平定理家莊水土保持監測徑流小區設計

陳 剛

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

1 項目區概況

項目區位于陽泉市平定縣岔口鄉理家莊村，距平定縣城約45km，地處太行山中部西側，為中等切割的中山區，溝谷發育。因位于硯水河與溫河分水嶺處，地勢起伏不平，為四周高、中間低的盆地地形。村東老峪山標高1261.8m，村南最低標高830m，相對高差為431.8m。地形大致可分為土石山區、石質山區、土丘河谷區3個地形單元。流域位于黃土高原與太行山脈交匯地區，總面積14.0km2。

項目區土壤隨地形呈規律性分布，大體上可分為紅土、白土、砂土、黑土4種類型，易于農耕；項目區植物資源豐富，分布有油松、側柏等大量水土保持先鋒樹種，以及紅棗、核桃、柿子、花椒等山區經濟樹種。

土壤侵蝕以水力侵蝕為主。坡耕地一般為細溝侵蝕，溝坡地帶為鱗片狀侵蝕，山區、丘陵區多為層狀面蝕和淺溝侵蝕，河谷階地多為沖溝侵蝕，河谷地帶為山洪沖蝕。

2 徑流小區布置及配套設施

水土保持監測與原形觀測區工程建設包括水土保持效益監測、水土流失原型觀測設施。

本監測徑流小區屬全國水土保持監測網絡與信息系統建設二期工程監測點，設計洪水標準為50年一遇，應用現代測量技術、自動化控制技術和信息傳輸技術等手段，建成水土流失原型觀測半自動化測報系統。

2.1 徑流小區設計及要求

徑流場設徑流小區3個，面積均為5m×20m。布置在西坡附近一側的自然山坡上，為自然坡度徑流小區（15°）。其中，標準徑流小區1個，自然坡面徑流小區1個，有林地監測徑流小區1個。自然坡面徑流小區地面采用原地貌現狀，并要長期不施肥處理。

小區修筑及保護帶：小區邊界采用水泥板，邊墻高出地面20cm，埋入地下30cm，上緣向小區外呈60°。小區邊界外側設置保護帶，寬2m，保護帶處理與徑流小區相同。

集流槽、集流桶：集流槽斷面槽底向下及中間傾斜，斜度達到土壤不發生沉積。比降2%，導流管采用金屬管，直徑10cm。集流槽加蓋子，防止雨水進入。量水設施為R35鍍鋅鐵皮集流桶，鐵皮厚1mm。

徑流池設計：徑流池池底進行平整防滲處理，池壁外設量水尺（與池內相連通），池底設排水孔，以便于測量蓄水容積和排水排沙。徑流池按當地可能發生的最大暴雨（50年一遇，24h暴雨207mm）徑流量設計。徑流池設計尺寸：4m×2m×1.4m（容積 11.2m3，含10cm超高）。池底為現澆混凝土，墻體用M10砂漿砌條石，厚度0.6m，并用M10砂漿抹面。

砌筑要求：池底要低于集流槽地20cm，池頂要設溢流口（10cm×10cm），池底設排水孔（安裝閥門），池墻外設量水設施（與池內連接）。

小區隔離：每個徑流小區采用生物隔離，隔離寬度1.2m，其中設置40cm寬人行道，采用機磚鋪設，同時沿坡度設臺階，臺階約150個。

徑流場防護：徑流場邊界防護采用刺絲圍欄進行防護，防護長度約450m。

2.2 配套設施

觀測房：理家莊徑流場設觀測房1間，面積10m2，供觀測過程中觀測人員的臨時避雨、臨時管理使用。

觀測區道路建設：示范園內已經布設有水泥路面道路，交通較為方便，但通往監測區道路為人工踩踏出的山區小路，需要修整，修整長度300m，另新建沙石道路300m。共計修建道路600m。

3 排水及水文計算

3.1 徑流小區水文計算

根據水文經驗公式進行洪峰流量的計算。

設計暴雨量的計算公式：

式中：H24·p——頻率為P的24h暴雨量，mm；

Kp——頻率為P的皮Ⅲ型曲線模比系數；

H24——最大24h暴雨均值，mm。

徑流小區位于陽泉市平定縣，屬于土石山區，查表取H24為75mm，Cv值為0.60，由此查得皮爾遜Ⅲ型頻率曲線模比系數Kp2%為2.76。

設計洪峰流量的計算公式：

式中：Qp——頻率為P的洪峰流量，m3/s；

C1——洪峰地理參數，取0.16；

H24·p——頻率為P的24h暴雨量，mm；

F——徑流小區以上控制面積，這里為0.01km2。

水文計算成果見表1。

3.2 徑流小區頂部截水設計

截水溝過流量復核：在降雨初期，截水溝以均勻流的形式排水。

截水溝過流量為：

式中：Q——通過流量，m3/s；

ω——過水斷面面積，m2；

C——謝才系數，m1/2/s；

R——水力半徑，m；

i——底坡，i=0.02（頂面）。

根據上述公式核算，設計的截水溝可通過最大流量為2.72m3/s，小區50年一遇設計流量1.81m3/s，100年一遇校核流量為2.10m3/s。頂面截水溝可通過100年一遇校核流量。

根據洪峰流量計算，排水溝為矩形斷面，底寬1.0m，渠深1.0m，壁厚0.3m，長60m。

根據水文計算，排水及集流桶尺寸符合設計要求。小區尺寸、集流桶等制作尺寸根據設計圖紙進行，但考慮到施工和制作過程中存在誤差因素，觀測過程中，應對各集流桶進行量測，根據實際尺寸，對觀測成果進行分析計算。

4 結語

徑流小區的建成實施，為進行水土流失預測、預報提供了科學依據，為當地合理的開展水土保持工作提供了數字依據，為改善局部地區生態環境提供了治理依據。

表1 徑流場水文計算表