生產建設項目水土流失防治措施

李彩霞?陳金軍

摘 要：生產建設項目截排水設施是水土流失防治措施體系中非常重要的工程措施，也是工程防洪排澇體系的重要組成部分。現階段不同設計人員對截排水設施的排水標準、降雨歷時、溝道比降等參數選擇主觀性較強，相對缺乏科學性。筆者通過查閱相關的截排水設施設計規范、設計手冊、設計標準等，并結合實際工作經驗，對生產建設項目水土保持方案中截排水設施的設計流程、排水標準確定、過流能力計算等進行了科學合理分析，最后通過一個案例說明截排水設施的設計流程和參數選擇，本文意在使生產建設項目的截排水設施設計更科學合理，減少人為主觀性。

關鍵詞：生產建設項目；截排水設施；排水標準； 徑流量計算；過流能力

一、引言

水土流失防治措施設計是生產建設項目水土保持方案的重點與核心，合理可行的措施設計可使工程防治責任范圍內的水土流失得到有效控制，減少水土流失對項目區及周邊環境的影響，改善生態環境，確保項目區生態、經濟、社會的全面、協調發展，并為水行政主管部門的監督、檢查和管理提供可靠的依據。即措施設計合理與否直接影響生產建設項目水土流失控制，并影響水土保持投資計算和效益分析的準確性。 本文經查閱截排水設施設計規范、設計手冊、設計標準等，并結合實際工作經驗，對生產建設項目水土保持方案中截排水設施的設計流程、排水標準確定、過流能力計算等進行分析，并通過一個案例說明截排水設施的設計流程和參數選擇。

二、截排水設施設計流程

截排水設施設計流程一般包括5個步驟：

（1）在一定比例尺的地形圖上量測匯水面積；

（2）根據生產建設項目所屬行業的規定和要求，并考慮防護對象重要性等因素，確定排水標準，確定降雨歷時，計算降雨強度；

（3）根據不同行業的要求，計算設計徑流量；

（4）結合同類工程經驗，初步確定截排水設施斷面材質、尺寸，計算過流能力；

（5）判斷過流能力是否滿足設計徑流量要求，若不滿足，則需重新選擇斷面尺寸，直至過流能力滿足徑流量，并確保工程量最小。

三、截排水設施排水標準分析

1. 降雨重現期的確定。筆者參與過的水土保持方案涉及行業有水電、水利、公路、城市軌道交通、風電、輸變電、園區類項目（如學校、工廠、開發區等），主要針對這些行業的截排水設施排水標準進行分析。

目前水土保持方案截排水設施設計依據的規范主要有《開發建設項目水土保持技術規范》（GB 50433-2008）＼《水電建設項目水土保持方案技術規范》（DL/T5419-2009）、《水利水電工程水土保持技術規范》（SL575-2012），《公路排水設計規范》（JTG/T D33-2012），《室外排水設計規范》（GB50014-2006）等，這些規范對永久截排水設施的排水標準，即設計降雨重現期取值一般有明確規定，但對于臨時排水設施的設計卻較少提及，導致不同設計人員在選擇降雨重現期時標準不統一，以個人主觀判斷為主，使得項目現場內臨時匯水不能有效排導，發生水土流失問題，即水土保持方案設計的臨時排水設施不能有效為項目現場服務。

筆者根據多年水土保持方案設計經驗，并在對已開工項目現場調查的基礎上，對不同行業的臨時排水設施設計進行分析：

（1） 由于水電水利類項目建設工期長，其樞紐、交通道路及施工臨時設施場地周邊臨時排水設施的設計降雨重現期宜按5年一遇計算，若規模較大、占地較大的項目，宜按10年一遇計算；

（2） 公路項目因線路長度、等級不同而工期有1年、2年……不等，其路基兩側臨時排水設施的降雨重現期宜按大于工期一年進行確定；

（3） 城市軌道交通項目建設工期較長，通常為5年左右，相應地其車站施工作業區等施工場地的臨時排水設施的降雨重現期宜按5年一遇計算；

（4） 園區類項目即點型項目，建設工期通常為1～2年，其場地周邊臨時排水設施的設計降雨重現期宜按3年一遇計算；

（5） 風電、光伏、輸變電等項目建設工期一般為1年，其臨時排水設施的設計降雨重現期宜按2年一遇計算。

經初步分析，筆者認為生產建設項目臨時排水設施設計的降雨重現期宜大于自身建設工期，但不可太大，否則確定的臨時排水設施斷面尺寸偏大，工程量大，不利于工程造價。

2.降雨歷時的確定。截排水設施排水標準確定時，除需確定降雨重現期，還需要明確降雨歷時取值，根據《公路排水設計規范》（JTJ 018-97），降雨歷時即設計控制點的匯流時間，包括匯水區最遠點到排水設施處的坡面匯流歷時t1與排水溝管內的匯流歷時t2之和，計算見公式1：

。

計算排水溝（管）內匯流歷時t2時，先在斷面尺寸變化點、坡度變化點或者有支溝（支管）匯入處分段，分別計算各段的匯流歷時后再疊加而得，按公式2計算：

筆者試算時初步選擇的參數為：粗度系數m1按針葉樹林取大值（0.8），坡降is取小值（0.2），流速取小值（按漿砌石矩形斷面計算，凈寬×凈深=0.3m×0.3m，糙率取0.025，坡降取0.3%，相應流速 =0.47 m/s）。

根據公式1，在坡面長度Ls一定的條件下，當m1取大值，is取小值，vi取小值的情況下，求得匯流歷時t1相應較大。即當粗度系數減小，坡降增加，流速增加，匯流時間將相應減小。

3.徑流量計算分析。目前在確定某一范圍的徑流量時，設計人員一般都根據《開發建設項目水土保持技術規范》中的公式計算，但經筆者分析，該公式中i為平均1小時平均降雨強度，單位為mm/h；F為山坡集水面積，單位為km2，即該公式適用于匯水范圍較大的流域性徑流量計算。對于占地面積較小的具體項目，其適用性有限。筆者在查閱《水電建設項目水土保持方案技術規范》、《水利水電工程水土保持技術規范》、《公路排水設計規范》、《室外排水設計規范》等技術規范基礎上，總結了不同行業適用的徑流量計算公式。

4. 徑流量計算分析。目前在確定某一范圍的徑流量時，設計人員一般都根據《開發建設項目水土保持技術規范》中的公式計算，但經筆者分析，該公式中i為平均1小時平均降雨強度，單位為mm/h；F為山坡集水面積，單位為km2，即該公式適用于匯水范圍較大的流域性徑流量計算。對于占地面積較小的具體項目，其適用性有限。筆者在查閱《水電建設項目水土保持方案技術規范》、《水利水電工程水土保持技術規范》、《公路排水設計規范》、《室外排水設計規范》等技術規范基礎上，總結了不同行業適用的徑流量計算公式，見表2。

四、截排水設施設計分析

1.材質選擇。水土保持截排水設施常用的材質有：土質、漿砌片石、現澆混凝土、預制混凝土、磚砌、溝壁鋪植草皮以及排水管，不同的材質在施工工藝、造價等方面各有優缺，筆者結合實際調查，對截排水設施常用材質的特點及適用條件進行了總結。

2.比降。截排水設施過流能力計算中，溝道比降i的取值缺乏統一性，相對較隨意。比降的定義為溝（管）道水流沿水流方向的高程差與相應溝（管）道長度的比值，以千分率或萬分率表示。比降可在帶等高線的平面布置圖上量取。

在水土保持截排水設施設計中，為避免溝道內泥沙淤積，排水溝內比降最小取值一般不小于5.0‰，另考慮防沖問題，比降最大取值不應大于5%，經總結，常用比降值有： 3‰、5‰、2%和3%，部分截水溝的比降可取5%，但需考慮跌水消能措施。

3.截排水設施過流能力計算

在滿足過流量要求情況下，截排水設施斷面設計采用最優斷面法，即襯砌材料就近取材，易于施工，投資省，具體計算一般采用謝才公式計算，即公式3、公式4。

五、案例計算

前文介紹了截排水設施排水標準確定及具體設計方法，筆者以曾參與過的杭州市閑林水庫石龍山棄渣場的截排水設施設計進行方法應用。

石龍山棄渣場位于杭州市轉塘鎮石龍山內，現狀為廢棄的石礦場，占地面積4.92hm2。堆渣設計坡比為1：2.0，渣場底高程為65.0m，設置一級馬道（高程75.0m），渣頂高程為85.0m，最大堆渣高度約20m，容渣量約42.46萬m3，設計堆渣量約29.30萬m3。

1. 防護標準。棄渣場防洪標準主要與渣場規模、渣場位置、渣場失事環境風險程度、渣場對主體工程影響等方面有關，本棄渣場為中型渣場，根據《水利水電工程水土保持技術規范》防洪標準取20年一遇，結合現場調查，溝道較小，不設置擋水壩等設施進行排洪，溝水匯入截水溝再引排至下游。棄渣場馬道排水溝排水標準按5年一遇10min短歷時暴雨設計。

2. 截排水設施設計。棄渣場截排水設施主要包括截水溝和馬道排水溝。

（1） 截水溝過流能力分析：

① 徑流量計算，根據公式計算

a. 徑流系數，按起伏的山地取值，=0.7；

b. 降雨強度，由地形圖量測最大匯水坡長為300m，根據表2，降雨歷時取30min，依據杭州市降雨強度公式，按TE=20年，t=30min計算，i=1.76mm/min；

c. 匯水面積，在工程平面布置圖上量測渣場上游最大匯水面積F=0.065km2；

d. 徑流量=16.67×0.7×1.75×0.065=1.33m3/s，雙向排水。

② 過流量計算

a. 斷面設計，截水溝采用梯形斷面，尺寸為0.5m（底寬）×0.5m（深），溝壁坡比1：0.5，漿砌片石襯砌厚0.3m；

b. 漿砌石糙率n=0.025；

c. 溝道比降，在工程平面布置圖上量測并計算得，溝道比降i=3%；

d. 根據公式3，公式4計算，截水溝最大流速為2.60m/s，單側過流量Q=0.99m3/s，徑流為雙向排導，截水溝總過流量為1.98m3/s>1.33m3/s滿足上游徑流量排導需求。

（2） 馬道排水溝過流能力分析：

① 徑流量計算，根據公式計算

a. 徑流系數按軟質巖石坡面取值，=0.6；

b. 降雨強度，根據杭州市降雨強度公式，按TE=5，t=10min計算，i=2.35mm/min；

c. 匯水面積，在工程平面布置圖上量測得，馬道上游渣體坡面最大匯水面積F=0.004km2；

d. 徑流量 =16.67×0.6×2.35×0.004=0.09m3/s，雙向排水。

② 過流量計算

a. 斷面設計，排水溝采用梯形斷面，尺寸為0.3m（底寬）×0.3m（深），溝壁坡比1：0.5，漿砌石襯砌厚0.3m；

b. 漿砌石糙率n=0.025

c. 溝道比降，在工程平面布置圖上量測并計算得，溝道比降i=0.3%，

d. 根據公式3，公式4求得排水溝單側過流量Q=0.08m3/s，徑流為東西雙向排導，排水溝總過流量為0.16 m3/s>0.09m3/s，滿足坡面徑流量排導需求。

六、結論

黨的十八大確立了全面建成小康社會的目標，將生態文明列入“五位一體”的社會主義總體布局中，水土保持的目標是保護水土資源，改善生態環境。在水土保持實際設計工作中，由于不同的水土保持方案編制單位及不同設計人員對截排水設施的設計參數及計算方法較不統一，排水標準、降雨重現期、降雨歷時、溝道比降等參數選擇依靠經驗，主觀性較大，相對缺乏科學性。本文對生產建設項目水土流失防治措施體系中截排水設施的設計參數選取、排水標準確定、截排水設施材質選擇、過流量計算方法等進行了分析總結，意在使截排水設施的設計更尊重自然規律，起到保護自然生態的作用，減少主觀性，達到生態效益與經濟效益均科學合理的雙重目標。

參考文獻：

[1] 周廣利，王彥玲.公路排水系統設計探討[J].山西建筑，2011，（32）：125～126.

[2] 姜德文.生態文明新時代的水土保持探索[J].中國水土保持，2013，（4）：10～13.