《山區(qū)小流域 溝道人工階梯-深潭系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》編制說明

編制說明

一、工作簡況

1.1任務(wù)來源

2022年11月，中國水利學(xué)會根據(jù)《中國水利學(xué)會團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)管理辦法》相關(guān)

規(guī)定，組織立項(xiàng)論證，通過論證后，以《中國水利學(xué)會關(guān)于批準(zhǔn)〈引調(diào)水工程

物探檢測技術(shù)規(guī)程〉等3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)的通知》進(jìn)行公示，批準(zhǔn)該標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)。

本標(biāo)準(zhǔn)的編制單位為清華大學(xué)、中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所、中國科

學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所、中國科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所、北京林業(yè)

大學(xué)。

1.2任務(wù)背景

山區(qū)河流廣泛分布在我國境內(nèi)，且大多數(shù)山區(qū)河流為下切型河流。河流在

下切過程中會伴隨河岸侵蝕、河床沖刷，從而引發(fā)滑坡和泥石流等，對河流生

態(tài)產(chǎn)生擾動，給河道沿岸和下游區(qū)域的環(huán)境、交通、生產(chǎn)等帶來許多問題。因

此，山區(qū)河流治理一直是各方重點(diǎn)關(guān)注的對象，也是生態(tài)文明建設(shè)中的重要組

成部分。

階梯-深潭結(jié)構(gòu)是比降大于3%的山區(qū)河流中廣泛發(fā)育的微地貌形態(tài)，為典型

的高效消能結(jié)構(gòu)，是山區(qū)河流自我調(diào)整的結(jié)果。階梯-深潭結(jié)構(gòu)的階梯由卵石或

巨石組成，深潭中顆粒較細(xì)，階梯和深潭在河段中交替排列，縱斷面呈現(xiàn)連續(xù)

的臺階狀。階梯-深潭結(jié)構(gòu)通過消耗水流能量、增加河道阻力的方式提升溝道的

穩(wěn)定性，進(jìn)而穩(wěn)定河床、控制侵蝕，并能夠有效降低泥石流運(yùn)動。近年來，隨

著國家對山區(qū)小流域山地災(zāi)害的持續(xù)關(guān)注，以及建設(shè)美麗山區(qū)的需求，以生態(tài)

措施的為代表的工程被廣泛使用。人工階梯-深潭系統(tǒng)常用于河流修復(fù)中，能夠

起到防治山地災(zāi)害、有效提升和保持河流生態(tài)功能及廊道連通性的作用。階梯-

深潭系統(tǒng)具有就地取材、因地制宜和施工難度低的優(yōu)勢，適用于交通不便的山

區(qū)小流域。

國內(nèi)外學(xué)者對階梯-深潭結(jié)構(gòu)的形態(tài)特征、消能率以及穩(wěn)定性方面開展了大量

研究，在此基礎(chǔ)上總結(jié)了階梯-深潭結(jié)構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)和物理關(guān)系，例如地貌特征式、

消能率公式、阻力公式等，并從實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用方面開展了大量的減災(zāi)效果評

估。但是，目前國內(nèi)還沒有關(guān)于階梯-深潭系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建造的統(tǒng)一成熟標(biāo)準(zhǔn)，這非

常不利于階梯-深潭系統(tǒng)的應(yīng)用。因此，迫切需要制定一套科學(xué)合理、實(shí)用性強(qiáng)的

階梯-深潭系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建造標(biāo)準(zhǔn)。為推廣階梯-深潭系統(tǒng)在山區(qū)小流域溝道中的應(yīng)

用，建立穩(wěn)定可靠、有效的減災(zāi)系統(tǒng)，保證階梯-深潭系統(tǒng)在一定洪水條件下充分

發(fā)揮功效，特申請編制本標(biāo)準(zhǔn)。編制該標(biāo)準(zhǔn)能夠?yàn)槿斯るA梯-深潭系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建

造和監(jiān)測維護(hù)等提供技術(shù)支撐，為構(gòu)建穩(wěn)定的人工階梯-深潭系統(tǒng)提供有效方法，

服務(wù)于山區(qū)小流域溝道治理，具有顯著的經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)環(huán)境效益。

1.3主要工作過程

1.3.1組建標(biāo)準(zhǔn)編制組

清華大學(xué)作為標(biāo)準(zhǔn)編制實(shí)施機(jī)構(gòu)，于2022年3月組建了由中國科學(xué)院地理科

學(xué)與資源研究所、中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所、中國科學(xué)院成都山地災(zāi)害

與環(huán)境研究所、北京林業(yè)大學(xué)的行業(yè)專家及一線人員組成的標(biāo)準(zhǔn)編制組，制定了

標(biāo)準(zhǔn)編制工作方案，開展標(biāo)準(zhǔn)編制工作。

1.3.2文獻(xiàn)和資料收集

標(biāo)準(zhǔn)編制組收集整理了相關(guān)的國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB

50201-2014）、《河湖生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與修復(fù)工程技術(shù)導(dǎo)則》（SL/T800-2020）、

《水利水電工程施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL623-2013）、《堆石混凝土筑壩技術(shù)導(dǎo)

則》（NB/T10077-2018）、《泥石流防治工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（T/CAGHP021-

2018）等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以及關(guān)于階梯-深潭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和消能率方面的相關(guān)資料。標(biāo)

準(zhǔn)編制組按照標(biāo)準(zhǔn)編制依據(jù)和原則，對上述資料進(jìn)行了認(rèn)真分析、學(xué)習(xí)和研討，

初步理順了標(biāo)準(zhǔn)編制的方向和思路，確定了標(biāo)準(zhǔn)編制框架、各項(xiàng)工作完成時間節(jié)

點(diǎn)及各參編人員的任務(wù)分工。

1.3.3標(biāo)準(zhǔn)編制

（1）科學(xué)試驗(yàn)

針對本標(biāo)準(zhǔn)涉及的階梯-深潭系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建造問題，項(xiàng)目組前期開展了一系

列室內(nèi)和室外試驗(yàn)，探究了階梯-深潭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、階梯-深潭結(jié)構(gòu)消能率和階

梯-深潭結(jié)構(gòu)對溝道穩(wěn)定性的試驗(yàn)，并在野外泥石流溝道開展試驗(yàn)性示范，建造

逐級階梯-深潭系統(tǒng)并搭建了自動實(shí)時動力過程監(jiān)測體系，揭示階梯-深潭系統(tǒng)對

山地災(zāi)害治理的機(jī)制和效果。最后，總結(jié)在野外泥石流溝道建造人工階梯-深潭

系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)和方法，提出了《山區(qū)小流域溝道人工階梯-深潭系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》。

上述資料的分析和深入研究，為《山區(qū)小流域溝道人工階梯-深潭系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)

則》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的編制指明了方向。

（2）形成標(biāo)準(zhǔn)初稿

通過科學(xué)試驗(yàn)和前序文獻(xiàn)資料，標(biāo)準(zhǔn)編制組對收集到的相關(guān)信息、資料進(jìn)行

了詳細(xì)的分析、研討和總結(jié)，結(jié)合階梯-系統(tǒng)高效消能和實(shí)現(xiàn)山地災(zāi)害防治的特

點(diǎn)，根據(jù)階梯-深潭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的要求，形成了《山區(qū)小流域溝道人工階梯-深潭

系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》設(shè)計(jì)思路。在此基礎(chǔ)上，參照GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第

1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》、GB/T20001.4-2015《標(biāo)準(zhǔn)編寫規(guī)則第4

部分：試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)則，編寫了《山區(qū)小流域溝道人工階梯-深潭系統(tǒng)技術(shù)

導(dǎo)則》標(biāo)準(zhǔn)初稿。

（3）標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)

2022年11月14日，標(biāo)準(zhǔn)編制組完成《山區(qū)小流域溝道人工階梯-深潭系統(tǒng)技術(shù)

導(dǎo)則》初稿和立項(xiàng)申請材料，提交中國水利學(xué)會。2022年11月18日，中國水利學(xué)

會以現(xiàn)場會議和線上會議結(jié)合的方式召開了立項(xiàng)論證會，會議成立了專家組，聽

取了標(biāo)準(zhǔn)提案單位對標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)背景、必要性、可行性、應(yīng)用前景、已有工作基礎(chǔ)

等情況匯報，立項(xiàng)論證專家對標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了討論，一致同意該標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)。

立項(xiàng)論證會專家意見及建議主要包括以下內(nèi)容：

1）標(biāo)準(zhǔn)名稱修改為《山區(qū)小流域溝道治理階梯-深潭技術(shù)規(guī)范》；

2）進(jìn)一步明確適用范圍；

3）進(jìn)一步補(bǔ)充完善術(shù)語，優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)框架與章節(jié)內(nèi)容；

4）按照《工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)管理規(guī)定》格式編制。

（4）大綱審查會

2023年1月17日，中國水利學(xué)會以現(xiàn)場會議和線上會議結(jié)合的方式召開了大

綱審查會，會議專家對標(biāo)準(zhǔn)初稿的框架和內(nèi)容進(jìn)行了審查，并形成明確的審查意

見，一致同意通過大綱審查，按照專家組意見修改完善后提交征求意見稿。

1）名稱修改為《山區(qū)小流域溝道人工階梯-深潭系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》；

2）進(jìn)一步明確適用范圍和條件；

3）進(jìn)一步完善和簡化設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測和維護(hù)章節(jié)內(nèi)容，刪除系統(tǒng)評估章

節(jié)，部分內(nèi)容調(diào)整到其他章節(jié)；

4）進(jìn)一步復(fù)核附錄A、B中的計(jì)算方法和適用條件，完善附錄圖文。

（5）形成征求意見稿

2023年2月至2023年4月，根據(jù)專家組意見，標(biāo)準(zhǔn)編制組逐條討論處理，對標(biāo)

準(zhǔn)初稿進(jìn)行了多次討論、修改，于2023年4月20日形成征求意見稿，完成征求意

見階段材料（征求意見稿和編制說明），于2023年4月21日提交中國水利學(xué)會。

1.4主要起草人及其所做的工作

1.4.1起草單位

本標(biāo)準(zhǔn)起草工作由清華大學(xué)牽頭負(fù)責(zé)。

本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所、中國科學(xué)院地質(zhì)與地

球物理研究所、中國科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所、北京林業(yè)大學(xué)。

1.4.2任務(wù)分配介紹

中國水利學(xué)會作為主管單位負(fù)責(zé)指導(dǎo)與協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)的編制工作。

清華大學(xué)作為標(biāo)準(zhǔn)起草的主編單位，負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)起草、處理反饋意見、會議

召集以及編制單位之間的溝通交流。

中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所、中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所、中

國科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所、北京林業(yè)大學(xué)參與草稿的編寫、討論及技

術(shù)支持等工作。

二、主要內(nèi)容及來源依據(jù)

2.1主要內(nèi)容

本標(biāo)準(zhǔn)共包括7章和5個附錄，分別為：

1.范圍

2.規(guī)范性引用文件

3.術(shù)語和定義

本章給出了本標(biāo)準(zhǔn)的主要術(shù)語和定義。

4.總體要求

5.階梯-深潭系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本章給出了階梯-深潭系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和相關(guān)要求。

6.階梯-深潭系統(tǒng)施工

本章給出了階梯-深潭系統(tǒng)的施工方法和相關(guān)要求。

7.監(jiān)測維護(hù)

本章給出了階梯-深潭系統(tǒng)監(jiān)測和維護(hù)的相關(guān)要求。

附錄A（規(guī)范性）階梯-深潭設(shè)計(jì)參數(shù)表

附錄B（資料性）階梯-深潭結(jié)構(gòu)示意圖

附錄C（規(guī)范性）階梯-深潭系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法計(jì)算公式

附錄D（資料性）階梯-深潭系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖

附錄E（資料性）階梯-深潭系統(tǒng)建造示意圖

2.2來源依據(jù)

《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-2014）、《河湖生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與修復(fù)工程技術(shù)導(dǎo)

則》（SL/T800-2020）、《水利水電工程施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL623-2013）、

《堆石混凝土筑壩技術(shù)導(dǎo)則》（NB/T10077-2018）、《泥石流防治工程設(shè)計(jì)規(guī)

范》（T/CAGHP021-2018）

2.3主要試驗(yàn)結(jié)果及應(yīng)用效果

（1）階梯-深潭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定溝道試驗(yàn)：為探究階梯-深潭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定溝道的效

果，通過水槽試驗(yàn)?zāi)M了大比降溝道中的沖刷過程，試驗(yàn)設(shè)計(jì)的階梯-深潭結(jié)構(gòu)

考慮了結(jié)構(gòu)在橫向和縱向上的穩(wěn)定性要求。試驗(yàn)結(jié)果顯示，階梯-深潭結(jié)構(gòu)能有

效消耗水流能量、抑制泥沙輸移和提升水流阻力，從而有效控制河床下切和邊

坡破壞。在階梯-深潭結(jié)構(gòu)的作用下，溝道的阻力系數(shù)（Darcy-Weisbach系數(shù)）

約增加為無結(jié)構(gòu)條件下的4倍，時均輸沙率降低20%-66%，溝道穩(wěn)定性得到明顯

提升。隨著流量的增大，階梯-深潭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定溝道的效果降低，當(dāng)階梯高度與長

度比相同時，結(jié)構(gòu)提升溝道穩(wěn)定性的效果接近。在實(shí)際工程應(yīng)用中，需采取措

施防止結(jié)構(gòu)發(fā)生逐級破壞。對于需要重點(diǎn)治理的溝道，可適當(dāng)增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，

以抵御重現(xiàn)期超過50年的洪水。

（2）階梯-深潭系統(tǒng)防治泥石流災(zāi)害試驗(yàn)：為提升階梯-深潭系統(tǒng)在山區(qū)小

流域溝道中的應(yīng)用潛力，選取西南山區(qū)典型泥石流溝道作為試驗(yàn)對象，在溝道

內(nèi)布置逐級消能結(jié)構(gòu)（主溝共16級，支溝采用人工石籠網(wǎng)布置4級階梯）。分析

各級階梯-深潭結(jié)構(gòu)的地形地貌參數(shù)，通過對比汛期前后地形，確定各區(qū)域泥沙

來源。結(jié)合泥石流運(yùn)動模擬結(jié)果，揭示逐級階梯-深潭消耗泥石流運(yùn)動動能達(dá)

27%的效果，將溝道物源段近70%的泥沙攔截在階梯-深潭河段中。研究結(jié)果確

立了階梯-深潭系統(tǒng)在野外溝道的應(yīng)用思路和設(shè)計(jì)方式。

（3）基于多源監(jiān)測數(shù)據(jù)的階梯-深潭河段災(zāi)害動力分析：針對傳統(tǒng)監(jiān)測中對

階梯-深潭結(jié)構(gòu)災(zāi)害動力數(shù)據(jù)測量不足的問題，以野外人工階梯-深潭系統(tǒng)為監(jiān)測

對象，在溝道內(nèi)布置了包括雨量計(jì)、泥位計(jì)、流速儀、地震動傳感器和視頻監(jiān)

控，并通過無線傳輸設(shè)備對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時傳輸。針對地震動監(jiān)測數(shù)據(jù)，提

出階梯-深潭河段山洪和泥石流運(yùn)動的閾值，為監(jiān)測預(yù)警提供依據(jù)和支撐，同

時，通過推移質(zhì)計(jì)算模型，量化階梯-深潭河段的泥沙通量，確定了溝道上下游

泥石流運(yùn)動的特點(diǎn)，揭示了逐級階梯-深潭結(jié)構(gòu)將泥石流向下游轉(zhuǎn)化為高含沙水

流或稀性泥石流的規(guī)律。

（4）階梯-深潭系統(tǒng)與生態(tài)措施協(xié)同減災(zāi)試驗(yàn)：考慮到階梯-系統(tǒng)在野外泥

石流溝道進(jìn)行生態(tài)治理周期較長，且野外溝道植被情況較差的問題，在人工階

梯-深潭系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在泥石流溝道內(nèi)實(shí)施生態(tài)治理工程，結(jié)合已有措施，達(dá)

到防災(zāi)減災(zāi)效益最大化。試驗(yàn)布置了溝床防護(hù)林、溝岸護(hù)岸林和臺地防護(hù)林，

對山洪和泥石流運(yùn)動起到攔截作用，并控制溝床穩(wěn)定性。根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)的結(jié)果

和經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了階梯-深潭系統(tǒng)與生態(tài)措施協(xié)同減災(zāi)的方式。

上述方法均在野外泥石流溝道實(shí)際工程中進(jìn)行了實(shí)踐驗(yàn)證，效果良好。最

后，總結(jié)國內(nèi)外階梯-深潭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和消能率方面相關(guān)研究成果，提出了《山

區(qū)小流域溝道人工階梯-深潭系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》。

本項(xiàng)目參與單位涉及高校、科研院所等多個單位，這些單位長期以來，在

山區(qū)河流演變、階梯-深潭結(jié)構(gòu)消能減災(zāi)、小流域溝道災(zāi)害治理等方面進(jìn)行了系

統(tǒng)研究，主持完成了多項(xiàng)山地災(zāi)害防治的科研項(xiàng)目，取得了良好的科研成果和

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

本標(biāo)準(zhǔn)的編寫，將引導(dǎo)人工階梯-深潭系統(tǒng)在防災(zāi)減災(zāi)中的應(yīng)用，指導(dǎo)階梯-

深潭結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、建造和維護(hù)，保障階梯-深潭系統(tǒng)的穩(wěn)定性和防災(zāi)減災(zāi)效果，促

進(jìn)山區(qū)小流域溝道治理與生態(tài)修復(fù)。目前，相關(guān)技術(shù)已經(jīng)在四川省涼山州熱水河

小流域得到應(yīng)用，取得顯著的效益。標(biāo)準(zhǔn)的編寫，吸納了示范應(yīng)用過程中的成功

經(jīng)驗(yàn)，解決了項(xiàng)目實(shí)施中存在的問題，對標(biāo)準(zhǔn)的驗(yàn)證、應(yīng)用和推廣具有重要意

義。

三、專利情況說明

該標(biāo)準(zhǔn)涉及的專利包括如下1項(xiàng)，與專利不同的是，專利更注重階梯-深潭系

統(tǒng)的設(shè)計(jì)，本標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)更注重階梯-深潭系統(tǒng)的建造、監(jiān)測和維護(hù)：

[1]發(fā)明專利：張晨笛，徐夢珍，王兆印，一種天然石塊構(gòu)成型多級階梯-深

潭消能系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法.2021.11，中國，ZL202011119174.1

四、與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系分析

4.1與國際、國外同類標(biāo)準(zhǔn)水平的對比情況

目前國內(nèi)外暫無專門針對階梯-深潭結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和建造標(biāo)準(zhǔn)，所以沒有對比情

況。

4.2與國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)性分析

本標(biāo)準(zhǔn)編寫過程中，編制組參考了相關(guān)國家、行業(yè)和地方標(biāo)準(zhǔn)，充分考慮了

與國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)性問題，所述內(nèi)容與國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)保持協(xié)調(diào)。具體如下：

階梯-深潭系統(tǒng)的設(shè)計(jì)洪水流量根據(jù)防洪標(biāo)準(zhǔn)等確定，防洪標(biāo)準(zhǔn)可參照《防洪

標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-2014）的有關(guān)規(guī)定。

階梯-深潭系統(tǒng)施工需進(jìn)行導(dǎo)流施工時，參照《水利水電工程施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)規(guī)

范》（SL623-2013）的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

建造多級階梯-深潭系統(tǒng)需進(jìn)行混凝土澆筑時，澆筑技術(shù)要求應(yīng)符合《堆石混

凝土筑壩技術(shù)導(dǎo)則》