《山區(qū)小流域 溝道人工階梯-深潭系統(tǒng)技術導則》編制說明

編制說明

一、工作簡況

1.1任務來源

2022年11月，中國水利學會根據(jù)《中國水利學會團體標準管理辦法》相關

規(guī)定，組織立項論證，通過論證后，以《中國水利學會關于批準〈引調水工程

物探檢測技術規(guī)程〉等3項標準立項的通知》進行公示，批準該標準立項。

本標準的編制單位為清華大學、中國科學院地理科學與資源研究所、中國科

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

大學。

1.2任務背景

山區(qū)河流廣泛分布在我國境內，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關注的對象，也是生態(tài)文明建設中的重要組

成部分。

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

的高效消能結構，是山區(qū)河流自我調整的結果。階梯-深潭結構的階梯由卵石或

巨石組成，深潭中顆粒較細，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-深潭結構通過消耗水流能量、增加河道阻力的方式提升溝道的

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

著國家對山區(qū)小流域山地災害的持續(xù)關注，以及建設美麗山區(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)常用于河流修復中，能夠

起到防治山地災害、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。

國內外學者對階梯-深潭結構的形態(tài)特征、消能率以及穩(wěn)定性方面開展了大量

研究，在此基礎上總結了階梯-深潭結構關鍵參數(shù)和物理關系，例如地貌特征式、

消能率公式、阻力公式等，并從實驗和工程應用方面開展了大量的減災效果評

估。但是，目前國內還沒有關于階梯-深潭系統(tǒng)設計和建造的統(tǒng)一成熟標準，這非

常不利于階梯-深潭系統(tǒng)的應用。因此，迫切需要制定一套科學合理、實用性強的

階梯-深潭系統(tǒng)設計和建造標準。為推廣階梯-深潭系統(tǒng)在山區(qū)小流域溝道中的應

用，建立穩(wěn)定可靠、有效的減災系統(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，特申請編制本標準。編制該標準能夠為人工階梯-深潭系統(tǒng)的設計、建

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

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

1.3主要工作過程

1.3.1組建標準編制組

清華大學作為標準編制實施機構，于2022年3月組建了由中國科學院地理科

學與資源研究所、中國科學院地質與地球物理研究所、中國科學院成都山地災害

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

標準編制工作方案，開展標準編制工作。

1.3.2文獻和資料收集

標準編制組收集整理了相關的國家或行業(yè)標準，如《防洪標準》（GB

50201-2014）、《河湖生態(tài)系統(tǒng)保護與修復工程技術導則》（SL/T800-2020）、

《水利水電工程施工導流設計規(guī)范》（SL623-2013）、《堆石混凝土筑壩技術導

則》（NB/T10077-2018）、《泥石流防治工程設計規(guī)范》（T/CAGHP021-

2018）等相關標準，以及關于階梯-深潭結構穩(wěn)定性和消能率方面的相關資料。標

準編制組按照標準編制依據(jù)和原則，對上述資料進行了認真分析、學習和研討，

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

點及各參編人員的任務分工。

1.3.3標準編制

（1）科學試驗

針對本標準涉及的階梯-深潭系統(tǒng)設計和建造問題，項目組前期開展了一系

列室內和室外試驗，探究了階梯-深潭結構穩(wěn)定性、階梯-深潭結構消能率和階

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

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

山地災害治理的機制和效果。最后，總結在野外泥石流溝道建造人工階梯-深潭

系統(tǒng)的經(jīng)驗和方法，提出了《山區(qū)小流域溝道人工階梯-深潭系統(tǒng)技術導則》。

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)技術導

則》團體標準的編制指明了方向。

（2）形成標準初稿

通過科學試驗和前序文獻資料，標準編制組對收集到的相關信息、資料進行

了詳細的分析、研討和總結，結合階梯-系統(tǒng)高效消能和實現(xiàn)山地災害防治的特

點，根據(jù)階梯-深潭結構穩(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)技術導則》設計思路。在此基礎上，參照GB/T1.1-2020《標準化工作導則第

1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》、GB/T20001.4-2015《標準編寫規(guī)則第4

部分：試驗方法標準》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

導則》標準初稿。

（3）標準立項

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

導則》初稿和立項申請材料，提交中國水利學會。2022年11月18日，中國水利學

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

取了標準提案單位對標準立項背景、必要性、可行性、應用前景、已有工作基礎

等情況匯報，立項論證專家對標準進行了討論，一致同意該標準立項。

立項論證會專家意見及建議主要包括以下內容：

1）標準名稱修改為《山區(qū)小流域溝道治理階梯-深潭技術規(guī)范》；

2）進一步明確適用范圍；

3）進一步補充完善術語，優(yōu)化標準框架與章節(jié)內容；

4）按照《工程建設標準管理規(guī)定》格式編制。

（4）大綱審查會

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

綱審查會，會議專家對標準初稿的框架和內容進行了審查，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)技術導則》；

2）進一步明確適用范圍和條件；

3）進一步完善和簡化設計、施工、監(jiān)測和維護章節(jié)內容，刪除系統(tǒng)評估章

節(jié)，部分內容調整到其他章節(jié)；

4）進一步復核附錄A、B中的計算方法和適用條件，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，標準編制組逐條討論處理，對標

準初稿進行了多次討論、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日提交中國水利學會。

1.4主要起草人及其所做的工作

1.4.1起草單位

本標準起草工作由清華大學牽頭負責。

本標準起草單位：中國科學院地理科學與資源研究所、中國科學院地質與地

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

1.4.2任務分配介紹

中國水利學會作為主管單位負責指導與協(xié)調標準的編制工作。

清華大學作為標準起草的主編單位，負責標準起草、處理反饋意見、會議

召集以及編制單位之間的溝通交流。

中國科學院地理科學與資源研究所、中國科學院地質與地球物理研究所、中

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

術支持等工作。

二、主要內容及來源依據(jù)

2.1主要內容

本標準共包括7章和5個附錄，分別為：

1.范圍

2.規(guī)范性引用文件

3.術語和定義

本章給出了本標準的主要術語和定義。

4.總體要求

5.階梯-深潭系統(tǒng)設計

本章給出了階梯-深潭系統(tǒng)的設計方法和相關要求。

6.階梯-深潭系統(tǒng)施工

本章給出了階梯-深潭系統(tǒng)的施工方法和相關要求。

7.監(jiān)測維護

本章給出了階梯-深潭系統(tǒng)監(jiān)測和維護的相關要求。

附錄A（規(guī)范性）階梯-深潭設計參數(shù)表

附錄B（資料性）階梯-深潭結構示意圖

附錄C（規(guī)范性）階梯-深潭系統(tǒng)設計方法計算公式

附錄D（資料性）階梯-深潭系統(tǒng)設計示意圖

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)

《防洪標準》（GB50201-2014）、《河湖生態(tài)系統(tǒng)保護與修復工程技術導

則》（SL/T800-2020）、《水利水電工程施工導流設計規(guī)范》（SL623-2013）、

《堆石混凝土筑壩技術導則》（NB/T10077-2018）、《泥石流防治工程設計規(guī)

范》（T/CAGHP021-2018）

2.3主要試驗結果及應用效果

（1）階梯-深潭結構穩(wěn)定溝道試驗：為探究階梯-深潭結構穩(wěn)定溝道的效

果，通過水槽試驗模擬了大比降溝道中的沖刷過程，試驗設計的階梯-深潭結構

考慮了結構在橫向和縱向上的穩(wěn)定性要求。試驗結果顯示，階梯-深潭結構能有

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-深潭結構的作用下，溝道的阻力系數(shù)（Darcy-Weisbach系數(shù)）

約增加為無結構條件下的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-深潭結構穩(wěn)定溝道的效果降低，當階梯高度與長

度比相同時，結構提升溝道穩(wěn)定性的效果接近。在實際工程應用中，需采取措

施防止結構發(fā)生逐級破壞。對于需要重點治理的溝道，可適當增加結構強度，

以抵御重現(xiàn)期超過50年的洪水。

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

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

內布置逐級消能結構（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-深潭結構的地形地貌參數(shù)，通過對比汛期前后地形，確定各區(qū)域泥沙

來源。結合泥石流運動模擬結果，揭示逐級階梯-深潭消耗泥石流運動動能達

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。研究結果確

立了階梯-深潭系統(tǒng)在野外溝道的應用思路和設計方式。

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

階梯-深潭結構災害動力數(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，在溝道內布置了包括雨量計、泥位計、流速儀、地震動傳感器和視頻監(jiān)

控，并通過無線傳輸設備對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行實時傳輸。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動的閾值，為監(jiān)測預警提供依據(jù)和支撐，同

時，通過推移質計算模型，量化階梯-深潭河段的泥沙通量，確定了溝道上下游

泥石流運動的特點，揭示了逐級階梯-深潭結構將泥石流向下游轉化為高含沙水

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)同減災試驗：考慮到階梯-系統(tǒng)在野外泥

石流溝道進行生態(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)的基礎上，在泥石流溝道內實施生態(tài)治理工程，結合已有措施，達

到防災減災效益最大化。試驗布置了溝床防護林、溝岸護岸林和臺地防護林，

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

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

上述方法均在野外泥石流溝道實際工程中進行了實踐驗證，效果良好。最

后，總結國內外階梯-深潭結構穩(wěn)定性和消能率方面相關研究成果，提出了《山

區(qū)小流域溝道人工階梯-深潭系統(tǒng)技術導則》。

本項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-深潭結構消能減災、小流域溝道災害治理等方面進行了系

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

實踐經(jīng)驗。

本標準的編寫，將引導人工階梯-深潭系統(tǒng)在防災減災中的應用，指導階梯-

深潭結構的設計、建造和維護，保障階梯-深潭系統(tǒng)的穩(wěn)定性和防災減災效果，促

進山區(qū)小流域溝道治理與生態(tài)修復。目前，相關技術已經(jīng)在四川省涼山州熱水河

小流域得到應用，取得顯著的效益。標準的編寫，吸納了示范應用過程中的成功

經(jīng)驗，解決了項目實施中存在的問題，對標準的驗證、應用和推廣具有重要意

義。

三、專利情況說明

該標準涉及的專利包括如下1項，與專利不同的是，專利更注重階梯-深潭系

統(tǒng)的設計，本標準結合應用經(jīng)驗更注重階梯-深潭系統(tǒng)的建造、監(jiān)測和維護：

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

潭消能系統(tǒng)設計方法.2021.11，中國，ZL202011119174.1

四、與相關標準的關系分析

4.1與國際、國外同類標準水平的對比情況

目前國內外暫無專門針對階梯-深潭結構的設計和建造標準，所以沒有對比情

況。

4.2與國內相關標準協(xié)調性分析

本標準編寫過程中，編制組參考了相關國家、行業(yè)和地方標準，充分考慮了

與國內相關標準的協(xié)調性問題，所述內容與國內相關標準保持協(xié)調。具體如下：

階梯-深潭系統(tǒng)的設計洪水流量根據(jù)防洪標準等確定，防洪標準可參照《防洪

標準》（GB50201-2014）的有關規(guī)定。

階梯-深潭系統(tǒng)施工需進行導流施工時，參照《水利水電工程施工導流設計規(guī)

范》（SL623-2013）的有關規(guī)定執(zhí)行。

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

凝土筑壩技術導則》