小型攔蓄引排水工程設(shè)計(jì)

王士建

（河南省豫北水利工程管理局，河南 新鄉(xiāng) 453000）

1 小流域治理及意義

1.1 小流域治理

小流域治理是以小流域?yàn)閱卧?，依?jù)水土流失規(guī)律治理流域內(nèi)的水土流失為中心，以基本農(nóng)田優(yōu)化結(jié)構(gòu)和高效利用及植被建設(shè)為重點(diǎn)，以提高生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，建立既具有水土保持又具有高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)功能的綜合治理模式。

1.2 開(kāi)展小流域治理的意義

開(kāi)展小流域治理是貫徹落實(shí)建設(shè)生態(tài)文明和建設(shè)美麗中國(guó)的一項(xiàng)重要措施，是保障生態(tài)安全的需要，對(duì)改善當(dāng)?shù)匦×饔蛏鷳B(tài)及環(huán)境系統(tǒng)具有重要意義。

小流域治理工程是一項(xiàng)綜合性強(qiáng)，工程建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)高，要求嚴(yán)，必須有科學(xué)的技術(shù)指導(dǎo)和強(qiáng)有力的技術(shù)支持，才能確保該項(xiàng)工程的順利實(shí)施。

2 項(xiàng)目概況

為了進(jìn)一步加快河南省太行山區(qū)治理步伐，改善老區(qū)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)生產(chǎn)條件，河南省水利廳組織編制了《國(guó)家水土保持重點(diǎn)建設(shè)工程河南省2013—2017年建設(shè)規(guī)劃》（以下簡(jiǎn)稱“規(guī)劃”），2012 年9 月，財(cái)政部、水利部進(jìn)行了批復(fù)。林州市洹河項(xiàng)目區(qū)已列入“規(guī)劃”內(nèi)，包括洹南、洹中、鳳凰山等3 個(gè)小流域，總面積189.20 km2，規(guī)劃治理面積107.85 km2。共涉及姚村鎮(zhèn)、橫水鎮(zhèn)、城郊鄉(xiāng)、合澗鎮(zhèn)、采桑鎮(zhèn)、東姚鎮(zhèn)等6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)和龍山、桂園2個(gè)街道辦事處的47個(gè)行政村（居委會(huì)）。

林州市洹河項(xiàng)目區(qū)在2013—2016 年度工程的基礎(chǔ)上，2017 年度規(guī)劃治理洹中、鳳凰山兩個(gè)小流域，治理面積20.00 km2，其中洹中治理面積14.87 km2，鳳凰山治理面積5.13 km2。

鳳凰山小流域位于太行山東麓，屬于淺山區(qū)，整體地勢(shì)西高東低、南高北低，最高點(diǎn)位于南部山嶺處，海拔430.90 m，最低點(diǎn)海拔301.10 m，相對(duì)高差129.80 m。流域內(nèi)溝壑縱橫，山腳處或海拔較低處土層相對(duì)較厚些，山體高處地帶土薄石厚，植被稀少，沖溝發(fā)育，地形復(fù)雜，平均溝壑密度1.85 km/km2。

3 項(xiàng)目區(qū)氣象和地質(zhì)條件

3.1 氣象條件

年平均氣溫13℃，最冷月為1月，平均氣溫-0.50℃，最熱月為7月，平均氣溫27℃。極端最高氣溫40.50℃，極端最低氣溫-21.20℃，年平均日照2 295 h，年≥10℃積溫5 082.50℃，無(wú)霜期211 d。多年平均降水量611 mm，多集中在6—8 月份，且以大雨、暴雨為主。

3.2 地質(zhì)條件

項(xiàng)目區(qū)土壤類型為褐土。主要土屬有：立黃土、赤金土、褐土性黃土。其中立黃土是本區(qū)最大土屬，占總面積的52%，土壤理性0～32 cm 為淺灰色中壤，粒狀結(jié)構(gòu)、松散、植物根系多；赤金土占40%，土壤理性0～24 cm 為淺棕黃色中壤，碎屑狀結(jié)構(gòu)、松散、植物根系多；其他占8%。

4 小型攔蓄引排水工程設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

4.1.1 規(guī)范、規(guī)程

《水土保持綜合治理規(guī)劃通則》《水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范》《水利水電工程制圖標(biāo)準(zhǔn)水土保持圖》《北方土石山區(qū)水土流失綜合治理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》。

4.1.2 有關(guān)文件

《國(guó)家水土保持重點(diǎn)建設(shè)工程河南省林州市洹河項(xiàng)目區(qū)建設(shè)規(guī)劃（2013—2017）》《水土保持小流域綜合治理項(xiàng)目實(shí)施方案編寫(xiě)提綱（試行）》《水土保持建設(shè)項(xiàng)目前期工作暫行規(guī)定》《水土保持工程概算定額》等技術(shù)規(guī)范、技術(shù)資料和有關(guān)文件。

4.2 小型蓄水工程設(shè)計(jì)

雨水集蓄工程是小流域綜合治理的一項(xiàng)主要工程。項(xiàng)目區(qū)位于低山丘陵區(qū)，缺水嚴(yán)重，建設(shè)小型蓄水工程可適當(dāng)緩解農(nóng)業(yè)灌溉用水問(wèn)題。

4.2.1 水窖的布設(shè)原則

水窖一般布設(shè)在坡腳、路邊或坡面局部低凹處，水窖的分布與容量根據(jù)坡面徑流總量、蓄排關(guān)系和修建省工、使用方便等原則，因地制宜具體而定。一個(gè)坡面的蓄排水工程系統(tǒng)可集中布設(shè)一個(gè)水窖，也可分散布設(shè)若干個(gè)較小的水窖，并且考慮防滲、防蒸發(fā)措施。水窖的位置，根據(jù)有利地形、巖性良好、蓄水容量大、工程量小、施工方便等條件具體而定。水窖進(jìn)水口上游與排水溝之間布設(shè)沉沙池，以便排沙。水窖應(yīng)設(shè)溢洪口，確保水窖安全。

5.2.2 水窖設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目區(qū)的水窖布設(shè)在坡改梯地塊內(nèi)或經(jīng)果林地塊內(nèi)，水窖分為兩種類型一種為封閉式，另一種為開(kāi)敞式。封閉式按5 m3/hm2的標(biāo)準(zhǔn)布設(shè)，此次水窖根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際需求單座蓄水池設(shè)計(jì)容積為32 m3，配套設(shè)置沉砂池等。

封閉式矩形水窖為地下結(jié)構(gòu)，采用C25S6F100 混凝土澆筑，水池外壁、內(nèi)壁及頂板頂面、底面采用1:2防水水泥砂漿抹面，厚20 mm，底板混凝土澆筑厚30 cm，側(cè)壁混凝土厚30 cm。單座容積32 m3，長(zhǎng)3.30 m，寬3.30 m，深3 m。共布置蓄水池10座。

沉砂池布設(shè)在水窖進(jìn)水口的上游2 m處，排水溝排出的水先進(jìn)入沉沙池，泥沙沉淀后，再將清水排入池中，具體位置緊靠水窖，沉沙池為矩形，尺寸為1 m×1 m×1 m，C20混凝土池底及池壁厚均為0.10 m。水窖與沉沙池連接處設(shè)置鉛絲網(wǎng)攔污柵，防止雜物流入。

4.3 排水工程設(shè)計(jì)

排水溝斷面要因地制宜，環(huán)山開(kāi)挖，應(yīng)能排泄設(shè)計(jì)洪水。梯田的溢水口與縱向排水溝應(yīng)用跌水形式聯(lián)結(jié)，以每塊梯田為一水平段，以每層田坎高為一跌水，在跌水處做好防沖消能措施（石方襯砌或修消力池）。分層攔蓄，構(gòu)成較完善的防御體系，達(dá)到保護(hù)梯田區(qū)、林草措施、保土耕作措施區(qū)的安全。

4.3.1 排水溝的布設(shè)原則

排水溝布設(shè)在坡改梯和經(jīng)果林地的兩側(cè)坡面上，用以排除截水溝不能容納的地表徑流，與截水溝較低的一端或兩端相連接，最終出口與天然排水道相連接。排水溝根據(jù)其排水去處的位置而定在坡面上的比降，當(dāng)排水出口的位置在坡腳時(shí)，排水溝大致與坡面等高線成正交布設(shè)。排水溝水量有一部分進(jìn)入蓄水池，一部分流入天然溝道或渠道中，其斷面設(shè)計(jì)結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際。

4.3.2 排水溝的設(shè)計(jì)

4.3.2.1 設(shè)計(jì)流量確定

根據(jù)《水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范小型蓄排引水工程》，小型蓄排引水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用10 年一遇24 h 最大降雨量，排水溝排洪流量采用修正推理公式Qm=0.28 K0iF求得。

經(jīng)查《河南省年最大1h 點(diǎn)雨量等值線圖》及《河南省年最大1h 點(diǎn)雨量Cv 等值線圖》，得出項(xiàng)目區(qū)最大1h 點(diǎn)雨量為40 mm，Cv=0.55，Cs=3.50 Cv，取P=10%，查《皮爾遜Ⅲ型曲線的模比系數(shù)Kp值表》得Kp=10%=1.72，由此計(jì)算得項(xiàng)目區(qū)10年一遇最大1 h降水為68.80 mm。

根據(jù)流量計(jì)算公式：

縱向排水溝采用矩形斷面，深0.40 m、底寬0.40m，可滿足排水溝超高的要求。

此次設(shè)計(jì)排水溝5.20 km，矩形斷面，底寬0.40 m，深0.40 m，C20混凝土結(jié)構(gòu)，渠壁及渠底厚均為0.10 m。排水溝工程量計(jì)算見(jiàn)表1。

表1 排水溝工程量計(jì)算表

經(jīng)計(jì)算，土方0.16萬(wàn)m3，C20混凝土0.07萬(wàn)m3，需投工0.27萬(wàn)個(gè)，機(jī)械臺(tái)班408個(gè)。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)坡改梯工程，蓄水保土，保護(hù)耕地資源，提高糧食單產(chǎn)，增加糧食產(chǎn)量；涵養(yǎng)水源、控制面源污染，維護(hù)飲水安全；通過(guò)營(yíng)造水保林、封山育林，有效增加植被覆蓋面積，減少水土流失，防治滑坡、崩塌與泥石流等，減輕山地災(zāi)害；改善農(nóng)村生產(chǎn)條件和生活環(huán)境，促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。