陜西省黃土高原塬面保護措施探索與研究

趙永軍，陳建錄，李長保

（1.水利部水土保持監(jiān)測中心，100055，北京；2.陜西省水利廳，710004，西安；3.陜西省水土保持局，710004，西安）

陜西省黃土高原面積較大，但真正有塬面的地區(qū)不多，主要集中在關(guān)中渭北及延安南部。塬面與谷底高差大，溝谷深切，溝谷窄，塬坡陡。塬面是黃土高原地區(qū)主要的糧食生產(chǎn)區(qū)和居住區(qū)，但長期的水土流失導(dǎo)致塬面逐漸縮小，更嚴(yán)重的是雨水集中排放造成塬面溝道不斷延伸、擴張，切割塬面，使完整的塬面變得支離破碎，優(yōu)良的土地資源逐步喪失，塬面治理和保護十分必要和迫切。

一、塬面保護面臨的問題及治理思路

2017年水利部和國家農(nóng)發(fā)辦啟動了農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)黃土高原塬面保護項目，主要涉及洛川、富縣等9個縣區(qū)，其中：合陽、澄城、旬邑、彬縣、洛川、黃陵等為完整塬，塬面平緩，塬面面積較大；黃龍、富縣、王益區(qū)是殘塬，塬面面積小，塬面坡度大。

根據(jù)項目實施前調(diào)查，塬面侵蝕最嚴(yán)重的是塬面排水產(chǎn)生的侵蝕溝道。近年隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的推進，村鎮(zhèn)面積擴大，住戶相對集中，村內(nèi)場院道路硬化面積加大，造成降雨匯流快、峰量大，沖刷更強烈，溝谷深切，邊坡垮塌，溝岸擴張，溝頭延伸，塬面村莊集中排水造成沖刷是治理的重點。

自2017年塬面保護項目實施以來，根據(jù)塬面不同區(qū)域的侵蝕特點采取不同的治理措施。對塬面排水集中沖刷、侵蝕嚴(yán)重的區(qū)域布設(shè)集水渠、澇池和排水溝等工程措施，控制水流沖蝕，防止溝頭侵蝕；在塬邊線修建蓄水型溝邊埂，結(jié)合蓄水池、水窖等設(shè)施對小流量散排雨水進行控制，減少塬邊侵蝕；對塬邊線周邊的坡耕地實施坡改梯，建設(shè)經(jīng)濟林和水保林，控制塬坡侵蝕。

二、塬面保護已實施措施的調(diào)查

為全面了解各項措施的實施效果，對近兩年的工程進行了統(tǒng)計，并對部分重點有典型代表意義的工程進行了實地調(diào)研。兩年來，陜西塬面保護項目9個縣共完成中央財政投資9900萬元，建設(shè)各類工程650多處，主要措施可分為四大類：一是塬面蓄排水類，主要是調(diào)節(jié)澇池及其相關(guān)引排水工程、無調(diào)節(jié)直排放的排水豎井及其相關(guān)工程、無調(diào)節(jié)直接排放的渠道管道工程、蓄水池及其相關(guān)配套工程，水窖及其相關(guān)配套工程；二是塬邊防護類，主要是溝邊埂及溝頭防護相關(guān)配套工程；三是塬邊坡防護類，主要是坡改梯、經(jīng)濟林、水保林以及滑坡體治理、陡坡削坡防護、溝頭回填等；四是其他配套工程類，主要是相應(yīng)的生產(chǎn)道路、村莊綠化、污水及垃圾處理等。

四大類工程中塬面蓄排水類建設(shè)較多，投資占工程費的85%以上，其他三類相對較少，僅是不同縣區(qū)有部分建設(shè)。塬面蓄排水類中調(diào)節(jié)澇池及其相關(guān)引排水工程占比相對較多，兩年來共完成134處；無調(diào)節(jié)直排放的排水豎井及其相關(guān)工程共建設(shè)8處17個豎井；無調(diào)節(jié)直排放的排水渠、管共22處，長度總計21400 m；蓄水池9處，水窖4個。塬邊防護類以溝邊埂為主，共建378處，長度總計91.7 km，主要以土質(zhì)溝邊埂為主。塬邊坡防護類坡改梯建設(shè)208 hm2，經(jīng)濟林 522 hm2，水保林 248 hm2，滑坡體治理1處，陡坡削坡防護2處，溝頭回填3處。其他配套工程類中生產(chǎn)道路16 km，村莊綠化2處，污水及垃圾處理4處。

從目前已實施的工程來看，運行狀況和防護作用良好，基本達(dá)到了設(shè)計目標(biāo)，其中雨水集中沖刷的溝頭得到有效控制，并注重雨水的集蓄利用。個別工程還與新農(nóng)村建設(shè)相結(jié)合，村容村貌明顯改觀。個別項目對溝頭分級削坡回填，構(gòu)建排水系統(tǒng)，將雜亂、荒蕪、無法利用的荒溝改造成村內(nèi)休閑的公共用地，為塬邊溝頭治理做出探索。

從已實施的項目分析看，塬面保護以治理村莊集中排水形成的侵蝕溝頭為重點，從投資造價、工程難易、水資源利用等方面考慮應(yīng)首選澇池調(diào)蓄，如有可能應(yīng)盡量修建大容量澇池，多蓄多用、少排小排；盡量加大調(diào)蓄容積，做到大流量蓄存小流量長時間排放，增加利用，減少沖刷，減小投資；村莊大可考慮多澇池分散布設(shè)，連通連調(diào)；直接排放雨水措施水資源利用率低、投資造價高，不能徹底有效解決雨水集中沖刷形成的水土流失問題，如果確無澇池建設(shè)條件的，再考慮直接集中排放雨水。對溝頭較開闊、沖溝不深、塬邊零亂的區(qū)域，可采用削坡開階，整平回填，布設(shè)排水溝、溝邊埂等措施，將荒溝轉(zhuǎn)為生產(chǎn)或綠化用地，同時零亂的塬邊變整齊，景觀效果良好。

三、塬面保護措施的適應(yīng)性

1.調(diào)節(jié)澇池及其相關(guān)引排水工程

適用于村莊面積相對較小、設(shè)計暴雨條件下洪水總量2萬m3以下的、有澇池建設(shè)條件的地區(qū)，是大多數(shù)適宜采用的方式，包括引水溝、沉沙池、澇池、排水渠、消力池等。根據(jù)排水難易、用水可能性、新農(nóng)村景觀需求等因素確定常蓄水位。根據(jù)排水條件和澇池容積確定調(diào)節(jié)容積。

2.無調(diào)節(jié)直排放的排水豎井及其相關(guān)工程

適用于村莊面積大、排水量大于2 m3/s以上、無澇池建設(shè)條件、塬坡有坡度但相對較陡沒有適合挑流排水建設(shè)條件的地區(qū)。通過渠道引水于坡邊，通過豎井、平洞、明渠、消力池等，經(jīng)過一級或多級豎井，將雨水排入塬下溝內(nèi)適宜地方。

3.無調(diào)節(jié)直排放的排水渠管工程

適宜于塬坡或溝道相對較緩、村莊較小、排水量小于1 m3/s的地區(qū)。通過排水渠、排水管等沿坡面或溝道將水排入塬下。

4.蓄水池

一般在缺水、集水利用迫切的地區(qū)以及殘塬村莊面積較小、高差大、排水沖刷嚴(yán)重的地區(qū)。蓄水池多建于村邊，收集村內(nèi)雨水，采用混凝土、漿砌磚等結(jié)構(gòu)，全封閉式，容積一般為50～100 m3。

5.水窖

與蓄水池相同，但方量較小，一般容積為10～50 m3。主要建在山上梯田、村莊、經(jīng)濟林等干旱缺水地區(qū)，結(jié)合場園、道路或荒山另建集雨面解決集雨問題。

6.溝邊埂及溝頭防護相關(guān)配套工程

在塬邊結(jié)合梯田建設(shè)、道路、經(jīng)濟林、水保林等，沿等高線建設(shè)溝邊埂，嚴(yán)防雨水下塬面產(chǎn)生沖刷，溝邊埂內(nèi)蓄水容積應(yīng)滿足單次降水蓄積要求，可以與蓄水池窖相結(jié)合。該類工程也是塬峁邊線主要采用的措施，以土質(zhì)埂為主，在村邊和道路邊可采用漿砌磚等結(jié)構(gòu)。

7.坡改梯、經(jīng)濟林、水保林等工程

在塬邊坡較緩、立地條件較好的地區(qū)，可建設(shè)坡改梯、經(jīng)濟林、水保林，梯田埂坎要寬高大，增加蓄水能力，經(jīng)濟林采用窄坎梯田或水平階整地，水保林采用水平溝或大魚鱗坑整地。

8.滑坡體治理、陡坡削坡防護、溝頭回填等

在村邊、道路邊，危害性較大或存在潛在危險的滑坡體、陡坡陡坎、溝頭延伸等，需要削坡、開階、填溝，修建排水溝渠等，將零亂、較開闊的溝頭回填整理成臺階狀較整齊的地貌，變成生產(chǎn)用地或公共綠化用地。

9.生產(chǎn)道路、村莊綠化、污水及垃圾處理

因農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要新建的生產(chǎn)道路，對澇池重點建設(shè)區(qū)應(yīng)適當(dāng)注意村莊綠化，可有效蓄積雨水降低洪峰流量，對污水垃圾的處理可有效保護環(huán)境，防止?jié)吵乇焕臀鬯廴尽?/p>

四、措施設(shè)計注意事項

1.塬面蓄排水工程設(shè)計

澇池形狀根據(jù)地形各異，深度一般3～5 m，景觀正常蓄水位應(yīng)控制在1 m以下。澇池防滲應(yīng)綜合考慮，如果是蓄水利用型，應(yīng)全面防滲；如果有景觀蓄水要求時，可分兩部分，正常蓄水部分需防滲，調(diào)蓄部分可不防滲；建議以黏土防滲為佳，加強水體與土體交換，有利于水體防臭；澇池池壁根據(jù)景觀需求可適當(dāng)采用空心預(yù)制塊砌護，并填土種草。正常蓄水位處，從安全角度應(yīng)考慮窄臺階。澇池距溝緣較近時，選址應(yīng)避開滑坡體等不良地質(zhì)條件，同時應(yīng)考慮安全距離和防滲要求，保證工程安全。有用水需求的澇池可在正常蓄水位下加裝帶閥門的用水管，溢流管應(yīng)安裝在正常蓄水位處，管徑應(yīng)根據(jù)調(diào)節(jié)容量和允許流量確定，最好安裝閘閥。有條件的地方，可考慮利用開挖土方在澇池同高程臺塬外側(cè)筑起邊埂，有效提升澇池防御超標(biāo)準(zhǔn)洪水能力。

居民點集中區(qū)域、道路廣場等匯水量較大的，在確無澇池建設(shè)條件、分散排水不現(xiàn)實的情況下，集中排水已成定勢、流量大、侵蝕嚴(yán)重的溝頭，可考慮“集水池+直排”。在“豎井+平洞”方案中應(yīng)多考慮明渠引水至穩(wěn)定塬邊，減少平洞的長度，降低投資。在“排水渠+排水管”方案中，要注意控制坡度，陡坡段和不宜明渠的地段可考慮管道。集水區(qū)應(yīng)考慮集水池或井，采用混凝土現(xiàn)澆，集水池出水口可考慮漏斗形，改善流態(tài)，增加泄水量。澇池及排水等方案應(yīng)進行簡單比選，確保工程可靠、施工容易、工程量小、投資低、建設(shè)效果好。

對于工程材料建議如下：漿砌石剛性強，防滲、抗凍性能差，斷面大，工程量大，施工難度大，投入勞力多，而采用混凝土相對整體性好，防滲、抗凍、抗沖等效果明顯，應(yīng)優(yōu)先考慮混凝土。預(yù)制混凝土渠道、管道體量小、工程量小、質(zhì)量可靠，安裝方便可廣泛采用，U形排水渠、圓形預(yù)制管等均可在平緩段考慮采用。PE類管材熱熔焊接，不滲漏、柔性好、內(nèi)壁光滑，抗沖能力可達(dá)鋼管的4倍，傾斜鋪設(shè)控制流速在6 m/s以內(nèi)，管徑不超500 mm為宜，坡度較緩時可開挖鋪設(shè)，坡度大及陡坎處無法開挖時，可考慮傾斜定向鉆鋪設(shè)；豎井可采用預(yù)制井圈沉井施工方案，較長涵洞可采用頂管施工方案。

2.溝邊埂及溝頭防護相關(guān)配套工程

沿塬邊布設(shè)的擋水埂以蓄水式為主，配合蓄水池窖和溝頭防護（跌水）等控制塬邊侵蝕。應(yīng)分段計算匯水區(qū)域，合理劃分防護區(qū)段，可設(shè)多道、多段、分片，做到層層攔蓄?？膳c蓄水池、水窖相結(jié)合。布設(shè)的排水溝、排水管、擋墻等措施應(yīng)在挖方體上，防止土體沉陷引起工程毀損。挑流式溝頭防護應(yīng)注意管道角度，確保沖坑穩(wěn)定，利于后期防沖護坦建設(shè)。對于集流槽式溝頭防護，高差不宜太高，流量不能太大，建議盡量采用現(xiàn)澆混凝土。

3.塬坡面治理

對塬邊緩坡段坡耕地應(yīng)考慮實施坡改梯、經(jīng)濟林、水保林等；對荒地采取水平階整地，營造水土保持防護林，增加植被，提升防護能力；對耕地采用坡改梯和經(jīng)濟林，采用水平階或窄坎梯田整地，提高防護能力。

4.其他措施

生產(chǎn)道路應(yīng)確保路面排水通暢，陡坡段不設(shè)排水溝，但應(yīng)在路面上設(shè)截水埂，做到匯水及時分散排放，防止路面長距離匯水產(chǎn)生沖溝。平緩段應(yīng)設(shè)排水溝，防止雨水集存導(dǎo)致路面泥濘。根據(jù)通行需要對路面進行硬化處理。

五、建 議

①對于排水工程造價高、投入大且不能徹底解決雨水集中沖刷的問題，在塬面保護建設(shè)中應(yīng)加大力度協(xié)調(diào)解決澇池占地，按調(diào)蓄量修建澇池，盡量做到雨水充分集蓄利用，減少下瀉排放，減輕雨水沖刷造成的塬面破壞，確無澇池建設(shè)條件的再考慮采用直接排水工程。

②引導(dǎo)群眾對村院進行綠化，有效增加村莊收集雨水能力，適當(dāng)調(diào)整排水系統(tǒng)排水能力，利用村莊適當(dāng)滯洪。推廣垃圾分類處理，減少池內(nèi)污染，澇池內(nèi)植草應(yīng)以本地草種為主，形成良好生態(tài)群落，防止水體發(fā)臭。

③工程設(shè)計中要按照“先建機制，后建工程”的思路，建立有效的工程管護機制，工程建成及時移交當(dāng)?shù)卮褰M，或可采用拍賣等形式，進一步落實權(quán)屬和責(zé)任，提高蓄水利用，落實管護責(zé)任，確保永續(xù)利用。

④認(rèn)真做好已建工程的降雨、匯流、排水等方面的觀測，分析降雨與匯流、蓄水與排水等關(guān)系，總結(jié)澇池建設(shè)及運行經(jīng)驗，為以后塬面保護澇池建設(shè)提供參考。在加快入滲、增補地下水、提高土壤深層墑情等方面進行科學(xué)探索，利用果園、梯田建設(shè)入滲溝、入滲池、入滲管等，加大入滲減少下泄量，提高水的利用率。在澇池近自然生物防臭方面加大科研探索。