穆家小流域工程總體布置與措施設(shè)計(jì)

鄭 彬

(遼陽(yáng)市水土保持局，遼寧 遼陽(yáng)111000)

1 概 況

1.1 地理位置

弓長(zhǎng)嶺區(qū)穆家小流域綜合治理工程位于遼陽(yáng)市弓長(zhǎng)嶺區(qū)穆家小流域湯河鎮(zhèn)紅穆村，湯河水庫(kù)下游，湯河的右岸。工程地理坐標(biāo)為E123°24'41.51″，N41°06'07.05″。

1.2 自然概況

1)地形地貌。該流域地形特點(diǎn)是起伏變化較大，屬于土石質(zhì)低山區(qū)，最高海拔高度為495 m，最低海拔高度為106 m。林草覆蓋率為61%。

2)水文氣象。該地區(qū)屬于北溫帶濕潤(rùn)地區(qū)，四季分明，春夏兩季多西南風(fēng)，冬季多西北風(fēng)。年平均氣溫為8.4 ℃;最熱月平均氣溫為24.8 ℃;極端最高氣溫38 ℃;極端最低氣溫－33.7 ℃;最大凍結(jié)深度1.2 m;無(wú)霜期167 d。四季分明，春夏兩季多西南風(fēng)，冬季多西北風(fēng)，平均降雨量790 mm。多年平均風(fēng)速1.98 m/s，年均日照時(shí)數(shù)為2804 h，年均蒸發(fā)量1 740.7 mm。

3)土壤。該區(qū)土壤分布趨勢(shì):棕壤土是全區(qū)內(nèi)的典型土壤，山坡的中上部為棕壤，山角坡地和山谷之間為潮棕壤。厚度為30 ～40 cm。土壤理化性狀PH 值為6.5，土壤有機(jī)質(zhì)含量2% ～3%，土壤質(zhì)地松散，空隙度高，全氮含量0.1% ～0.15%，其土地性狀對(duì)發(fā)展林業(yè)適應(yīng)性很強(qiáng)。

4)植被。該區(qū)屬于低山區(qū)，該區(qū)主要植被為落葉林和針、闊混交林。年平均氣溫低于平原，降水量大于平原。是長(zhǎng)白植物區(qū)系和華山植物區(qū)系的交匯區(qū)，植物種類豐富，是次生林和人工林最集中的區(qū)地。該地區(qū)以農(nóng)業(yè)為主，農(nóng)作物主要由玉米、大豆。經(jīng)濟(jì)作物有大榛子、蘋果。

1.3 經(jīng)濟(jì)社會(huì)情況

穆家小流域土地面積985.44 hm2，耕地面積116 hm2，總?cè)丝? 980人，均為農(nóng)業(yè)人口。人均收入9 000 元，人 口 密 度201 人/km2，人 均 基 本 農(nóng) 田0.09 hm2/人。勞動(dòng)力1650 人，大小牲畜1050 頭。紅穆村土地總面積455.30 hm2，耕地面積120 hm2，總?cè)丝? 251人，均為農(nóng)業(yè)人口。人均收入8 500元，人口密度274 人/km2，人均基本農(nóng)田0.09 hm2/人。勞動(dòng)力890 人，播種面積112.47 hm2，大小牲畜400 頭。

1.4 土地利用

穆家小流域總土地面積985.44 hm2，其中:山丘地林地面積600.00 hm2，耕地面積116.00 hm2，建設(shè)用地207.00 hm2，園地20.00 hm2，草地10 hm2，其他用地32.44 hm2。項(xiàng)目區(qū)總土地面積455.30 hm2，其中:林地面積150.00 hm2，耕地面積120.00 hm2，建設(shè)用地103.00 hm2，園地30.00 hm2，草地10.3 hm2，其他用地42.00 hm2。

2 水土流失及防治情況

穆家小流域總土地面積985.44 hm2，水土流失面積80.00 hm2，水土流失面積占總面積8.12%，平均侵蝕模數(shù)1 500.00 t/km2·a。流域內(nèi)有侵蝕溝壑3 條，溝道密度為0.60 km/km2。該區(qū)土壤侵蝕形式以水力侵蝕為主，侵蝕強(qiáng)度為輕度。水土流失形式主要以水力侵蝕為主，有少部分人為因素造成的侵蝕。水土流失主要分布在山洪溝溝頭處及荒草地和疏林地等。該流域已治理水土流失面積32.00 hm2，采取封禁治理措施。小河道整治理2.5 km，治理度為40%。

3 工程建設(shè)規(guī)模

穆家小流域綜合治理工程治理面積0.09 hm2，其中:路面硬化面積0.09 hm2，排水溝治理125 m，兩側(cè)共計(jì)250 m。在溝道兩側(cè)對(duì)排水溝進(jìn)行治理，治理長(zhǎng)度125 m，兩側(cè)共計(jì)250 m。采取漿砌石擋土墻結(jié)構(gòu)形式;修建混凝土作業(yè)路285 m，混凝土路面寬3.0 m，厚度0.20 m，砂礫石路基層寬3.50 m，厚度0.10 m。通過(guò)進(jìn)行綜合治理，達(dá)到防止水土流失，保護(hù)水源，增加農(nóng)村經(jīng)濟(jì)收入。

4 工程總體布置

4.1 布置原則

全面貫徹落實(shí)《中華人民共和國(guó)水土保持法》，遵照“預(yù)防為主、保護(hù)優(yōu)先、全面規(guī)劃、綜合治理、因地制宜、突出重點(diǎn)、科學(xué)管理、注重效益”的水土保持方針，合理利用水土資源。①堅(jiān)持以人為本、服務(wù)民生的宗旨，充分征求群眾意見(jiàn)，尊重群眾意愿，按照“近村、近水、就緩、就低”的原則選擇地塊;②與退耕還林基本口糧田建設(shè)、土地整理、農(nóng)業(yè)綜合開(kāi)發(fā)土地治理等項(xiàng)目協(xié)調(diào)，科學(xué)規(guī)劃，合理布局，避免重復(fù)建設(shè)，發(fā)揮工程最大效益;③優(yōu)先安排坡度＜15°的緩坡耕地，對(duì)15° ～25°坡耕地，按照集中連片、因地制宜原則修筑，以便形成規(guī)模;④以村為單位，以地塊為單元，以梯田建設(shè)為重點(diǎn)，配套生產(chǎn)道路，統(tǒng)一規(guī)劃，綜合治理［1］。

4.2 措施總體布局

穆家小流域綜合治理工程水土保持措施將本著重點(diǎn)治理與一般防治相結(jié)合，工程措施與植物措施相結(jié)合，點(diǎn)、線、面治理相結(jié)合的原則，形成綜合防治體系。防治體系配置按照系統(tǒng)工程原理，處理好局部與整體、單項(xiàng)與綜合、近期與遠(yuǎn)期的關(guān)系，有效地控制防治責(zé)任范圍內(nèi)的水土流失［2］。根據(jù)項(xiàng)目的建設(shè)目標(biāo)與規(guī)模，本項(xiàng)目的治理措施主要有工程治理措施。工程治理措施包括山洪溝護(hù)砌125 m(兩側(cè)共計(jì)250 m);混凝土作業(yè)路285 m。排水溝護(hù)砌工程位于西側(cè)管理房上游0.30 km，采取雙側(cè)護(hù)砌形式;作業(yè)路緊鄰治理段山洪溝邊緣，修筑長(zhǎng)度285 m，起點(diǎn)樁號(hào)為0 +000，終點(diǎn)樁號(hào)為0 +285。

5 工程措施設(shè)計(jì)與計(jì)算分析

5.1 穆家小流域護(hù)砌工程

5.1.1 設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算

1)基本情況:流域內(nèi)沒(méi)有水文觀測(cè)站，屬于山區(qū)無(wú)資料河流。設(shè)計(jì)洪水采用遼寧省設(shè)計(jì)暴雨洪水查算圖表法計(jì)算。在萬(wàn)分之一地形圖上確定流域面積，并向上游量取等高線高程和距離，求算河道的平均比降。根據(jù)萬(wàn)分之一地形圖查得:穆家河流域控制面積。

2)設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算:流域內(nèi)無(wú)實(shí)測(cè)資料，一般根據(jù)短歷時(shí)設(shè)計(jì)暴雨推算。本次設(shè)計(jì)根據(jù)遼寧省設(shè)計(jì)暴雨洪水查算圖表法進(jìn)行方法。

計(jì)算公式:

式中:Q 為設(shè)計(jì)洪峰流量;φ 為設(shè)計(jì)洪峰徑流系數(shù)(由遼陽(yáng)市水文手冊(cè)查得φ =0.60);Ip 為τ 歷時(shí)暴雨強(qiáng)度(由遼陽(yáng)市水文手冊(cè)查得Ip =120 mm);F 為流域面積km2。

通過(guò)計(jì)算10 a 一遇的設(shè)計(jì)洪峰流量為:P =10%，Q =10.25 m3/s。

5.1.2 溝道過(guò)流能力驗(yàn)算

治理排水溝125 m，結(jié)構(gòu)形式為在河道兩岸采取漿砌石擋土墻結(jié)構(gòu)形式，左右岸各125 m，共250 m。

1)排水溝過(guò)水能力計(jì)算:根據(jù)上述排水溝過(guò)流能力計(jì)算，10 a 一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為 Q =10.25 m3/s。兩岸墻高1.4 m，河道比降I =23.5‰。

過(guò)流能力驗(yàn)算，采用明渠非均勻流公式:

式中:Q 為設(shè)計(jì)流量，m3/s;H 為水深，m;W 為過(guò)水面積，m2;C 為謝才系數(shù)，C = 1/n ×R1/6 ;R 為水力半徑m，R = W/X;X 為濕周，m;Q = WC(Ri)1/2 ;Q =m3/s。

經(jīng)計(jì)算:當(dāng)水深H =1.00 m時(shí)，溝寬1.5 m，比降I =0.023，過(guò)流量Q =11.10 m3/s，滿足過(guò)流要求。經(jīng)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 排水溝過(guò)水能力計(jì)算表

2)排水溝斷面確定:根據(jù)排水溝道水力計(jì)算，排水溝護(hù)砌長(zhǎng)度125 m(左右兩岸共250 m)，溝底寬度為1.0 m。溝道兩側(cè)為漿砌石擋土墻砌筑，墻高1.40 m。設(shè)計(jì)水深1.0 m。

5.1.3 排水溝擋土墻設(shè)計(jì)

漿砌石擋土墻穩(wěn)定計(jì)算:擋土墻穩(wěn)定分析(沿墻縱向取1 m 長(zhǎng)計(jì)算)見(jiàn)圖1。

圖1 漿砌石擋土墻穩(wěn)定計(jì)算圖

1)擋土墻水平土壓力“Ea”計(jì)算:采用庫(kù)倫土壓力計(jì)算公式為:

式中:Ea 為主動(dòng)土壓力，kN;r 為土體容重19.6 kN/m3;H 為墻體高度1.4 m;K 為土壓力系數(shù)經(jīng)查算得0.687，經(jīng)分析，取土壤內(nèi)摩擦角ψ 為30°;外摩擦角δ 為15°，Ea =15.15 kN。

2)墻后土體重“F 重”:土體容重為19.60 kN，土體重17.05 kN。

3)墻體自重“W”:墻體為漿砌塊石取容重為22.54 kN，W =37.19 kN

4)擋土墻穩(wěn)定計(jì)算:抗滑穩(wěn)定計(jì)算公式:

式中:KC 為抗滑穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)大于規(guī)定1.3;W 為墻體自重，kN;F垂為墻后土重，kN;f 為墻底與地基摩擦系數(shù)，Ⅲ類土取0.5;F水為水平主動(dòng)土壓力即為Ea 值。

經(jīng)計(jì)算Kc = 1.79 ＞1.3，該擋土墻不會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)。

護(hù)腳沖刷深度計(jì)算:護(hù)腳沖刷深度計(jì)算采用《水力學(xué)計(jì)算手冊(cè)》中的計(jì)算公式，計(jì)算公式如下:

式中:hB 為累計(jì)最大沖刷深度，取0.32 m;hP 為沖刷處水深，以近似設(shè)計(jì)水位最大深度代替，取1.0 m;Vcp 為平均流速，計(jì)算得2.25 m/s;V允為河床面上允許不沖流速，查水力計(jì)算手冊(cè)為0.75 m/s;N 為與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān)，一般取0.25。

經(jīng)計(jì)算，本段排水溝沖刷深度為0.32 m。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，護(hù)腳工程基礎(chǔ)埋置深度應(yīng)滿足抗沖刷和凍結(jié)深度的要求。遼陽(yáng)地區(qū)多年平均凍層深1.20 m，因此本次護(hù)腳工程基礎(chǔ)埋深取1.20 m。

5.2 混凝土作業(yè)路工程設(shè)計(jì)

在本治理段的原瀝青作業(yè)路上游終點(diǎn)0 +000處向上游0 +285 處修建混凝土作業(yè)路285 m，路基為3.50 m寬砂礫石路基，厚度0.10 m;路面寬度為3.0 m，厚度0.20 m，混凝土標(biāo)號(hào)為C25。

6 結(jié) 語(yǔ)

從穆家小流域綜合治理工程的總體布置和工程措施來(lái)看，工程布設(shè)切實(shí)可行。通過(guò)工程的實(shí)施，水土流失將得到有效控制，可以改善土壤結(jié)構(gòu)、增加土壤肥力、遏制土地功能退化，保護(hù)土地資源，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率，在一定程度上解決了農(nóng)村剩余勞動(dòng)力，減少城市人口流動(dòng)性和就業(yè)壓力，促進(jìn)地區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)和人民生活水平的提高，可推動(dòng)弓長(zhǎng)嶺區(qū)的經(jīng)濟(jì)全面發(fā)展［3］。

［1］李勇. 桓仁縣坡耕地工程總體布置與措施設(shè)計(jì)分析［J］.黑龍江水利科技，2014，42(10):183－185.

［2］冉茂文. 山區(qū)農(nóng)業(yè)綜合開(kāi)發(fā)要重視旱坡耕地綜合治理［J］. 當(dāng)代貴州，2006(21):35－36.

［3］齊養(yǎng)周. 周至縣坡耕地農(nóng)業(yè)耕作措施蓄水保土效益試驗(yàn)研究［J］，陜西水利，2010(02):148－149.