延安市治沟造地排水工程设计研究.pdf

摘要 关键词 1工程概况 延安市治沟造地排水工程设计研究 谢冰祥 ( 延安 市水保生 态办陕西延安7 1 6 0 0 0 ) 本 文着 重从溢洪道设计分析 了延安市治沟造地排水工程 的设计 与运行。 文章进行 了洪水总量计 算、 水力计算、 溢洪道洪水演算， 设计结果符合 陕西省黄土高原地区沟道造地工程建设规范( 暂 行) 及 水土保持综合治理( 技术规范) 沟壑治理技术 ( G B 厂 【 1 6 4 5 3 3 2 0 0 8 ) 设计要求。 治沟造地 ；调洪演算 ； 水力计算 中图分类号 ： T V 2 2 2 1 文献标识码 ： B 1 1项 目概述 2 0 1 1年 l 1月 1 5日全 省 治 沟造 地 土 地 整治 工作 会议 后 ， 延 川 县在 “ 贾 家 坪镇 磨 义 沟小流域 沟道 造地工 程 ”试 点 的基础 上 ， 结 合 省市 下 达 的 2 0 1 1年 度 沟 道 治 理 建 设 任 务 ， 确 定 了本 次治 沟造地 项 目区 的地 点和 规 模 ， 拟通 过项 目的实 施 ， 全 面 改善 区 内基 础 设 施 条件 和生 态 环境 ； 增加 耕 地 面积 ， 提 高 耕地 质量 ， 促 进 区域 产 业结 构 调整 ， 不断 提 高当地粮食综合生产能力， 增加农产品种类 和群 众收入 。 1 2排 水工程 概况 本项 目的 设 计涉 及 延 安市 延 川 县禹 居 镇高 家坪等 l 0个村 ， 以整个 流域为 单元 ， 统 一 进 行土地 整治 及防洪 体系设 计 ， 包括 建立 田面蓄排 结 合 、 沟道 分 段拦 蓄 ( 拦 洪 坝 ) 、 支 沟与主沟相结合的排洪设施。 因治理 区内部分 沟道丰水季节有少量 基流 ， 水 质呈弱 碱性 ， 若排泄 不畅 ， 易 造成 田 面 盐碱 化 ， 加 之河 道 弯 曲不 规整 ， 形 成 沿河 道 两岸河 川耕地 狭长 ， 耕作 较 为困难 。依 据 沟道 土地 整治思 想 ， 本次规 划对 有季 节性基 流 的支沟 、 治 理区流 域较大 的沟 道修 建排 洪 沟 ， 使 沟道 内基 流及 时排 出 ， 同时对 文 安 驿 川 河 上游 主河 道 和部 分 支 沟 内主河 道 进 行 局 部 疏理 整治 ， 使 河 道顺 畅 河 道 宽度 以满 足行洪为前提 ，并新修及整修部分河滩台 地。按照 陕西省土地开发整理工程建设标 准 的要求 ， 河滩台地护 田坎工程按 l 0 年一 遇洪水进行设计。 本项目防洪工程所包括的 谷坊等河道拦挡体 、 泄洪设施 、 排水沟工程 等 ， 程 等 别为 等 ， 主 要水 工 建筑 物级 别 为 5级 。 防洪标 准采 用 2 0年 一遇 洪水 标准 设 计 ， 3 O年 一遇洪 水标准校 核 。 2工程排洪构筑物设计 由于 项 目区水资 源短 缺 ， 工程设 计 中不 考虑灌 溉用 水问题 ， 本项 目排 洪构 筑物 由拦 洪坝 、 排洪 渠 、 溢 洪道 等工程组 成 。 2 1拦 洪坝 本项 目中的拦洪坝为已建成中型淤地 坝 。根据水 文计 算和现 场实 地踏勘 ， 已成 中 型淤地坝主要 由坝体 ，放水卧管两大件组 成 ， 主体设施较为完善， 坝前蓄水高度多在 死库容以下， 部分已淤满死库容 ， 并被当地 群众耕种， 没有可利用的灌溉水量 ， 但仍可 起 到调节 控制各 支沟 内的洪 水下 泄流量 ， 减 轻 洪水对 下游 沟道和 田面 的侵蚀 冲刷 ， 保 护 基 本农 田。 2 2排洪渠 在被填平的沟坝地两侧或边侧， 开挖排 洪渠 ， 结 合 沟 坝地 平 整 、 沟 坡整 治 、 冲沟 填 土、 支毛沟退水等综合因素， 合理布局 ， 确保 洪水能从 沟底 一直 流到沟 口。 一般 宜沿 溢洪 道 一侧 布 设 ， 轴 线宜 顺 直 ， 短捷 。坝 地另 一 侧 ， 宜 沿沟坡 脚布 设截洪 沟 ， 排 入主渠 ， 防止 坡 面洪 水漫 流。 坝地 两侧 的支毛 沟退水 宜与 坝地 田块 划 分 ， 生产 路 布设 统 筹规 划 ， 科 学 布 局 ， 就近 短直 汇 入排 洪 主渠 ， 形 成 坝地 排 洪渠系。田块与排洪渠之间，修建一条 3 O e m高的塄坎 ， 留住雨水 ， 保持墒情。 2 3溢洪道 溢洪道宜建在土质坚硬的土层或石层 ， 布 置在 坝 的一 侧 ， 与 排洪 渠 相接 ， 溢洪 道进 口高程与 坝前 田面高 程齐平 ， 以利于 田面 内 滞 纳的洪 水及 时排 出。 溢 洪道进 口高程 宜 比田面 高程高 出 0 3 mO 8 m， 使 田面形成 自然淤积土 ， 提高 土地肥力。 不同的坝型( 大、 中、 小) 在不同条 件下， 分别采取不同的溢洪道设计。小型淤 地 坝和接 近小 型的 中型淤 地坝 ， 在 集水 面积 和 排洪 量不大 的条件 下 ， 一般 采用 明渠 式溢 洪 道 ， 对 于岩 石 或红 胶 土类 地 基 ， 采 用矩 形 断面 ， 壤土类 地基 采用梯 形 断面 。中型 淤地 坝 ， 如溢洪道断面较大， 可做成复式断面， 底 部 常 过水 的 小断 面 ， 作 好 石方 衬 砌 ， 上 部不 常过水 的大 断面不衬 砌 。 大型淤 地坝 与接近 大型的中型淤地坝 ， 由于淤地坝加高作治沟 骨干工程等集水面积和排洪量都较大， 一般 采取陡坡式溢洪道。 陡坡式溢洪道结构组成 由进 口段 、 陡坡段 、 出口段三 部分组 成 ， 进 口 段包 括引水 渠 、 渐变段 、 溢 流堰 ， 出 口段包 括 消力 池 、 渐 变段 和尾水 渠。 3溢 洪道规划设计 谷 坊的 泄洪设 施 ， 主要 为保 证设 计标 准 下 的洪水安 全下 泄到谷 坊 下游 田块或 河道 。 由于投 资的限 制 ， 根 据 当地 水利 部 门这 几年 的 治 沟经验 和 建议 ： 在 主沟 和 支 、 毛 沟 口及 沟 内 造地 面 积较 大 或 比较 重要 的谷坊 等拦 挡设施 中， 设控制性浆砌石泄洪设施 ； 而对 于较 小 的支 毛 沟 内或 汇 水 面 积小 于 0 5 k 的次要的谷坊等拦挡设施 ， 采用土质溢洪道 ( 或排 水沟) ， 沟 内进 行草皮 防护 。 根 据外业踏勘及实地测 量 ， 设 计泄洪设施 布设在沟道一侧岸边 ， 采取削坡开挖使基础座 落在原状土基上。溢流堰进水口底板高程同 谷坊前设计田块地面高程，陡坡段坡比采用 l： 2 ， 采用底流消能 ， 在下游设置消力池 。 3 1进 口段 溢流堰采 用矩 形宽顶堰 ， M7 5浆砌 石 ， 长 图 1 溢洪道 规划设计 度取堰上水深的 3 - 6 倍， 底板厚度 0 4 m ， 采 用 MI O水泥砂浆抹面。侧墙采 用重力式挡 墙 ， 安 全超 高 取 0 5 m， 顶 宽 0 5 m， 内 坡直 立 ，外 坡 l： 0 3 ，放 大 角 0 2 m，基 础 厚 0 4 m， 采用 Ml 0水泥砂浆勾缝。 堰 前进水 为 八字 墙 ， 交角 4 5 。 ， 长 度 为 1 5 倍侧墙高。 溢洪道进口底板砌护至 谷 坊 上 游 坡 脚 位 置 ，并 设 置 深 l m， 宽 0 5 m的 防冲齿墙 。 治 理 沟道 上游 无 水库 等 水 源调 节设 施 ，已有 的中 型控 制性 淤 地坝 按 日调 节 进 行计 算 ，不 考虑 上游 库 坝瞬 问下 泄 情 况 。泄 洪 设施 堰顶 与谷 坊 前设 计地 面 齐 平 ， 采用开敞式矩形断面。 3 2陡坡段 结构设 计 侧墙采用重力式挡墙 ，安全超高取 0 5 m， 顶宽 O 5 m， 内坡 直立 ， 外坡 1： 0 3， 基 础厚 0 4 m，采用 M7 5浆 砌石 ， Ml 0水 泥 砂浆抹 面。 陡坡 段 坡 比取 1： 2， 底 板 采 用 C 2 0 块 石砼 ， 表 面布置 8 ra m构造筋 ， 间距 2 0 e m2 0 e ra。 侧 墙高 度 2 O m 时 ， 在 1 3 墙 高 处设 一 排 5 0 m m 的 排水 孔 ，孔 间 距 1 5 m。 底 板厚 度取 0 4 m，进 口底 设 深 l m， 宽 l m的防渗齿墙 ， 底板、 挡墙每隔 6 m设 温度沉降缝一道， 缝宽 2 e ra3 e ra， 距临水 侧 2 5 c m处 设置 6 5 1型 止水 带 ， 缝 内用聚 乙烯 泡 沫板 填充 。挡 墙 与 陡坡 底板 纵缝 亦 采用 同样处理 。 ( 1 )消力 池段 陡坡末 端接消力 池进 行底流消能 。消 力池底宽和水 深及 安全超高均 同溢流堰 。 侧 墙 采用 重 力式 挡 墙 ，安 全 超高 取 0 5 m， 顶宽 O 5 m， 内坡直立 ， 外 坡 1： 0 3 。 侧墙高度 2 O m时， 在 1 3 墙高处设一排 5 0 m m的排水孔， 孔间距 1 5 m。 消力池底 板衬砌 材料 同陡坡段 ， 消力 池底板 厚度 ，当底 板计 算厚 度小 于 4 0 e ra 时 ， 取 4 0 e ra； 当底 板 计算 厚 度 大 于 5 0 c m 时 ， 取 5 0 e m。经 计算 ， 消力 池满 足抗 浮稳 定 要求 。 ( 2 )尾水 渠段 消 力池 后 设 2 m 6 m 长 的 尾水 渠 ， 断 面尺寸及衬砌材料同溢流堰 ，尾水渠 出 口两侧 外扩约 2 m。 4方案优化 4 1消力 池段优 化 在 实践 中 ， 当明渠水流 由急 流状态 过 渡到缓流时 ， 会产生“ 水跃” 现象， 工程中 常常利用这一现象进行消能，即通过人 为制造 水跃 现 象 ，将 泄 水 建筑 物 泄 出的 急 流转 变 为缓 流 ，以消 除 动能 的 消能 方 式。水跃消能主要靠水跃产生的表面旋 滚 及旋 滚 与底 流间 的强 烈紊 动 、剪切 和 掺混作用 ， 它具有流态稳定 ， 消能效果较 表 1 消 力池计算成果表 收缩段 单宽 共轭 流速 淹没 出口 坎高 弗汝 水跃 消力 计算 面水深 流量 水深 系数 系数 落差 德数 长 池长 频率 h i ( m) q ( m3 s ) h ( m) 盯 Z d F l L L k I p = O 5 O 1 2 1 43 1 8 5 O9 5 1 O 5 045 1 O 0 1 1 72 1 1 9 8 9 5 9 I p = 3 3 3 0 O 6 O 7 1 2 9 0 9 5 1 O 5 0 - 3 6 0 6 1 6 4 2 8 5 2 6 8 2 I p = O 3 3 O 3 8 1 0 2 1 5 l O 9 5 1 0 5 0 4 2 0 7 1 1 4 3 2 9 9 8 8 7 l 好 ， 对地 质 条件 和尾 水变 幅适 应性 强 ， 尾 水波 动小 ， 维修 费用省 等优点 。但 护坦较 长 ， 土 石方 开挖 量和 混凝 土方 量 较大 ， 工 程造 价较 高 。上 游水 位 到跃 首 断面 的落 差大 ，故该处流速高 ，当弗劳德数 F r 低 时 ， 消散的动能少 ， 即余能 多， 而余能主 要就是 跃后 水深表 达 的位 能 。 该 工 程 设 计 方 案 消 力 池 段 轴 线 长 4 0 O m， 底板 高程 6 5 3 1 2 m， 池深 3 O m。进 口采用 中心 角 4 5 。 ，长 度 为 1 5倍 侧墙 高 ，溢 洪道进 口底板 砌 护至 谷 坊上 游坡 脚位置 ， 并设置深 l m， 宽 0 5 m的防冲齿 墙 。试 验表 明 ， 当尾 槛高 程 3 O m 时 ， 消力 池 尾部 仍有 较 多气 泡 ，消能 效 果不 够 充 分 ，将消力池尾槛高度修改为 5 O m时 ， 则 对 3 0年 一遇 和 5 0年 一遇 有 非常 好 的 消 能效果 。 4 2泄 水渠段 优化 设计 方 案泄 水渠 段轴 线 弧 长 1 1 8 m， 纵 坡 l： 3 7 9 ， 直接 与天 然河 道 过渡 连接 形 成一 收缩 段 ，使得 消 力池 尾 槛上 水值 太 高与天然 河道连 接 。 5结 论 项 目实施后 ， 有效 地减 少沟道 泥沙下 泄 ， 延 缓下 游河 道淤 积 ， 不仅 减 轻下 游河 道的清淤工作量 ， 还有效遏制水土流失 ， 改 善地 表径 流状 况 ，提 高 了地 表径 流利 用 率 ， 变“ 三跑 田” 为 “ 三 保 田” ， 使 流域 内 农 业 生 产 和土 地 利 用结 构 得 到 改 善 ， 退 耕 还林 成果 得到 巩 固 ，生态 环 境逐 渐 向 良性 发展 。陕西水 利 参 考文献 【 1 陕西省黄土高原地区淘道造地工程 建设规 范( 暂行 ) Z陕西省 国土资源 厅 2 01 2 3 2 】姚 志伟 治 沟造 地 ： 让 陕北 “ 贫地 ” 变 “ 粮 仓 ” 对 治沟 造地 试 点县 子 长县 的 调 查 N 陕西 日报 2 0 1 2 0 2 2 0 3 】贺春 雄 延 安在 治沟 造地 基 础上 如何 发展现代农业 J 延安大学学报( 社会科 学版) 2 0 1 3年 0 3期 ( 责任编辑 ： 黄灵芝) C oC oC C