烟斗形竖井拦洪淤地造田水土保持创新技术

“烟斗型竖井拦洪淤地造田水土保持法”新技术

 中国是一个水土流失严重的国家，全国水土流失面积达356万平方公里，平均每年流失土壤45亿吨，每年因水土流失损失耕地约100万亩，占国土总面积的37.1%，目前水土流失防治面临的形势依然十分严峻，防治任务十分艰巨。

农村90%以上的贫困人口，生活在水土流失严重，生态环境恶劣的地区。严重的水土流失，给国民经济的发展和整个社会的繁荣带来了极大的危害。水土保持，改善生态环境，是中华民族乃至全人类生存和发展的根本大计。中国政府把治理水土流失，改善生态环境，作为一项紧迫的战略任务，发动全社会的力量，投入这场改造自然的斗争。

随着世界人口的增长,人类对粮食的需要量将不断增加 这就要求在全世界范围内更好地防止水土流失，保护、改良与合理利用现有的水土资源。要特别注意防止新的水土流失，防止现有耕地退化。随着社会的发展，改善环境质量日益迫切。水土保持今后除了继续为改善农业生产条件服务外，在建立人工生态系统，维持生态平衡方面，将发挥日益重要的作用。在小流域综合治理中，对水土资源保护、改良与合理利用的工作，将与流域内其他自然资源的保护与合理利用，更紧密地结合起来。在水土保持综合治理实践中，要求更多地引进新技术。

水土保持是保障经济社会全面、协调、可持续发展的基础，是建设生态文明和构建资源节约型、环境友好型社会的重要内容。黄河治理关键是要解决泥沙的问题。伊河是黄河的重要支流，东西两岭沟豁重多，大多是一遇暴雨就成灾，多为暴涨暴落的洪水，雨后天晴立即变成干沟滩。强力推广水土保持创新技术，是保护生态环境、保护水土资源，促进人与自然和谐相处的需要。

 河南省伊川县水土保持有限公司，根据烟斗的形状和出烟道理，首创“烟斗型竖井拦洪淤地造田水土保持法”。

图1

    新技术的要点是：利用陆浑灌区引水干渠填方坝坝下涵洞，在涵洞进口处设置干砌石或预留一定数量排水孔的浆砌石烟斗型竖井，竖井衬砌高度根据洞上沟底蓄沙容量并结合控制流域面积和植被情况而定，并根据当年汛期洞前淤积情况，对竖井进行逐年加高。竖井直径按20--100年一遇洪水标准进行设计。为防止竖井加高后水头增加，导致水流冲刷涵洞底板，在竖井底部设置深50cm的静水消力池，并对消力池内侧及涵洞入口段10～20m进行混凝土加固处理。

    经加修烟斗型竖井后的沟壑，抬高了“涵洞进口”高程，竖井在泥沙的汇集和通道处形成了一道人工屏障。经过多年和实践观察，沟壑流域出现洪水时，竖井外形成了一个较大的“洪水滞留消力沉淀区”，使洪水短期滞留，流速变小，所挟泥沙能大部分沉积在竖井外，变清的水溢流下泻，有效地控制泥土流失。

    竖井拦蓄坡面汇入沟道内的泥沙，使沟床逐年抬高，降低洪水侵蚀基准面，稳定沟坡，有效制止沟岸扩张、沟底下切和沟头前进，减轻沟道侵蚀。“井往天上打”，河道少泥沙，并使原来存不住泥土的沟壑淤土成良田，利于庄稼、树木、草类生长，生态环境得到有效保护和改善。乃千古奇招！

    在伊洛河流域黄土丘岭区沟壑大规模修建“烟斗型拦洪淤地造田竖井”，对于小流域洪水泥沙来说，等于釜底抽薪，简便易行，投资小，见效快，易于推广和应用，为治理水土流失探索出一条新路，为相关领域的专家学者提供了理论研究和实践应用的参考、借鉴资料，具有深远的战略意义和推广价值。

    淤地坝是黄土高原地区人民群众在长期同水土流失斗争实践中创造的一种行之有效的既能拦截泥沙、保持水土，又能淤地造田、增产粮食的水土保持工程措施，已有几百年的发展历史。淤地坝在拦泥、滞洪、造地、增产及综合利用等方面产生了显著效益。但淤地坝在规划、设计、建设和管理过程中仍然存在许多问题，缺乏坝系规划设计的理论基础。小型淤地坝设计标准低，库容小，靠溢洪道或漫坝溢洪，遇到较大洪水时，易造成洪水漫顶垮坝。上游一个坝漫顶垮坝，形成的泥石流，会给下游淤地坝带来连锁漫顶垮坝甚至造成严重灾难的恶果。

    烟斗型竖井拦洪淤地造田，以填方坝工程为依托，规划设计的溢洪竖井按20--100年一遇洪水标准要求建造，竖井建造采用由低到高渐进摸式。初建时竖井一般在2-3米高，随着竖井外淤积泥沙量的增高而逐渐加高竖井。竖井溢洪口远远低于坝高，不论大小洪水，很容易从石砌烟斗型竖井内流走，洪水所挟泥沙能大部分沉积在竖井以外，不能流入下游河道。不存在洪水冲毁土坝或漫过土坝顶使土坝垮坝的潜在风险，安全可靠。
 
工程实例情况介绍

    1998年，在河南省陆浑灌区东一干渠白草洼坝和南流泉坝，进行溢流竖井拦洪淤地造田水土保持试验。该工程至今已达10年以上，效果良好。

图2 

图3

   陆浑灌区引水干渠填方坝是渠道跨越沟壑的“堆土”工程，堤顶宽度除渠道符合通水安全要求外，同时还须满足交通和渠道维修等要求。堤顶宽度27m以上，坝高每8m变坡，并设置2m平台，外坡坡度自上而下分别为1：1.5、1：2、1：2.5、1：3。坝下为排洪需要，设置20--100年一遇洪水标准的排水涵洞，涵洞多为混凝土块砌筑的全自由式无压排水涵洞。

    白草洼坝位于东一干渠40+700处，坝长51m，坝高15m，坝下涵洞长86m，洞径1.0×1.5（B×H），控制流域面积2.8平方公里。南流泉坝位于东一干渠48+191处，坝长97m，坝高27m，坝下涵洞长122m，洞径2×2.5（B×H），控制流域面积3.2平方公里。流域的土壤主要是泥质岩始成褐土，沟岸陡峭，耕作粗放，沟内平时无流水，雨季洪水从涵洞流过，表土被洪水带走，导致草木难以生存，植被稀少，地表裸露，水土流失严重。

    1998年对该两个小流域采取“竖井拦洪淤地造田法”拦淤排洪实验研究，具体措施为：在两涵洞进口处砌筑干砌烟斗型竖井（竖井内径分别为：白草洼1.5m，南流泉2.5m ），井径符合涵洞20--100年一遇洪水标准要求。在竖井底部修建深0.5m的消力池，并对两涵洞进口段进行C15钢筋混凝土加固10cm厚。两竖井1998年初砌高度均为1.5m，2001年又分别加高1.5m，顶部用MU10水泥砂浆抹平（厚5cm）。同时，对填方坝末级坡进行必要的干砌石护坡，增设混凝土加固肋。由于坝体较厚，淤积泥沙量缓慢增高，滞留洪水水位较低，遇超标准降雨，积水深度不深，防止坝坡因水位急降而造成滑坡。溢流竖井能及排洪，洪水不会造成坝体位移，不影响填方坝工程安全。

    十年来，两处运行情况如下：白草洼坝，竖井外沟底淤积深度2m，淤泥造地1.27平方公里，共拦蓄泥砂5.7万t；南流泉坝竖井外沟底淤积深度3.5m，累共拦蓄泥砂4.8万t，淤泥造地1.13平方公里。两流域10年共减少水土流失近10万t（约占流域总水土流失量的50%），并且未对干渠坝体造成任何损害。昔日水土不存的深沟已淤成肥沃平整的良田，庄稼树木生长良好。 
经济效益分析
 
    陆浑东一干渠白草洼、南流泉“烟斗型竖井拦洪淤地造田”水土保持工程生态建设已经历10年的安全运行实践考验，滞洪淤地造田效果良好。经河南省陆浑水库灌工程管理局、洛阳市水利学会水土保持组、伊川县国土资源局认定，并经河南省科学技术情报研究所查新检索，属创新技术。　　计划在黄河支流伊河陆浑东一干渠、西干渠控制流域实施“烟斗型拦洪淤地造田竖井”水土保持开发工程，进行综合治理。

图4 

图5 

  

    陆浑东一干渠全长137.9km，西干渠全长60km，两渠盘绕豫西浅山区丘陵等高线上，控制流域面积约500平方公里。有众多水土流失严重的土沟深壑和200多座过沟填方涵洞坝，进行“竖井拦洪淤地造田”治理，按已成功拦蓄水土流失总量50%的成果计算，每年拦蓄泥砂93万t左右（500×0.372×50%），使万年土沟深壑淤地成良田。每淤一亩坝地，平均可拦泥沙3000t以上的泥沙。

图6

    本项目所建竖井，是根据洪水泥沙淤积情况逐步加高，使原有的引水渠过沟填方坝涵洞得到加固和稳定。过去的淤地坝也可采用本项技术加修烟斗竖井，彻底解决淤地坝所存在的洪水毁坝或漫坝顶垮坝的潜在危险。

    烟斗型竖井所拦洪水的水位较低，淤积地不会有长期积水现象，有利于已淤成土地上的庄稼、树木或草类生长。从根本上解决了长期形成的“洪水带泥沙，年年把沟刷，越冲沟越深，好土留不下”的恶性循环现象。万年荒沟成良田，具有显著的经济效益和生态效益。为山区农村优化土地利用结构，调整产业结构，合理利用水土资源，发展优质高效农业，实行集约化经营创造了条件。对促进农民脱贫致富，加快全面建设小康社会的步伐，促进农村经济发展有重大意义。

在黄河流域内符合条件的地方建造“烟斗型拦洪淤地造田竖井”，同时在沟壑内植树造林，从源头上封堵向下游输送泥沙的通道，根本解决黄土丘岭区水土流失问题，并且滞洪淤地为山区农民提供高产稳产的耕地资源。此开发建设工程项目，利国利民、功在千秋。