平原區(qū)取料場水土保持治理措施探討

高玉華

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

平原區(qū)灌區(qū)為滿足供水規(guī)模，灌溉總干渠、分干等多為填方渠道，在建設(shè)過程需要大量外借土方。主體工程在設(shè)計、施工中，從運距、土源質(zhì)量等綜合分析后，一般都沿渠道布置沿線取料場，渠道建成后，渠道兩側(cè)形成深淺不一的坑，破壞面積較大。由于灌區(qū)周邊區(qū)域地勢平坦開闊，多為農(nóng)田，導(dǎo)致無棄土可回填利用，因此平原區(qū)開挖后的取料場治理難度較大，以綏濱縣德龍灌區(qū)為例，探索平原區(qū)取料場的治理模式。

1 取料場概況

德龍灌區(qū)位于黑龍江省綏濱縣境內(nèi)，灌區(qū)總控制面積3.03萬hm2，新建灌溉站一座，總干渠一條，分干渠4條，獨立支渠10條，主要建筑物36座。根據(jù)料場測量資料，沿線取料場總用地面積479.55 hm2，其中總干渠沿線取土寬度30～219 m不等，平均挖深1.6 m；分干渠沿線取土寬度17～164 m不等，平均挖深1.6 m；支渠沿線取土寬度10～50 m不等，平均挖深1.2 m。因灌區(qū)地勢低平，渠堤填筑土料緊缺，故料場清基土和渠系開挖土全部回填利用，工程沿線無永久棄土，從而導(dǎo)致破壞后的料場開挖面無棄土回填，開挖面低洼、積水，立地條件惡劣，難以按原地類進行恢復(fù)。各取料場取土后跡地現(xiàn)狀見圖1。

圖1 取料場

2 沿線取料場水土保持治理措施總體布局

根據(jù)德龍灌區(qū)沿線取料場開采后形成的地形地貌特點、立地條件和氣象等自然條件，在無棄土回填的前提下因地制宜地布置了工程措施與植物措施相結(jié)合的綜合防治措施[1]，具體為：取料場開挖底面進行土地整治，形成從渠堤向征地界逐步降低的地勢，坡比控制在1∶10，然后在料場底面外征地界沿線開挖與渠道平行的排水溝，攔截開挖面地表徑流，并按照排水量間隔一定距離設(shè)置集水坑，集蓄料場底部多余積水，從而改善料場開挖底面高低不平的立地條件；在此基礎(chǔ)上，局部進行換填土栽植適生的喬、灌、草相結(jié)合的植物措施，在渠道兩側(cè)形成防護林帶。

3 沿線取料場水土保持措施設(shè)計

3.1 工程措施設(shè)計

3.1.1 截排水工程

根據(jù)取料場開挖面回流和渠堤滲水量，在總干渠布置排水溝17條，長36.1 km，并在靠近村屯附近設(shè)置集水坑17個，便于集水后抽排繼續(xù)用于灌溉或發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)。

(1)設(shè)計流量。排水流量主要由料場范圍內(nèi)的降雨形成的澇水及渠道輸水過程產(chǎn)生的滲流量組成。

渠道滲流量采用AutoBank滲流分析軟件進行計算，該程序采用有限元數(shù)值分析的方法。

降雨排水流量Qm計算公式為：

Qm=16.67φqF

(1)

式中：φ為徑流系數(shù)，按背水側(cè)邊坡和開采料場(含單側(cè)渠頂及管理范圍征地)兩種不同地表種類面積加權(quán)求得平均徑流系數(shù)；q為設(shè)計重現(xiàn)期和降雨歷時內(nèi)的平均降雨強度，mm/min；F為匯水面積，km2。

設(shè)計重現(xiàn)期和降雨歷時內(nèi)的平均降雨強度q計算公式為[2]：

q=CpCtq5,10

(2)

式中：Cp為重現(xiàn)期轉(zhuǎn)換系數(shù)，按5 a重現(xiàn)期取1.0；Ct為降雨歷時轉(zhuǎn)換系數(shù);q5,10為5 a重現(xiàn)期和10 min降雨歷時的標準降雨強度，mm/min。

排水溝道設(shè)計流量為每條溝道的降雨排水流量與渠道滲流量疊加后成果，見表1。

表1 設(shè)計排水流量計算

(2)排水溝道設(shè)計。排水溝橫斷面采用梯形斷面，溝道的設(shè)計比降參考所在渠道的縱向比降選取，邊坡均按1∶1.5設(shè)計。

排水溝斷面按明渠均勻流公式計算，計算公式為[2]：

(3)

(4)

式中：Q為渠道設(shè)計流量，m3/s；W為渠道過水斷面面積，m2；R為水力半徑，m；i為水力比降，在均勻流中與渠底比降一致；C為謝才系數(shù)；n為糙率。

根據(jù)已知的Q、n、i，利用計算機試算求出排水溝道設(shè)計水深，從而確定排水溝道挖深。集水坑盡量利用料場的寬度，不增加新占地，采用半挖半填型式。各排水溝道設(shè)計水力要素見表2，集水坑位置及尺寸見表3。

表2 排水溝道水利要素

表3 集水坑位置及尺寸表

續(xù)表3

3.1.2 土地整治工程

料場截排水工程開挖土方均用于料場其它區(qū)域土方平整，用推土機將料場開挖底面凸凹不平的土方進行平整，沿渠堤保護用地向外征地界方向形成內(nèi)高外低的坡面，坡比可控制在1∶10，形成緩坡，便于料場開挖面坡水流入底部設(shè)置的排水溝和集水坑內(nèi)。

3.2 植物措施設(shè)計

結(jié)合料場外側(cè)開挖的排水溝，在溝邊撒播種草，增加地表植被的同時提高入滲水量，起到攔蓄坡水的作用，草籽選用耐水濕的小葉樟、紫花苜蓿等，撒播密度80 kg/hm2；集水坑布置在靠近村屯附近，根據(jù)集水面大小、水深，附近村屯可適當發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)，同時也可將集水坑內(nèi)水提水灌溉給附近農(nóng)田；臨近排水溝向渠道側(cè)10.0 m范圍栽植耐水濕的灌木柳，株行距0.7 m×0.7 m；考慮總干渠沿線景觀要求，灌木外側(cè)至渠道征地界區(qū)域栽植銀中楊，株行距2.0 m×2.0 m。

為改善立地條件，提高喬、灌木成活率，在喬、灌木穴坑內(nèi)采取換土措施[3]，坑穴內(nèi)填入富含植物根系、土質(zhì)肥沃的外購腐殖土。造林后及時進行松土除草，對穴外影響幼樹生長的高密雜草要及時割除，連續(xù)進行3年，每年1～3次。松土應(yīng)做到里淺外深，深度一般為5～10 cm，同時對新造林地要加強管護。

4 結(jié) 語

平原區(qū)灌區(qū)工程取料場存在占地面積、擾動地表劇烈、無棄土回填等特點，同時取料開挖后的開采面出現(xiàn)高陡邊坡、深淺不一的坑、汛期積水嚴重等諸多問題，不僅造成植被恢復(fù)難度大，同時也給附近村屯居民出行、生產(chǎn)造成安全隱患。德龍灌區(qū)各渠道沿線取料場的水土保持設(shè)計模式較為合理，因地制宜的利用取料后施工跡地的地形地貌，通過排水溝和集水坑集蓄了坡面匯流和渠道滲流，再通過局部換土布置了層次分明的喬、灌、草搭配的治理模式，在渠道兩側(cè)形成綠色防護林帶，不僅控制了新增水土流失，亦具有良好的景觀效果。