麥積區席子溝流域淤地壩工程施工設計

溫愛存(甘肅林業職業技術學院，甘肅 天水 741020)

為了改善生態環境，加強黃河上中游水土保持工作，進一步提高小流域治理水平，建設高效高標準的示范流域，按照小流域治理原則，生物措施與工程措施相結合、坡面工程與治溝工程相結合，尤其對于治溝工程，通過布設修建水土保持治溝淤地壩工程，攔蓄泥沙，緩洪淤地，充分利用水資源，加強綜合治理，提高溝道壩系的抗洪能力，在小流域綜合治理方面發揮重要作用。

1 席子溝流域基本情況

1.1 席子溝流域概況

席子溝淤地壩工程位于藉河南岸支溝橋子溝一級支溝，屬北道區新陽鎮席東村轄區內，流域面積1.05km2，流域海拔高程1728m，主溝道斷面呈U型，平均比降8.01%，地面組成物質為黃土，溝床有紅土層基巖出露。

該項工程設計壩高8.5m，總庫容14.4160萬m3，其中淤積庫容4.0385萬m3,防洪庫容10.3775萬m3，壩頂寬度確定為2m，壩頂長35m，建成后淤地面積1.2hm，壩型采用“兩大件”形式，為均質夯填土壩，按五等級土壩設計，依據相鄰測站實測降雨、洪水及輸沙量推算，確定按20年一遇洪水設計，200年一遇洪水校核。

1.2 席子溝流域地形自然狀況

流域屬黃土丘陵覆蓋低中山區，植被及條件差，第三系土層以上第四系黃土流失嚴重，多年平均侵蝕模數5000T/km2,溝上游分水嶺為刺槐林帶。該流域主溝道長1.43km，支毛溝15條，溝壑密度7.2km/km2,主溝道平均比降8.01%,庫區溝道比降1.4%。

1.3 席子溝流域內社會經濟狀況

流域內所屬兩村有農戶82戶，人口315人，勞力133個，耕地面積63hm2，人均0.2hm2，人均產糧475kg，人均純收入760元。

1.4 席子溝流域治理現狀及規劃

截止2014年底，全流域現有梯田11hm2，人工林地20hm2，草地2hm2，坡耕地30hm2，荒地25hm2，水土保持治理程度31.4%。為使流域治理達到溝坡兼治,使流域治理程度達到80%，結合淤地壩坡建設，規劃在三年內完成治理面積54hm2，其中：坡改梯12hm2，營造水保林22hm2，經果林14hm2，種草3hm2，治理程度達82.9%。

1.5 席子溝流域水文氣象

席子溝流域水文氣象資料依相鄰流域實測資料分析確定。流域多年平均氣溫10.8℃,無霜期184天,流域年平均降水量580mm,徑流模數6.01萬m3/km2,輸沙模數5000噸/km2;水量在年內分配不均,主要集中于7-9月,內占全年降水量54.5%,溝道內有少量流水。

1.6 席子溝擬建工程情況

該壩控制流域面積1.05km2，壩址以上主溝道長1.43km，溝道平均比降為8.01%，壩址處土層較厚，以第四系黃土、壤土為主，土層厚2-10cm，土層以下第三系丘陵地形,兩岸坡積物分布為土夾碎石，下覆第三系泥巖及粘土，溝底覆蓋洪積砂礫及淤泥，無基巖出露，屬土質山區。

壩上游右岸全部為黃土質，土層較厚，可滿足筑壩之用，作為取土場，溝道內有較小流量常流水，可作為施工用水，同時施工期還需修筑圍堰及臨時排水渠道。

2 水文計算

2.1 設計標準

椐據《水土保持治溝淤地壩工程技術規范》（SD175-86）的要求及相鄰小流域資料推算，確定洪水重現期20年一遇為設計標準（P=5%），200年一遇為校核標準（P=0.5%）。

2.2 設計洪峰流量

主要參數確定:

流域面積F=1.05km2,從1/10000地形圖上用求積儀法量得,溝長L=1.43km,縱溝道比降J=8.01%,由實測資料:

暴雨參數n，SP確定,根據《甘肅省水文圖集》和《天水地區水文手冊》綜合分析確定，暴雨衰減指數n值當t＜1h 時 ,取 n=n1(n1=0.6),1＜t＜24 時 ,取 n=n2(n2=0.7)。

匯流參數m根據《甘肅省暴雨洪水圖集中的經驗公式》及《工程水文及水利計算》中的取值綜合分析確定，取m=0.8。

設計洪峰流量采用《水土保持治溝淤地壩工程技術規范》（SD175.86）中的推理公式,按下式計算:

P=5%時,Qmp=0.278φ(SP/τη)F

=0.278×0.96×(42.2/0.56230.7)×1.05

=17.69m3/s

P=0.5%時,Qmp=0.278φ(SP/τη)F

=0.278×0.97×(64.87/0.4920.7)×1.05

=30.18m3/s

2.3 設計洪水總量的計算

根據《甘肅省水土保持淤地壩工程技術手冊》推理公式，采用鐵一院兩所法，按下式計算確定：WP=1000n2.Sp.F［(1-n2)Sp/U］(1-n2)/n2

當P=5%時,WP=6.3035萬m3

當P=0.5%時,WP=10.3775萬m3

2.4 輸沙量計算

根據《規范》（SD175-86）按下式計算

Wsb=5000×1.05=5250t/a,式中Wsb為多年平均總輸沙量(t/a)

2.5 調洪演算

該項工程按"兩大件"設計即壩體、溢洪道工程，由于滯洪庫容小，調洪演算不予考慮。

3 工程設計

3.1 工程布設

根據壩址地形及地質條件布設"兩大件"即壩體與溢洪道工程。

大壩壩體為均質夯填土壩,壩頂高程1621.5米,壩底基礎高程1613米,最大壩高8.5米,大壩主體由黃土夯填,溢洪道工程布設在壩右岸坡上,長度52米。

3.2 庫容及斷面確定

3.2.1 攔泥庫容采用下式計算

式中:Wsb-多年平均輸沙量(t/a)由水文計算確定

γ-淤積泥沙干容重 取用1.3t/m3

N-設計淤積年限,根據《水土保持治溝淤地壩工程技術規范》及流域侵蝕狀況等因素確定為10年。

由上式計算求得淤積庫容為4.0385萬m3,從壩高-庫容關系曲線上查得攔泥壩高HL=6.0m,攔泥淤積高程為1619m。

3.2.2 溢洪道的確定

溢洪道的最大匯洪量和斷面尺寸按設計洪峰量計算:

3.2.3 壩高的確定

壩高由攔泥壩高,溢洪道與安全超高三部分組成.根據《規范》（SD175-86）安全超高確定為0.5m，最后壩高為H=HL+HZ+h=6+2+0.5=8.5m

3.2.4 壩體斷面尺寸的確定

壩頂寬度:該壩無交通要求,擬定為2m。

壩坡:上游壩坡,坡率為1.5;下游壩坡坡率為1.25。

壩體排水:根據壩址部位地質及土壤條件,設置貼堆式反濾體,高2.0m,頂寬1.0m,內坡1:1,外坡1:1.5,外坡采用0.5m干砌石,內坡分別為0.25m粗砂及0.25m小礫石,內填卵石。

3.2.5 護坡、壩基和岸坡處理

土壩下游壩坡采用人工草護坡,筑壩前在清基范圍內,將所有地面物如樹木、樹根、草皮、卵石、礫石，清除干凈，土壩所在位置，基礎壩肩、岸坡清至基巖層，左岸山坡挖成斜面，坡比1:2,右岸山坡坡度1:2.5,壩基壩坡開挖一道結合槽,結合槽深1.5 米,底寬2.0米,梯形邊坡1:1。

3.3 溢洪道工程設計

溢洪道工程采用明渠式,布置右岸邊,由進口段、陡坡段和挑流段組成，用漿砌石構筑；長52m，設計尺寸結構詳見附圖，結合齒墻的設置，每10米設一伸縮縫（沉陷縫），縫寬2cm，用瀝青油氈填塞，以增強穩定性。

4 工程量及概算編制

4.1 工程量

土方開挖1235m3,夯填土方2845萬m3,漿砌石方98m3,干砌石19.5m3,投工310工日,架子車臺班46個。機械臺班15個。

4.2 材料

經概算，需投資水泥28T，塊石97.9m3,砂石料74.5萬m3。

4.3 工程概算編制

依據《黃河上中游水土保持治溝淤地壩工程擴大初步設計概算編制方法》（1993），參照《黃河水土保持生態工程概算定額》（2001）結合當地工程施工條件，進行工程概算定額分析，按照工程分項單項工程及工程總投資。

計算得該項工程總造價為4.9405萬元,其中壩體造價2.8825萬元,溢洪道工程1.9580萬元,其它0.1萬元。

5 效益分析

5.1 保水、保土效益

淤地壩的建成，減輕流域內溝蝕，制止溝頭前進，溝底下切及溝岸擴張侵蝕，按照工程設計可攔蓄坡溝泥沙4.0385 萬 m3。

5.2 經濟效益

直接經濟效益：壩庫可增淤地1.2公頃。

間接經濟效益：壩庫蓄水增大灌面，可保灌農田及果園20公頃，增收2萬元。

5.3 社會效益

淤地壩工程的建成，將對流域土地得以保護不遭溝蝕破壞，減輕下游泥沙危害和洪澇災害。同時合理利用水資源，興修水利水保工程，改善農業基礎條件，促進農業生態發展和群眾脫貧致富奔小康，有一定作用。

5.4 生態效益

工程建成后，能夠有效地攔洪泄洪，減少洪水流量，增加常水流量，水圈生態效益明顯。