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摘要：水土保持工作对改善农业生态环境，促进“三农”发展，减少水旱风沙灾害，具有显著作用。本文以响水县废黄河高亢地区项目区为例，对响水县废黄河高亢地区水土保持设计思路和治理措施进行了论述。
关键词：废黄河高亢地区；水土保持；设计思路；治理措施
Abstract: soil and water conservation work to improve agricultural ecological environment, promote the development of "agriculture, countryside and farmers", and reduce sand disaster, has the remarkable effect. This paper XiangShuiXian waste the Yellow River as an example in high project, XiangShuiXian waste of the Yellow River water and soil conservation design ideas in high and management measures are discussed in this paper.
Keywords: waste in the Yellow River keen; Water and soil conservation; Design train of thought; Management measures
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
1 项目区概况
响水县位于盐城市最北端，东临黄海，北枕灌河，灌南、涟水，南抵废黄河，与滨海县毗邻。省道307与废黄河之间为黄河故道高亢沙土区，其余为沿海平原沙土区，总面积1461 km2，下辖13个乡镇（区），152个村居。响水县七套中心社区小流域治理工程所处项目区位于响水县大有镇七套中心社区，根据江苏省人民政府《关于划分水土流失重点防治区和平原沙土区的通知》（苏政发［1999］54号），属黄河故道高亢平原沙土区，区域面积10km2。项目区位于响水县七套中心社区南侧，南止废黄河河，北到307省道，东至王马河，西至青年河，涉及七套中心社区三份、亭泉、梅湾3个村，七套中心社区亭泉河小流域总面积10 km2。
响水县属黄泛冲积平原，成陆历史较短，境内地势平坦，由西南向东北逐渐倾斜，总坡度为1/6000。据响水县土层结构情况调查，大部分地区表层是沙土（只有灌河沿线部分地区是粘土），但厚度不等，靠近废黄河沿岸沙土层厚，地势高，最后处达5～6m。过307线越向北越薄，到边缘地带只有0.5～0.6m。项目区在废黄河边，地面高程▽6.5～8.1m，属废黄河高亢沙土区。
项目区土质是近代黄泛沉积而成的沙土或沙壤土，这种土质粘性很低，团粒结构差，最易随雨水流失，致使河、沟淤积严重。
2 设计思路
地质勘探资料显示，黄河故道地面覆盖着4～7m厚黄泛沉积物，土壤主要为细沙和粗粉沙，产状水平，层理清晰，层厚数厘米至数十厘米。根据省水文局2006年在七套三份布置水土流失观测试验站，实测土壤量侵蚀见下表。
表1 2006年七套三份实测土壤侵蚀量成果表
经分析，响水县废黄河高亢地区造成水土流失主要因素有：降雨因素、土壤因素、地形因素。侵蚀的主要表现为：
（1）面层侵蚀。由于暴雨侵蚀土壤表面，使坡面形成顺坡延伸浅沟，冲刷土壤。土质砂性，结构松散是各种水土流失的内因。当天气干旱，含水率小于12%时，表层土稍受压力则松散成粉末，一遇大雨即被地表径流带走，以道路、河坡、青坎为重，当含水率大于20%时，接近粉砂土流限，就极易流失。响水县属台风影响区，大风暴雨时有发生，汛期降雨量接近全年的74%，由于暴雨冲击，表层土粒被分散、移动，一旦产生地表径流，就会发生面层侵蚀。
（2）细沟侵蚀。沙土区沟河坡面坡度较大，土质沙性大，由于大部分没有防护措施，滚坡水在沟河坡面上冲刷形成复杂网状小沟，即俗称“雨淋沟”，逐渐发展可达1m。
（3）重力侵蚀。由于建筑物配套水平低，缺少沟口防护，排水沟直接排水入大中沟，形成高落差排水，使土体失去重力平衡产生崩塌，滑坡等现象。从表中看出，由于七套河坡坡度陡，侵蚀模数要大得多，达到8658t/(km2·a)。
从实测资料看，项目区土壤侵蚀量一般可达中等强度水平。被侵蚀土壤随水流进入河道，而响水县境内河道海拔较低，流速较小，多用于农作物灌溉，因此，河网成为水土流失的主要通道，并最终淤积在河道中。
对上述水土流失现象，进行有针对性的设计。对面层侵蚀，主要结合废黄河故道开发项目、土地治理项目、小型农田水利重点县项目等进行农田水利配套。细沟侵蚀、重力侵蚀主要是进行河道整治和河道坡面治理。
3 治理方案
项目区属于废黄河高沙土区，土壤抗冲刷能力差，河道边坡坍塌严重，本次工程以岸坡防护为重点。
该项目区为解决亭泉河、王马河坡坍塌严重问题，对王马河坍塌严重的河段，在西侧新建500m挡土墙，以保证河坡稳定和河西侧道路安全。对冲刷严重的2200m亭泉河采用六角块护土砖进行边坡防护，在减小冲刷、有效防渗的同时，增加植被面积，美化环境。由于各河道、中沟之间河底高差较大，常规涵洞排水冲刷力大，易造成河坡坍塌，影响排水，本次工程新建Φ90×15m排水涵洞7座。对王马河和亭泉河生态护坡上侧边坡采取植物防护措施，栽植防护林，撒播狗牙根草籽防护。
3.1 挡土墙设计
挡土墙材料采用C15浆灌砌块石。挡墙底板底高程1.50m，宽2.0m，厚40cm，采用C20素混凝土板。墙顶上设有C20混凝土压顶，顶高程4.0m。为适应地基情况，挡土墙压顶、底板每15米设一沉降缝，缝宽2cm，用BW聚乙烯闭孔泡沫板填塞。回填土优先选用壤土，淤泥及生活垃圾不得使用；回填土必须分层夯实，每层厚度不超过20cm，土块粒径不超过5cm，且压实度不小于0.92。
3.2护坡设计
项目区处于废黄河高沙土地区，土壤渗漏严重，抗冲刷能力较差，因亭泉河为项目区主要引水河道，从防止水流冲刷、长期侵蚀考虑，需进行护砌。本次设计采用六角块护土砖对亭泉河边坡进行防护。六角块护土砖由人工铺设在铺有滤水土工布的基面上，随着植被在砖孔和砖缝中生长，铺面的耐久性和稳定性将进一步提高，开孔部分一方面起到渗水、排水的作用，另一方面起到增加植被，美化环境的作用。六角块护土砖具有备料难度小，价格低，易修复等优点。
河道护砌采用六角块护土砖护坡，护砌型式为0.1m连锁式护土砖，下垫一层土工布，土工布厚度2.2mm，等效孔径0.07mm，断裂强度≥15.0kN/m，CBR顶破强力＞2.6kN。顶部为0.3×0.5mC20素砼格埂，护至高程为4.00m；底部为0.3×0.5 mC20素砼格埂，护至常水位2.50m。水平方向每20m設一道0.3×0.5mC20素砼排水沟，兼格埂。砖孔中撒播草籽。项目区亭泉河生态护坡设计见图1。
图1 生态护坡设计图
3.3 排水涵洞工程设计
3.3.1设计依据
（1） 设计排涝模数
涵洞排水的控制面积不大，不能采用平均排除法计算设计排水流量。考虑到短历时暴雨的作用，由排涝设计标准十年一遇日雨量，按6小时滞水计算，得洪峰排涝模数：M= 2.76（m3/s）/km2。
（2）工程地质
项目区地质是废黄河冲积平原，土层情况复杂，贯击数在2～15击，一般在8～15击，可以满足涵洞建设要求。从过去涵洞的建设实际看，所建涵洞也未发生承载力不足而导致涵洞破坏的现象。
3.3.2设计成果概要
（1）总体布置
Ф90×15m涵洞共7座。一般用于生产沟汇水排入中沟，涵洞长度15m，涵洞顶填土高程5.0m，上下游水位组合为：上游3.0m，下游2.5m。根据响水县水务局的实践，采用跌落消能方式。这种消能方式既可以消除大部分能量，减轻水流冲刷能力，又可以节省投资，是一种经实践证明为行之有效的消能方式。
（2）涵洞过水能力计算
有压淹没流涵管孔口尺寸按下式计算：
式中：Q—过闸流量；
μc——流量系数，；
ω——涵管过水面积，；
△Z——闸上下游水位差，取0.2m。
经计算：Φ90×15m的涵洞过流能力为1.25m3/s，可满足排涝面积为0.6 km2。
3.4植物措施设计
植物措施不仅增加地表面植被的覆盖度，保持水土，改良土壤，调节气候，而且能够改善项目区的生态环境，为项目区社会经济的发展提供良好的环境。
3.4.1防护林设计
项目区王马河、亭泉河由于多年未能徹底治理，土坡坍塌严重，为稳固边坡，减少水土流失，在沟道两侧堤顶各种植一排防护林，选择根系不发达的冬青和紫薇交叉种植，可以起到很好的护坡效果，同时美化环境。
表2防护林树种生态学特性表
防护林设计标准如下：
a.整地：挖0.6×0.6×0.6m3树坑，根据设计造林树种类型确定株距为4m。详见图2。
b.栽植：造林季节一般在三月中旬。造林时，要对树苗进行挑选，同意地块内栽植的树苗要求苗龄和苗木生长情况基本一致。在挖出的表土中掺和农家肥和化肥，拌匀后反置入穴下层，栽植时应将树苗扶直，栽正，根系舒展，深浅适宜。填涂时应先填表土、湿土，后填生土干土，分层踩实。
c.抚育管理：新造幼林要实行封育，禁止不利幼林生长和破坏工程的活动，及时松土、除草、修枝整形等，有条件的地区还可进行灌溉追肥，防治病虫害。
图2沟道防护林种植示意图
3.4.2草皮防护
人工种草可以增加地表植被，有效地控制水土流失，同时可促进农业的发展。草种应因地制宜，选用抗逆性强，保土性好，生长迅速的狗牙根。项目区王马河迎水面边坡1:1，需在设计水位▽3.0m以上坡面铺植狗牙根草皮9468m2，在常水位▽2.5m～设计水位▽3.0m之间种植芦苇2162m2。亭泉河迎水面边坡1:2，需在▽5.5m以上坡面铺植狗牙根草皮25872m2。常水位▽2.5m～设计水位▽3.0m之间种植芦苇5174m2。草坪铺植方法见表4、表5。
表4草坪场地制做表
图3 草皮铺植示意图
4 治理效益
项目建成后，极大改善周边农民居住条件，减少沿线农民居住安全隐患，同时提高社会生产力，改善生产条件和生产环境，而且还大大提高土地利用率。
4.1 生态效益
经过高标准配套建设，项目区内水土流失得到了有效控制，从而提高了土地保水、保肥、保土的能力，使土地的有机质含量提高一个等级，改善了农业的生态环境，对优化粮食品种，统一管理，合理布局起到积极作用，由于植树造林实行林网林带，在小区域内能调节气温，促进农业生产的发展，增强抗灾的能力。
4.2 经济效益
4.2.1直接经济效益
计算实施水土保持措施，土地上生长的植物产品与治理前相比，其净增产量及净增产值
据已搞项目区的成功经验，项目实施后预计七套中心社区项目区每年可增产32.5万公斤，按2元/公斤计，则年增收65万元。
4.2.2蓄水效益
主要计算各项措施的蓄水量，防护林每公顷蓄水450 m3，人工种草按每公顷蓄水225m3，蓄水总量为：
W蓄=2850×2×4×10-4×450+53781×10-4×225=2236(m3)
4.2.3拦沙保土效益
主要计算各项措施的直接拦沙保土效益，防护林每公顷保土30 t，涵洞每座拦沙10t，经计算，各项措施保土总量为：
W土=2850×2×4×10-4×30+16×10=228.4(t)。
5 结束语
工程实践证明，该项目区所采用措施在产生明显的保水、保土基础效益的同时，还产生了较大的社会、生态效益，为项目建设区域更好更快地和谐发展提供了先决条件。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：废黄河高亢地区；水土保持；设计思路；治理措施
Abstract: soil and water conservation work to improve agricultural ecological environment, promote the development of "agriculture, countryside and farmers", and reduce sand disaster, has the remarkable effect. This paper XiangShuiXian waste the Yellow River as an example in high project, XiangShuiXian waste of the Yellow River water and soil conservation design ideas in high and management measures are discussed in this paper.
Keywords: waste in the Yellow River keen; Water and soil conservation; Design train of thought; Management measures
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
1 项目区概况
响水县位于盐城市最北端，东临黄海，北枕灌河，灌南、涟水，南抵废黄河，与滨海县毗邻。省道307与废黄河之间为黄河故道高亢沙土区，其余为沿海平原沙土区，总面积1461 km2，下辖13个乡镇（区），152个村居。响水县七套中心社区小流域治理工程所处项目区位于响水县大有镇七套中心社区，根据江苏省人民政府《关于划分水土流失重点防治区和平原沙土区的通知》（苏政发［1999］54号），属黄河故道高亢平原沙土区，区域面积10km2。项目区位于响水县七套中心社区南侧，南止废黄河河，北到307省道，东至王马河，西至青年河，涉及七套中心社区三份、亭泉、梅湾3个村，七套中心社区亭泉河小流域总面积10 km2。
响水县属黄泛冲积平原，成陆历史较短，境内地势平坦，由西南向东北逐渐倾斜，总坡度为1/6000。据响水县土层结构情况调查，大部分地区表层是沙土（只有灌河沿线部分地区是粘土），但厚度不等，靠近废黄河沿岸沙土层厚，地势高，最后处达5～6m。过307线越向北越薄，到边缘地带只有0.5～0.6m。项目区在废黄河边，地面高程▽6.5～8.1m，属废黄河高亢沙土区。
项目区土质是近代黄泛沉积而成的沙土或沙壤土，这种土质粘性很低，团粒结构差，最易随雨水流失，致使河、沟淤积严重。
2 设计思路
地质勘探资料显示，黄河故道地面覆盖着4～7m厚黄泛沉积物，土壤主要为细沙和粗粉沙，产状水平，层理清晰，层厚数厘米至数十厘米。根据省水文局2006年在七套三份布置水土流失观测试验站，实测土壤量侵蚀见下表。
表1 2006年七套三份实测土壤侵蚀量成果表
经分析，响水县废黄河高亢地区造成水土流失主要因素有：降雨因素、土壤因素、地形因素。侵蚀的主要表现为：
（1）面层侵蚀。由于暴雨侵蚀土壤表面，使坡面形成顺坡延伸浅沟，冲刷土壤。土质砂性，结构松散是各种水土流失的内因。当天气干旱，含水率小于12%时，表层土稍受压力则松散成粉末，一遇大雨即被地表径流带走，以道路、河坡、青坎为重，当含水率大于20%时，接近粉砂土流限，就极易流失。响水县属台风影响区，大风暴雨时有发生，汛期降雨量接近全年的74%，由于暴雨冲击，表层土粒被分散、移动，一旦产生地表径流，就会发生面层侵蚀。
（2）细沟侵蚀。沙土区沟河坡面坡度较大，土质沙性大，由于大部分没有防护措施，滚坡水在沟河坡面上冲刷形成复杂网状小沟，即俗称“雨淋沟”，逐渐发展可达1m。
（3）重力侵蚀。由于建筑物配套水平低，缺少沟口防护，排水沟直接排水入大中沟，形成高落差排水，使土体失去重力平衡产生崩塌，滑坡等现象。从表中看出，由于七套河坡坡度陡，侵蚀模数要大得多，达到8658t/(km2·a)。
从实测资料看，项目区土壤侵蚀量一般可达中等强度水平。被侵蚀土壤随水流进入河道，而响水县境内河道海拔较低，流速较小，多用于农作物灌溉，因此，河网成为水土流失的主要通道，并最终淤积在河道中。
对上述水土流失现象，进行有针对性的设计。对面层侵蚀，主要结合废黄河故道开发项目、土地治理项目、小型农田水利重点县项目等进行农田水利配套。细沟侵蚀、重力侵蚀主要是进行河道整治和河道坡面治理。
3 治理方案
项目区属于废黄河高沙土区，土壤抗冲刷能力差，河道边坡坍塌严重，本次工程以岸坡防护为重点。
该项目区为解决亭泉河、王马河坡坍塌严重问题，对王马河坍塌严重的河段，在西侧新建500m挡土墙，以保证河坡稳定和河西侧道路安全。对冲刷严重的2200m亭泉河采用六角块护土砖进行边坡防护，在减小冲刷、有效防渗的同时，增加植被面积，美化环境。由于各河道、中沟之间河底高差较大，常规涵洞排水冲刷力大，易造成河坡坍塌，影响排水，本次工程新建Φ90×15m排水涵洞7座。对王马河和亭泉河生态护坡上侧边坡采取植物防护措施，栽植防护林，撒播狗牙根草籽防护。
3.1 挡土墙设计
挡土墙材料采用C15浆灌砌块石。挡墙底板底高程1.50m，宽2.0m，厚40cm，采用C20素混凝土板。墙顶上设有C20混凝土压顶，顶高程4.0m。为适应地基情况，挡土墙压顶、底板每15米设一沉降缝，缝宽2cm，用BW聚乙烯闭孔泡沫板填塞。回填土优先选用壤土，淤泥及生活垃圾不得使用；回填土必须分层夯实，每层厚度不超过20cm，土块粒径不超过5cm，且压实度不小于0.92。
3.2护坡设计
项目区处于废黄河高沙土地区，土壤渗漏严重，抗冲刷能力较差，因亭泉河为项目区主要引水河道，从防止水流冲刷、长期侵蚀考虑，需进行护砌。本次设计采用六角块护土砖对亭泉河边坡进行防护。六角块护土砖由人工铺设在铺有滤水土工布的基面上，随着植被在砖孔和砖缝中生长，铺面的耐久性和稳定性将进一步提高，开孔部分一方面起到渗水、排水的作用，另一方面起到增加植被，美化环境的作用。六角块护土砖具有备料难度小，价格低，易修复等优点。
河道护砌采用六角块护土砖护坡，护砌型式为0.1m连锁式护土砖，下垫一层土工布，土工布厚度2.2mm，等效孔径0.07mm，断裂强度≥15.0kN/m，CBR顶破强力＞2.6kN。顶部为0.3×0.5mC20素砼格埂，护至高程为4.00m；底部为0.3×0.5 mC20素砼格埂，护至常水位2.50m。水平方向每20m設一道0.3×0.5mC20素砼排水沟，兼格埂。砖孔中撒播草籽。项目区亭泉河生态护坡设计见图1。
图1 生态护坡设计图
3.3 排水涵洞工程设计
3.3.1设计依据
（1） 设计排涝模数
涵洞排水的控制面积不大，不能采用平均排除法计算设计排水流量。考虑到短历时暴雨的作用，由排涝设计标准十年一遇日雨量，按6小时滞水计算，得洪峰排涝模数：M= 2.76（m3/s）/km2。
（2）工程地质
项目区地质是废黄河冲积平原，土层情况复杂，贯击数在2～15击，一般在8～15击，可以满足涵洞建设要求。从过去涵洞的建设实际看，所建涵洞也未发生承载力不足而导致涵洞破坏的现象。
3.3.2设计成果概要
（1）总体布置
Ф90×15m涵洞共7座。一般用于生产沟汇水排入中沟，涵洞长度15m，涵洞顶填土高程5.0m，上下游水位组合为：上游3.0m，下游2.5m。根据响水县水务局的实践，采用跌落消能方式。这种消能方式既可以消除大部分能量，减轻水流冲刷能力，又可以节省投资，是一种经实践证明为行之有效的消能方式。
（2）涵洞过水能力计算
有压淹没流涵管孔口尺寸按下式计算：
式中：Q—过闸流量；
μc——流量系数，；
ω——涵管过水面积，；
△Z——闸上下游水位差，取0.2m。
经计算：Φ90×15m的涵洞过流能力为1.25m3/s，可满足排涝面积为0.6 km2。
3.4植物措施设计
植物措施不仅增加地表面植被的覆盖度，保持水土，改良土壤，调节气候，而且能够改善项目区的生态环境，为项目区社会经济的发展提供良好的环境。
3.4.1防护林设计
项目区王马河、亭泉河由于多年未能徹底治理，土坡坍塌严重，为稳固边坡，减少水土流失，在沟道两侧堤顶各种植一排防护林，选择根系不发达的冬青和紫薇交叉种植，可以起到很好的护坡效果，同时美化环境。
表2防护林树种生态学特性表
防护林设计标准如下：
a.整地：挖0.6×0.6×0.6m3树坑，根据设计造林树种类型确定株距为4m。详见图2。
b.栽植：造林季节一般在三月中旬。造林时，要对树苗进行挑选，同意地块内栽植的树苗要求苗龄和苗木生长情况基本一致。在挖出的表土中掺和农家肥和化肥，拌匀后反置入穴下层，栽植时应将树苗扶直，栽正，根系舒展，深浅适宜。填涂时应先填表土、湿土，后填生土干土，分层踩实。
c.抚育管理：新造幼林要实行封育，禁止不利幼林生长和破坏工程的活动，及时松土、除草、修枝整形等，有条件的地区还可进行灌溉追肥，防治病虫害。
图2沟道防护林种植示意图
3.4.2草皮防护
人工种草可以增加地表植被，有效地控制水土流失，同时可促进农业的发展。草种应因地制宜，选用抗逆性强，保土性好，生长迅速的狗牙根。项目区王马河迎水面边坡1:1，需在设计水位▽3.0m以上坡面铺植狗牙根草皮9468m2，在常水位▽2.5m～设计水位▽3.0m之间种植芦苇2162m2。亭泉河迎水面边坡1:2，需在▽5.5m以上坡面铺植狗牙根草皮25872m2。常水位▽2.5m～设计水位▽3.0m之间种植芦苇5174m2。草坪铺植方法见表4、表5。
表4草坪场地制做表
图3 草皮铺植示意图
4 治理效益
项目建成后，极大改善周边农民居住条件，减少沿线农民居住安全隐患，同时提高社会生产力，改善生产条件和生产环境，而且还大大提高土地利用率。
4.1 生态效益
经过高标准配套建设，项目区内水土流失得到了有效控制，从而提高了土地保水、保肥、保土的能力，使土地的有机质含量提高一个等级，改善了农业的生态环境，对优化粮食品种，统一管理，合理布局起到积极作用，由于植树造林实行林网林带，在小区域内能调节气温，促进农业生产的发展，增强抗灾的能力。
4.2 经济效益
4.2.1直接经济效益
计算实施水土保持措施，土地上生长的植物产品与治理前相比，其净增产量及净增产值
据已搞项目区的成功经验，项目实施后预计七套中心社区项目区每年可增产32.5万公斤，按2元/公斤计，则年增收65万元。
4.2.2蓄水效益
主要计算各项措施的蓄水量，防护林每公顷蓄水450 m3，人工种草按每公顷蓄水225m3，蓄水总量为：
W蓄=2850×2×4×10-4×450+53781×10-4×225=2236(m3)
4.2.3拦沙保土效益
主要计算各项措施的直接拦沙保土效益，防护林每公顷保土30 t，涵洞每座拦沙10t，经计算，各项措施保土总量为：
W土=2850×2×4×10-4×30+16×10=228.4(t)。
5 结束语
工程实践证明，该项目区所采用措施在产生明显的保水、保土基础效益的同时，还产生了较大的社会、生态效益，为项目建设区域更好更快地和谐发展提供了先决条件。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。