沟壑防治工程综述.doc

沟壑防治工程 山西80为山地丘陵，沟壑密度达5公里／公里２以上，其中晋西峁状丘陵沟壑区高达6～8公里／公里２。沟壑面积约占集水面积的一半左右。随着沟壑发育，沟壑发生下切、溯源和侧向侵蚀。据省水文、水保部门测定，年土壤侵蚀模数达1万～2万吨／公里２。沟道是水土流失的必经通道，古代人民在沟头采取沟头防护措施，在支毛沟内修谷坊，支沟和干沟内建坝，利用水沙资源淤地造田发展农业生产。 一、 沟头防护工程 沟头位于径流集中、侵蚀活跃处，它产生溯源侵蚀，常因沟头前进而毁掉农田、截断道路，威胁村舍安全，带来严重的财产损失。 一古代的沟头防护 沟头防护在山西已有很久的历史，现存的古代沟头防护工程多建于明末清初。据山西省水利厅水土保持局调查，太谷县范村镇上安村西南大沟的沟头防护工程，初建于明崇祯年间1628～1644，重建于清顺治十一年（1654），至今完好，300多年来有效地阻止了沟头前进，保护了村庄道路和8667公顷塬地的安全。这项工程为跌水式建筑，用石灰浆砌粗料石建成，主体工程包括长5米、宽1.6米的引水渠道和高25米、直径1.6米的井筒式跌水，井口上方建有高1.35米、长2.3米的石拱涵洞，以防杂物和人畜落入，井下出口与下游沟道相连处也建有石砌拱涵和连接段，整个工程由土坝围护。在距井底出口70米远的沟道外侧，建有宽2米、高4米的石砌陡坡和翼墙，以固定沟道。据碑文记载，该工程曾经历3次改进，最后于清顺治十一年1654“纠众而后筑之”，3年建成，“波循故道，水害除矣；履道坦坦，行人便矣”。这项民间修筑的工程，捐资者312人，共捐银2 693.5两，整个工程布局科学合理，修筑坚固耐用。 平陆县部官乡西太村的汉叉沟防护工程，是现存的又一处较大的沟头防护工程。据运城地区水利水保局实地调查，该工程建于清乾隆四年1739，为矩形砖石混合结构，高25.5米，宽15米，顶部和底部分别有1米和2.2米的白灰砌石，其余均为白灰砌砖。过水断面为梯形，上部和下部的宽度分别为5米、3.2米，上部厚2.2米，下部厚2.8米。这项工程历经250余年至今完好，仍能有效地防止沟头前进。 二当代沟头防护 当代沟头防护工程早见于晋北阳高县大泉山的封沟埂工程。据中科院山西西部水土保持调查报告1955记述“首先从坡面治理开始，而后在沟头修封沟埂，做到水不下坡”。封沟埂的埂后有截水沟，修筑时采用里切外垫的方法，取土培埂。当培至预计高度的1/2时，将内外坡拍实，并压一排杨树枝条，然后再压一层土，直到预计高度。在取土的同时，每隔2～3米留一宽约30厘米之横土当,并稍加培高，使之与封沟埂等高。这样使截水沟隔成方格状的土坑，可避免一处冲毁而引起全部蓄水外泄。封沟埂的尺寸，依集水面积的大小来决定，一般顶宽0.8～1.0米，埂高0.4～0.5米，坑深0.3～0.4米。 大泉山的沟头防护工程采用工程与造林结合的形式，受到省水土保持工作局的高度重视，大力向全省同类型地区推广，因此此类沟头防护工程在晋西南黄土残塬沟壑区及晋西、晋西北和晋北黄土丘陵沟壑区广泛分布。据山西省水土保持专项规划报告1985年的统计，全省有沟头防护工程33.86万处，起到了蓄水保土、防止沟头前进、发展林业生产的良好作用。 二、 谷坊工程 谷坊是建在发育活跃、冲蚀严重的支毛小沟内的小型坝工工程，一般坝高5米以下。其作用是巩固并抬高沟床，稳定沟坡，制止沟蚀，滞淤成地后可植树、种果，大块地可为农田。谷坊一般是在支毛沟的上游修建，它与其下游的淤地坝结合形成完整的沟壑防治体系。 一谷坊的发展 谷坊始于何时，暂无考证。民国12年1923金陵大学森林系美籍教授瓦尔特尔克莱罗德民1888～1974博士，来山西进行黄河泥沙来源及防治方法的调查研究，他讲到农民的水土保持经验时，强调农民在实际生产中获得的经验不可忽视，如荒沟插杨柳、修谷坊、筑留淤土坝，这证明建谷坊是山西民间水土保持传统工程项目。 中国近代水利先驱李仪祉1882～1938，民国22～24年1933～1935任黄河水利委员会委员长兼总工程师期间，重视黄河上中游地区农民治山治水增加生产的经验，他认为黄河之为害在泥沙，防沙之法，不同地区应采用不同形式的截留工程。沟溪中截留雨水，可分两种，第一是石质溪壑，为河流之旁支，由山间分出，必使用石砌横埝，将整壑底做成阶段式。这种法子最好，一是埝内为泥土淤平，使成良田可以耕种，二是壑中水势平缓，沙石不致无限制地冲滚而下。山西农民勤苦，多用此法。他对山西土石山区农民修造石谷坊大为赞赏。李仪祉早在30年代就提出水土保持“修水平梯田、闸谷坊、打淤地坝”三大工程措施，这为新中国建立后开展水土保持工程治理起了先导作用。1952年省水土保持工作队全体人员在清徐白石沟，组织农民闸谷坊，治沟拦沙防洪。这期间山西总结推广的两个治山治水典型，一个是黄土丘陵区的阳高县大泉山，一个是土石山区的平顺县羊井底，这两个典型在全省得到大力推广。据1985年统计，全省已建筑各种谷坊80.05万座，库容7 654.49万米３。 二谷坊类型与施工 谷坊的类型在山西有土谷坊、石谷坊、柳桩谷坊3种。谷坊修建之前，要把控制流域面积、沟道地质、长度、比降、洪水、建筑材料等调查清楚，在小流域整体规划的基础上，自上而下系统布设谷坊，使其发挥出群体作用。谷坊坝的布设一般是下坝顶与上坝底齐平，或成1比降。 土谷坊在土质沟床或石质沟床都可以修建，坝高一般5米以下，坝端所开溢水口应设在基岩上或硬质土上，坝体夯实，干容重达1.5吨／米３左右，并与岸坡结合好。土谷坊由于工程规模小，整体防御作用差，作为淤地运用近年来已较少发展，但作为沟壑造林则很有发展前途。 石谷坊多分布在山区的石质沟床上，多为干砌阶式，浆砌者为数不多。一般为坝顶过水溢流，也有少数筑成浆砌石溢流口或在坝端开设溢水口溢流。在两岸为岩石的窄沟有的还把干砌石谷坊修成拱形坝拦挡洪水。石谷坊在土石山区有广阔的发展前景，在太行山区分布很多，当地群众称之为沟地，多是淤积或垫造而成，田面成倒坡或水平，雨季引洪淤灌，沟地公顷产粮大都在6 000公斤左右。 柳桩谷坊从50年代开始在西山地区推广，深受群众欢迎。这种谷坊施工简便，费用低，使用长久。它本身就是工程措施与植物措施的结合物，适用于土质沟床。柳桩长1.5～2.0米，埋入沟床1米，沿沟床高洪水位横断面成两排布置，行距0.5米，株距0.3米，前后排柳桩错开，各排用柳梢编篱，中空填充卵石，上覆柳梢盖顶，用铅丝将前后排拉牢使其成为整体。这种谷坊柳桩成活率高，成材率也高，拦沙效果好，成地可以耕种，维修简单。 三、 淤地坝工程 沟道中建设淤地坝，既可防止沟床下切和沟壁扩张，控制水土流失，减少入河泥沙，又可拦沙淤地，变荒沟为高产稳产基本农田。新中国建立后，山西水利事业注意总结历史经验，发扬好传统，并积极开展科学研究，使淤地坝建设有了很大发展。截至1997年底，全省已建坝33 240座，可淤地4.53万公顷。 一淤地坝建设历史悠久 在沟道中建设淤地坝，本省最早是在南部农业开发较早且耕垦指数较高的丘陵阶地区开始的。有文献考证的是明万历年间1573～1620，汾西一带就有在沟道内筑坝拦泥淤地的传统做法，距今已400余年历史。汾西县志有“涧河沟渠下湿处，淤漫成地，易于收获高田，值旱可以抵租，向有勤民修筑”的记载。汾西知县毛炯重视这一经验，进行奖励推广，规定凡“以能相度砌塄成地者为良民，不入升合租粮，给以印贴为永业”，还奖给筑坝“勤民”三石粮食以资鼓励，由此建坝淤地在汾西盛行起来，“三载间给过各里砌修成地孟复全三百余家”。 到了清代，建坝淤地的范围扩大，在吕梁山区一带也盛行起来。据50年代省水土保持局考察，离山县佐主村千回沟的四级淤地坝，骆驼嘴华家塌沟的五级淤地坝，都建于清嘉庆年间1796～1820，有200年历史。郝家山村娘娘庙沟，打坝13座，淤地5.4公顷，建于光绪年间，也有上百年历史。清嘉庆十二年1807，贾家垣村贾本春在盐土沟修建的一座青砖白灰砌筑的高12米、长11.3米、宽5米的淤地坝，10年后淤成坝地8.0公顷，当时公顷产小麦2 850公斤，谷子3 000公斤。因坝体坚固，管护认真，保证了长期受益。光绪三年1877当地连遭旱荒，附近坡地颗粒无收，而坝地小麦公顷产仍达2 100公斤。中阳、临县一带至今仍有“修坝如修仓，澄泥如存粮”、“泥里出黄金”、“驴驮元宝三口袋，不如打坝淤地块”等民谚。 汾河中游黄土丘陵阶地区洪洞县等地的坝地建设历史久远，不少地方沟沟有坝，坝坝成地，台台相连，已形成沟壑川台化的米粮川。 二淤地坝的发展 新中国建立后，山西在黄土丘陵沟壑区、缓坡丘陵沟壑区以及残塬沟壑区的治理中，大力提倡兴建淤地坝工程。实践证明，淤地坝拦沙、淤地、滞洪和通途等效益突出，同时坝地是由洪水泥沙淤积而成，墒情好，肥分高，每公顷产量一般为4 000～8 000公斤，在山区建设中倍受群众欢迎，被称为“刮金板”。沟壑是泥沙的主要产源，小流域内沟壑面积占流域面积的40～50，而产沙占70～80。因此，在沟道中修建淤地坝，不仅可以拦泥淤地、固沟保坡，而且可以减少入河泥沙淤积河道。在多沙河流上修建水库工程，需要在其上游进行水土保持治理，开展打坝增地拦泥，以赢得对坡面开发治理的时间，提高治理效果。 山西淤地坝建设历史悠久，但就全省而言，新中国建立前坝的数量极为有限，且在一条小流域内分布也很零散，没有形成完整的坝系，并且大都是低坝，许多坝的建筑物不配套，防洪能力低。 新中国建立后，随着治理黄河、海河和水土保持事业的发展，山西在调查总结前人经验与教训的基础上，对淤地坝建设进行了大量的试验研究，有力地促进了淤地坝发展。新中国建立后山西淤地坝建设大体经历了如下4个阶段。 1.试办和示范阶段1951～1957 1951年1月省人民政府开始将水土保持工作列入水利工作议程。1954年强调“用重点示范的办法逐步推广；要注意总结提高与交流技术经验，对这些技术经验进行科学分析，然后示范推广，为全省水土保持技术服务”。1955年省水土保持试验推广站开始在离山县王家沟流域修建淤地坝，并且在离山县刘家湾建成全省第一座库容100万米３以上的大型淤地坝，为当时推广淤地坝起到了示范作用，同时开创了在一条小流域内进行坝系建设的先例。通过实践创造了一个“小多成群，主副结合”的经验在全省推广。刘家湾大型淤地坝是按小一型水库设计的，建坝初期还要求蓄水灌溉、养鱼和拦泥。当时由于洪水泥沙资料缺乏，设计泥沙库容与实际来沙情况差别很大，库容很快就被淤满，灌溉、养鱼目标未能达到。在记取这一教训中，认识到山区洪水的特点是峰高、量小、历时短、泥沙多，因此70年代初将原来按死库容、兴利库容、滞洪库容所构成的库容设计，修改为泥沙库容加滞洪库容构成总库容。泥沙库容按各不同侵蚀类型区的输沙模数与淤积年限来确定，淤地坝的利用以拦泥淤地为主，在淤满之前争取有限地发挥灌溉、养鱼效益，这一改变更加符合客观实际。在工程规划布设和运用形式上，根据因地制宜原则采用3种模式一是在干沟建主坝，采用大坝、溢洪道、放水涵洞“三大件”，做到能蓄、能泄、能放，拦、灌、防全功能；二是在支沟上建主坝，只建大坝和放水涵管两大件，防洪问题靠高坝大库容滞洪和涵管放水调节解决，不建或缓建溢洪道；三是建副坝，只做土坝一件工程，坝端设临时排洪沟，靠库容拦滞洪水，清水靠渗漏、蒸发消散。淤地坝淤满后进行坝体加高，视流域治理度确定最终坝高。1955年8月下旬至9月上旬，黄河水利委员会主任王化云实地考察总结了本省离山县贾家垣打坝淤地等经验，提出了指导意见，省水土保持部门多次举办培训班大力推广打坝淤地经验，据1956年统计，仅中阳县就建大小淤地坝1 727座。 2.大发展阶段1958～1980 这一阶段由于前期的试办成功，使群众认识到淤地坝的优越性，增强了信心，鼓足了干劲，建坝淤地在全省得到大力开展。临汾地区石楼县建立以沟坝地为主的基本农田，1958年建坝4 216座，人民日报对此作了专题介绍，该县被评为全省红旗县。各地建淤地坝采用农田基本建设专业队与农闲群众运动相结合的办法，常年进行施工和维修。“大跃进”期间，由于全民上阵工作面太大，技术力量不足，加上工程规划设计跟不上，因此一些地方出现了大沟建小坝，“一大件”代替“三大件”或“两大件”，不顾工程质量和标准低等问题，只搞小多成群不讲主副结合，之后大洪水中有一批工程被冲毁，造成沉痛的教训。 1958年省农田水利局水土保持工程科组织技术力量在浑源县唐峪沟上游，根据苏联的技术资料进行全国第一个定向爆破筑土坝试验，之后在中阳、离山、太原东山、河曲等地试验推广，建坝30余座。此法施工比人工施工提高工效高者可达10～20倍，但筑坝成本高，坝体质量不均，水毁比较严重，故影响了普遍推广。1965年把水中倒土方法引进淤地坝施工中，此法与人工夯实法相比提高工效70。1969年在水中倒土方法的基础上，经过试验研究发展成为水力冲填施工方法，一次完成土料的装、运、卸和压实4道工序，从而大幅度地提高了工效，每工日完成土方15～25米３；采用冲土水枪造泥时，每工日可达50～100米３。水力冲填施工法比机械碾压法提高工效3～6倍，成本降低50左右，坝体干容重达到1.55吨／米３左右。1976年省水土保持科学研究所集定向爆破与水力冲填两种施工方法的优点，试验成功了定向爆破结合水力冲填的施工方法。 由于淤地坝施工方法的多样化，尤其施工机械的逐渐增多，工效不断提高，因而建坝的范围也不断扩大，使无水地区、水少地区、水多地区都有了先进施工方法，这就促进淤地坝建设出现了大发展局面。把过去多在支毛沟建淤地坝推进到干沟里建大坝，施工坝高由一般坝高15米左右提高到20～50米。 在长期的实践中，根据山区小流域洪水峰大、量小、历时短和冲填土坝造价低而溢洪道造价高的特点，依托水力冲填速度快、质量容易控制的优势，在控制面积较小的流域内，采取高坝大库容不建、缓建或建临时溢洪道的办法，使工程达到了费省效宏的目的，同时也为分期加高大坝施工奠定了基础。溢洪道可以在大坝达到设计最终坝高时再设置。 3.骨干坝控制下的坝系建设新阶段1981～1985 为使防洪、蓄水、淤地和坝地种植紧密结合，先后在离石县王家沟、中阳县洪水沟等川台化流域中修建防洪为主的骨干坝。骨干坝保护下游生产坝，使川台化农田防洪保收。 通过实践，科学地发展了坝系规划工作。明确了在一个小流域中，以防洪、拦泥淤地为目的，建立起来的淤地坝群称为坝系。以骨干淤地坝为控制，将流域分成若干区域，在每个区域内布设一个骨干淤地坝和由它保护的几个生产坝，组成一个系组。由一个或几个系组构成一个坝系。坝系规划在流域综合治理规划的基础上进行。按流域全面权衡利弊，统筹安排骨干坝和生产坝，充分发挥坝系调洪、拦沙、淤地、增产作用。坝系中各系组自成体系，相互配合，联合运用，既发挥单坝的作用，也发挥坝系的整体作用；坝系中各骨干坝的防洪标准，上游的等于或高于下游的防洪标准；在一个系组中先建骨干坝后建生产坝；骨干坝自上而下，从支沟到干沟修建。系组内的生产坝可自下而上修建，淤成一坝，种植一坝。 4.规范化发展新阶段1986～1997 山西省水土保持科技人员，根据建国后的淤地坝建设实践，在认真总结经验教训的基础上，完成了山西省淤地坝工程技术规范的制定，经省标准局批准于1985年12月10日发布执行。1986年7月水利电力部颁布了水土保持治沟骨干工程暂行技术规范，同时还制定了仿基建程序的有关实施管理的章程制度。以这些规范和章程制度的执行为标志，全省淤地坝建设进入了一个规范化发展的新阶段。截至1997年底，全省连同谷坊共发展坝地达到18.83万公顷。 近年来所研究的调沙库工程可进行沟滩联治。在条件适宜地方，把骨干淤地坝建成调沙库，通过调洪调沙淤灌下游滩地或坝地，既可延长骨干坝使用年限，提高水沙资源的最佳使用效益，又可保障下游滩地或坝地的防洪保收及工程安全。 三淤地坝的效益 坝地拦沙效益大，增产效果显著。一般打坝淤地防洪保收搞得较好的山丘区乡村，坝地占耕地的10～20，粮食产量占总产的30～50。汾西县截至1983年，共打坝10 200座，淤出坝地3 860余公顷，平均每公顷坝地拦沙量16 680米３，坝地只占全县总耕地面积的19.9 ，而产量却占全县粮食总产的56.9。该县康和村，1978年坝地面积占耕地面积的22，而坝地粮食产量占粮食总产量的75，当年人均占有粮食515公斤。淤地坝是小流域治理的最后一道防线，它可以拦蓄其上游未能控制的泥沙。据统计分析，每淤成1公顷地可拦泥沙4.5万～9万米３。新建坝3～5年可拦流域来沙量的70～80，5～10年的可拦50～70，10～20年的可拦30～50，实现川台化的沟道可拦20～30。小流域治理过程中水保工程拦沙量的50以上是靠淤地坝完成的。 1979～1985年，三川河流域淤地坝拦沙占全流域减沙的69.8。汾河水库上游治理8年（1988～1995），103座淤地坝拦沙1 354万吨，占全流域拦沙量的47.8。岚县从1988年以来建淤地坝33座，连同原有坝达到44座坝库，共控制汾河流域面积421.1公里２，坝库减沙量占减沙总量的73.3。在1994年的暴雨洪水中，设计洪峰流量累计达到3 840.86米３／秒，经坝库调节后下泄流量为1 073.3米３／秒，洪峰综合削减率为72.06，使下游13个乡，75个村，占总人口46的5.91万人的生命财产得到保护，有55公里干线公路、11座桥梁、50家工矿企业得以汛期安全，并使下游新建的420公顷滩地和600公顷水地得到保护。上明淤地坝已开发坝地80公顷，其他淤地坝已成地40公顷，年创产值54万元。 四淤地坝的管护 坝库工程的管理养护，是保证工程效益发挥的关键。目前本省各地多采用分级管理、谁建谁管的做法。管护任务主要包括施工后的土场治理开发、汛前汛后的检查维修、防汛抢险、坝地淤成后的开发利用等。土地联产承包以前，一般是专业队负责管理，现在大部分是由承包户（或联户）负责管护。 11