排架钢筋砼渡槽。槽身横断面型式主要为矩形和U形。干、支渠上渡槽共9座，渡槽总长967m。本次拟对3座损毁严重的渡槽拆除重建，其余6座修补加固。
　　（4）水闸和人行道区
　　本次设计配置153处人行桥，21处放水闸。
　　2.3要求高、标准严
　　从水土流失防治区的角度分析，灌区地处广东省水土流失重点预防保护区，执行建设类一级防治标准。
　　从区域水土保持生态功能重要性分析，灌区沿线的水系东陂河是北江水系连江一级支流，为连州市的重要江河。
　　综上所述，整个灌区的水土保持生态功能十分重要，必须严格执行建设类项目一级防治标准，以保护好工程区的生态环境。
　　灌区雨量丰沛，多年平均降雨量均超过800mm，原地貌侵蚀强度总体为轻度，因此水土流失总治理度、林草植被恢复率、林草植被覆盖率绝对值向上调整2，土壤流失控制比向上调整为1，即在考虑地区差异后，对这六项指标提出了更严格的要求。经调整，渠线区设计水平年水土流失防治目标为：扰动土地治理率97%、水土流失总治理度97%、土壤流失控制比1、拦渣率95%、林草植被恢复率99%、林草植被覆盖率27%。
　　3灌区水土保持设计思路
　　为合理布设水土保持措施，并分区作典型设计、统计工程量，将渠线区分为渣场、渠道、隧洞、渡槽、倒虹管及泵站共六个防治亚区。因各区的临时防护措施设计思路基本相同，下文只在渡槽区进行了详细叙述，其余各区不再重复。
　　3.1渣场区
　　3.1.1土石方平衡
　　本工程共计挖方33.78万m3；填方22.01万m3；通过项目区内调配利用后借方4.3万m3，主要为渠道、渡槽、拦河陂等工区衬砌所需石方及沙砾垫层用沙；工程弃渣16.07万m3；其中项目区剥离表土5.5万m3，剥离表土就近选择地势低洼地区临时堆放，并做好临时拦挡措施和临时排水措施，施工结束后用作项目区绿化覆土；永久弃渣10.57万m3，永久弃渣拟在项目区沿线设置永久弃渣场弃置。
　　3.1.2弃渣分布特点
　　灌区弃渣总体为线性、分散分布。
　　单位长度各渠系建筑物弃渣产生量是：总干渠2.26m3/m，涵洞1.06m3/m，渡槽1.28m3/m，人行桥及水闸0.05m3/m。
　　从上述可知，虽然灌区弃渣为线性分布，但单位长度弃渣量并不小，难以就地消纳，如果沿线无序堆放，则会形成带状“疤痕”，影响景观。因此考虑对弃渣采取集中定点处置方式，虽然在一定程度上增加了运距，但对沿途景观破坏小、并且容易集中布设水土保持防护措施。
　　3.1.3渣场规划
　　（1）渣场选择原则
　　首先是少占耕地资源，渣场上游集水面积小，周边无公共设施、工矿企业、居民点等重要保护对象。
　　其次是控制渣场数量和运距。要求在具体施工时，填筑材料优先考虑利用开挖料，尽量做到自我平衡，减少弃渣量和渣场个数。运渣距离一般控制在1km以内，确保集中堆渣方案的可操作性。
　　第三是所选渣场能够充分利用当地机耕道或者灌区的施工便道，尽量避免新建运渣公路。
　　（2）渣场设置
　　根据上述渣场选择原则，灌区共规划了6个渣场，其中山坡型渣场2个、天然凹地型渣场4个。渣场大多位于渠道两侧500范围内。
　　3.1.4代表性渣场选择原则
　　因灌区涉及渣场个数较多，不可能在方案报告书阶段对其一一进行设计，因此在上述二类渣场中，各选择代表性渣场作典型设计，并以此推算工程量。然而工程量估算能否接近实际，与是否合理选择代表性渣场关系密切。
　　本方案在选择代表性渣场时，主要考虑了如下因素：1）堆渣库容适中，能反映该类型渣场的平均水平；2）地形、地质、上游区间来水等条件一般化，确保设计的水土保持措施具有可比性。
　　根据上述原则，分别在二类渣场中选出了2个渣场作典型设计。
　　3.1.5典型设计
　　3.1.5.1冲沟型渣场
　　山坡型渣场的最大特点是上游汇流不集中、集雨面积偏小。
　　本工程山坡型渣场坡度大于250，基岩裸露，覆盖层厚度小于1.0m。因上游无集中汇流区，渣场下游采用重力式挡渣墙进行拦挡。在堆渣边界设排洪沟截洪，截洪后由拦渣墙左右两侧排至冲沟下游。渣体堆放在坝顶以上按1：2削坡。综合护坡，渣体堆放在墙顶以上按1：2削坡，坡面采用M7.5砌石框格护坡，框格中间撒播百喜草草籽，形成综合护坡，堆渣结束后在渣面撒播百喜草草籽。
　　3.1.5.2天然凹地型渣场
　　天然凹地四面环山，渣体堆放在天然凹地内，不会发生滑塌等现象，不设置拦挡、排洪措施。堆渣结束后对渣面进行植被恢复。
　　3.2渠道区
　　3.2.1工程措施
　　从水土保持角度，将渠道区细化为半挖半填段、全挖方段、全填方段。
　　半挖半填段，在挖方段上边坡设置仰斜式挡墙。为排除挡墙后的积水，在墙体内布设排水孔，水平间距一般2m，上下间距0.6m，孔径10cm，以梅花状分布为宜。为防止填方边坡土石滑塌，考虑在填方坡面用C15混凝土框格护坡，为减少坡面径流对边坡的冲刷，将框格设计为截水型，框格成正方形，框格条边距3m，每个框格条上设宽25cm，高10cm的截水边，在框格内铺设草皮，形成综合护坡。在山区修建旁山渠道时，地形坡度较大，上边坡来水含沙量较大，为了避免泥沙进入渠道，考虑在渠道挖方边坡内侧每5m高设1.0m宽戗道，并在戗道内侧设0.3×0.3m的排水沟，用于拦截坡面来水，然后经过合适的位置，排入渠道下边坡。
　　全挖方段，在渠道的两侧挖方段，对挖方边坡设挡墙，挡墙设计思路同半挖半填段。为了避免泥沙进入渠道，考虑在渠道两侧挖方边坡每5m高设1.0m宽戗道，并在戗道内侧设0.3×0.3m的排水沟，用于拦截坡面来水。
　　全填方段，为防止填方边坡土石滑塌，考虑在两侧填方坡面用C15混凝土框格综合护坡。
　　3.2.2植物措施
　　3.2.2.1护坡绿化
　　结合当地立地条件，在C15混凝土框格护坡的框格内满铺狗牙根草皮。
　　3.2.2.2上边坡绿化
　　（1）上边坡为坡耕地治理区
　　在渠道经过上边坡为坡耕地的地段，水土流失严重，对渠道的危害极大。为防治周边水土流失对渠道造成影响。在渠道上边坡侧密植灌木林带，林带宽3～5m。选用低矮灌木大叶黄杨，品字型等高排列，株距0.3m。待苗木生长稳定后，在空闲裸露地撒播三叶草，撒播密度为12g/m2。
　　（2）上边坡为非耕地治理区
　　根据占压地类、土壤情况、地形地貌等生长条件进行造林布置。
　　占地类型以林地、灌林地为主的地段，土层较厚，土壤养分充足，适合高大乔木的生长：1）在渠道两边较瘠薄的地段，株间混交马占相思、杉木，株行距4×4m，品字型等高排列；2）在渠道两边土层较深厚的地段，株间混交大叶女贞、九里香，株行距3×3m，品字型等高排列3）在渠道两侧土层浅薄不宜栽植深根系高大乔木的地段，带状混交大叶黄杨、夹竹桃，两者为浅根系植物，根系横向扩展，株行距1×1m，品字型排列；4）在沿线平缓地段，种植慈竹纯林，其根系横向平展，对表层土能起到很好的水土保持作用，慈竹间距2×2.5m，品字型排列。
　　占地类型以荒草地为主的地段，采用如下混交林方式：1）在坡度10～20°的地段，株间混交马占相思×夹竹桃乔灌混交林，马占相思株距2.5m，行距3m，定植点矩形排列。夹竹桃间植于栓皮栎中，间距2.5×3m。2）在10°以下地段，移栽毛竹纯林，间距2m×2m，品字型等高排列。
　　待苗木生长稳定后，在空闲裸露地撒播百喜草。
　　3.3涵洞区
　　涵洞为地下建筑物，地表的水土保持措施相对较简单，主要考虑涵洞进、出口部位。
　　出于对自身安全的考虑，主体设计对洞口开挖面采取了加固，防止坍塌和水土流失，因此方案仅补充截排水工程。在洞口上方及周边修建截排水沟，过水断面尺寸为深0.5m，底宽0.4m，顶宽0.6m。
　　施工结束后在洞口空闲裸露地种植百喜草，密度为12g/m2。
　　3.4渡槽区
　　3.4.1临时措施
　　鉴于该区建筑物布置和地形的特殊性，水土保持措施主要以施工临时防护措施为主。
　　（1）编织袋拦挡
　　施工弃渣在转运到渣场前，将临时堆放在渡槽两端和渡槽支撑周边，需采用编制袋进行临时拦挡。具体操作程序为：开挖的土方装袋后，就地拦挡施工开挖料，待回填时再拆袋，多余的土方在施工结束后拆除，用作项目区绿化覆土。拦挡尺寸一般高0.6m、宽1.0m。
　　（2）临时截排水沟
　　在渡槽两端、渡槽支撑周边开挖土渠，以临时疏导雨水和减小坡面径流对开挖面的冲刷。由于施工时间较短，采用简易沟道，过水断面为梯形断面，顶宽0.5m，底宽0.3m，深0.2m。
　　3.4.2植物措施
　　在渡槽支撑周边征地范围内，行间混夹竹桃、九里香，混交株距0.5m，行距0.75m。
　　在渡槽两端：1）在土层较深厚的地段，株间混交马占相思×夹竹桃，株行距3×3m，品字型等高排列；2）在土层浅薄不宜栽植深根系高大乔木的地段，带状混交大叶黄杨×夹竹桃，两者为浅根系植物，根系横向扩展，株行距1×1m，品字型排列。
　　施工结束在空闲裸露地，撒播百喜草。
　　3.5水闸及人行桥
　　水闸及人行桥区，水土保持措施主要以施工临时防护措施为主，设计思路同渡槽区。
　　施工结束后，在空闲裸露地撒播百喜草。
　　5结语
　　灌区工程一般由水源区、渠道组成。从水土保持角度，水源区为点式工程，水土流失部位较集中，易于采取集中防治措施，而渠道区为典型线性工程，涉及区域广，局地气候特征变化大，穿越的地形复杂多变，水土流失生态因子差异大，渠系建筑物类型多，野外踏勘工作繁重，水土保持设计难度大，一旦发生水土流失则影响面广、危害严重，因此能否做好渠道区的水土保持措施，将直接关系到整个工程水土流失防治工作的成败。在渠道区水土保持设计中，必须树立以线为主、点线相结合的思想，并从典型设计入手，才能全方位把握水土流失防治要点。
　　参考文献
　　1.《连州市小水坪灌区续建配套及节水改造工程水土保持方案报告书》，2009年，清远市水利水电勘测设计院有限公司