穆家小流域工程总体布置与措施设计

郑 彬

(辽阳市水土保持局，辽宁 辽阳111000)

1 概 况

1.1 地理位置

弓长岭区穆家小流域综合治理工程位于辽阳市弓长岭区穆家小流域汤河镇红穆村，汤河水库下游，汤河的右岸。工程地理坐标为E123°24'41.51″，N41°06'07.05″。

1.2 自然概况

1)地形地貌。该流域地形特点是起伏变化较大，属于土石质低山区，最高海拔高度为495 m，最低海拔高度为106 m。林草覆盖率为61%。

2)水文气象。该地区属于北温带湿润地区，四季分明，春夏两季多西南风，冬季多西北风。年平均气温为8.4 ℃;最热月平均气温为24.8 ℃;极端最高气温38 ℃;极端最低气温－33.7 ℃;最大冻结深度1.2 m;无霜期167 d。四季分明，春夏两季多西南风，冬季多西北风，平均降雨量790 mm。多年平均风速1.98 m/s，年均日照时数为2804 h，年均蒸发量1 740.7 mm。

3)土壤。该区土壤分布趋势:棕壤土是全区内的典型土壤，山坡的中上部为棕壤，山角坡地和山谷之间为潮棕壤。厚度为30 ～40 cm。土壤理化性状PH 值为6.5，土壤有机质含量2% ～3%，土壤质地松散，空隙度高，全氮含量0.1% ～0.15%，其土地性状对发展林业适应性很强。

4)植被。该区属于低山区，该区主要植被为落叶林和针、阔混交林。年平均气温低于平原，降水量大于平原。是长白植物区系和华山植物区系的交汇区，植物种类丰富，是次生林和人工林最集中的区地。该地区以农业为主，农作物主要由玉米、大豆。经济作物有大榛子、苹果。

1.3 经济社会情况

穆家小流域土地面积985.44 hm2，耕地面积116 hm2，总人口1 980人，均为农业人口。人均收入9 000 元，人 口 密 度201 人/km2，人 均 基 本 农 田0.09 hm2/人。劳动力1650 人，大小牲畜1050 头。红穆村土地总面积455.30 hm2，耕地面积120 hm2，总人口1 251人，均为农业人口。人均收入8 500元，人口密度274 人/km2，人均基本农田0.09 hm2/人。劳动力890 人，播种面积112.47 hm2，大小牲畜400 头。

1.4 土地利用

穆家小流域总土地面积985.44 hm2，其中:山丘地林地面积600.00 hm2，耕地面积116.00 hm2，建设用地207.00 hm2，园地20.00 hm2，草地10 hm2，其他用地32.44 hm2。项目区总土地面积455.30 hm2，其中:林地面积150.00 hm2，耕地面积120.00 hm2，建设用地103.00 hm2，园地30.00 hm2，草地10.3 hm2，其他用地42.00 hm2。

2 水土流失及防治情况

穆家小流域总土地面积985.44 hm2，水土流失面积80.00 hm2，水土流失面积占总面积8.12%，平均侵蚀模数1 500.00 t/km2·a。流域内有侵蚀沟壑3 条，沟道密度为0.60 km/km2。该区土壤侵蚀形式以水力侵蚀为主，侵蚀强度为轻度。水土流失形式主要以水力侵蚀为主，有少部分人为因素造成的侵蚀。水土流失主要分布在山洪沟沟头处及荒草地和疏林地等。该流域已治理水土流失面积32.00 hm2，采取封禁治理措施。小河道整治理2.5 km，治理度为40%。

3 工程建设规模

穆家小流域综合治理工程治理面积0.09 hm2，其中:路面硬化面积0.09 hm2，排水沟治理125 m，两侧共计250 m。在沟道两侧对排水沟进行治理，治理长度125 m，两侧共计250 m。采取浆砌石挡土墙结构形式;修建混凝土作业路285 m，混凝土路面宽3.0 m，厚度0.20 m，砂砾石路基层宽3.50 m，厚度0.10 m。通过进行综合治理，达到防止水土流失，保护水源，增加农村经济收入。

4 工程总体布置

4.1 布置原则

全面贯彻落实《中华人民共和国水土保持法》，遵照“预防为主、保护优先、全面规划、综合治理、因地制宜、突出重点、科学管理、注重效益”的水土保持方针，合理利用水土资源。①坚持以人为本、服务民生的宗旨，充分征求群众意见，尊重群众意愿，按照“近村、近水、就缓、就低”的原则选择地块;②与退耕还林基本口粮田建设、土地整理、农业综合开发土地治理等项目协调，科学规划，合理布局，避免重复建设，发挥工程最大效益;③优先安排坡度＜15°的缓坡耕地，对15° ～25°坡耕地，按照集中连片、因地制宜原则修筑，以便形成规模;④以村为单位，以地块为单元，以梯田建设为重点，配套生产道路，统一规划，综合治理［1］。

4.2 措施总体布局

穆家小流域综合治理工程水土保持措施将本着重点治理与一般防治相结合，工程措施与植物措施相结合，点、线、面治理相结合的原则，形成综合防治体系。防治体系配置按照系统工程原理，处理好局部与整体、单项与综合、近期与远期的关系，有效地控制防治责任范围内的水土流失［2］。根据项目的建设目标与规模，本项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沟护砌125 m(两侧共计250 m);混凝土作业路285 m。排水沟护砌工程位于西侧管理房上游0.30 km，采取双侧护砌形式;作业路紧邻治理段山洪沟边缘，修筑长度285 m，起点桩号为0 +000，终点桩号为0 +285。

5 工程措施设计与计算分析

5.1 穆家小流域护砌工程

5.1.1 设计洪峰流量计算

1)基本情况:流域内没有水文观测站，属于山区无资料河流。设计洪水采用辽宁省设计暴雨洪水查算图表法计算。在万分之一地形图上确定流域面积，并向上游量取等高线高程和距离，求算河道的平均比降。根据万分之一地形图查得:穆家河流域控制面积。

2)设计洪峰流量计算:流域内无实测资料，一般根据短历时设计暴雨推算。本次设计根据辽宁省设计暴雨洪水查算图表法进行方法。

计算公式:

式中:Q 为设计洪峰流量;φ 为设计洪峰径流系数(由辽阳市水文手册查得φ =0.60);Ip 为τ 历时暴雨强度(由辽阳市水文手册查得Ip =120 mm);F 为流域面积km2。

通过计算10 a 一遇的设计洪峰流量为:P =10%，Q =10.25 m3/s。

5.1.2 沟道过流能力验算

治理排水沟125 m，结构形式为在河道两岸采取浆砌石挡土墙结构形式，左右岸各125 m，共250 m。

1)排水沟过水能力计算:根据上述排水沟过流能力计算，10 a 一遇设计洪峰流量为 Q =10.25 m3/s。两岸墙高1.4 m，河道比降I =23.5‰。

过流能力验算，采用明渠非均匀流公式:

式中:Q 为设计流量，m3/s;H 为水深，m;W 为过水面积，m2;C 为谢才系数，C = 1/n ×R1/6 ;R 为水力半径m，R = W/X;X 为湿周，m;Q = WC(Ri)1/2 ;Q =m3/s。

经计算:当水深H =1.00 m时，沟宽1.5 m，比降I =0.023，过流量Q =11.10 m3/s，满足过流要求。经计算结果见表1。

表1 排水沟过水能力计算表

2)排水沟断面确定:根据排水沟道水力计算，排水沟护砌长度125 m(左右两岸共250 m)，沟底宽度为1.0 m。沟道两侧为浆砌石挡土墙砌筑，墙高1.40 m。设计水深1.0 m。

5.1.3 排水沟挡土墙设计

浆砌石挡土墙稳定计算:挡土墙稳定分析(沿墙纵向取1 m 长计算)见图1。

图1 浆砌石挡土墙稳定计算图

1)挡土墙水平土压力“Ea”计算:采用库伦土压力计算公式为:

式中:Ea 为主动土压力，kN;r 为土体容重19.6 kN/m3;H 为墙体高度1.4 m;K 为土压力系数经查算得0.687，经分析，取土壤内摩擦角ψ 为30°;外摩擦角δ 为15°，Ea =15.15 kN。

2)墙后土体重“F 重”:土体容重为19.60 kN，土体重17.05 kN。

3)墙体自重“W”:墙体为浆砌块石取容重为22.54 kN，W =37.19 kN

4)挡土墙稳定计算:抗滑稳定计算公式:

式中:KC 为抗滑稳定系数应大于规定1.3;W 为墙体自重，kN;F垂为墙后土重，kN;f 为墙底与地基摩擦系数，Ⅲ类土取0.5;F水为水平主动土压力即为Ea 值。

经计算Kc = 1.79 ＞1.3，该挡土墙不会产生滑动。

护脚冲刷深度计算:护脚冲刷深度计算采用《水力学计算手册》中的计算公式，计算公式如下:

式中:hB 为累计最大冲刷深度，取0.32 m;hP 为冲刷处水深，以近似设计水位最大深度代替，取1.0 m;Vcp 为平均流速，计算得2.25 m/s;V允为河床面上允许不冲流速，查水力计算手册为0.75 m/s;N 为与防护岸坡在平面上的形状有关，一般取0.25。

经计算，本段排水沟冲刷深度为0.32 m。根据设计规范，护脚工程基础埋置深度应满足抗冲刷和冻结深度的要求。辽阳地区多年平均冻层深1.20 m，因此本次护脚工程基础埋深取1.20 m。

5.2 混凝土作业路工程设计

在本治理段的原沥青作业路上游终点0 +000处向上游0 +285 处修建混凝土作业路285 m，路基为3.50 m宽砂砾石路基，厚度0.10 m;路面宽度为3.0 m，厚度0.20 m，混凝土标号为C25。

6 结 语

从穆家小流域综合治理工程的总体布置和工程措施来看，工程布设切实可行。通过工程的实施，水土流失将得到有效控制，可以改善土壤结构、增加土壤肥力、遏制土地功能退化，保护土地资源，提高农业生产率，在一定程度上解决了农村剩余劳动力，减少城市人口流动性和就业压力，促进地区生态环境建设和人民生活水平的提高，可推动弓长岭区的经济全面发展［3］。

［1］李勇. 桓仁县坡耕地工程总体布置与措施设计分析［J］.黑龙江水利科技，2014，42(10):183－185.

［2］冉茂文. 山区农业综合开发要重视旱坡耕地综合治理［J］. 当代贵州，2006(21):35－36.

［3］齐养周. 周至县坡耕地农业耕作措施蓄水保土效益试验研究［J］，陕西水利，2010(02):148－149.