小型攔蓄引排水工程設計

王士建

（河南省豫北水利工程管理局，河南 新鄉 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為單元，依據水土流失規律治理流域內的水土流失為中心，以基本農田優化結構和高效利用及植被建設為重點，以提高生態經濟效益和社會經濟持續發展為目標，建立既具有水土保持又具有高效生態經濟功能的綜合治理模式。

1.2 開展小流域治理的意義

開展小流域治理是貫徹落實建設生態文明和建設美麗中國的一項重要措施，是保障生態安全的需要，對改善當地小流域生態及環境系統具有重要意義。

小流域治理工程是一項綜合性強，工程建設的標準高，要求嚴，必須有科學的技術指導和強有力的技術支持，才能確保該項工程的順利實施。

2 項目概況

為了進一步加快河南省太行山區治理步伐，改善老區農業基礎生產條件，河南省水利廳組織編制了《國家水土保持重點建設工程河南省2013—2017年建設規劃》（以下簡稱“規劃”），2012 年9 月，財政部、水利部進行了批復。林州市洹河項目區已列入“規劃”內，包括洹南、洹中、鳳凰山等3 個小流域，總面積189.20 km2，規劃治理面積107.85 km2。共涉及姚村鎮、橫水鎮、城郊鄉、合澗鎮、采桑鎮、東姚鎮等6個鄉鎮和龍山、桂園2個街道辦事處的47個行政村（居委會）。

林州市洹河項目區在2013—2016 年度工程的基礎上，2017 年度規劃治理洹中、鳳凰山兩個小流域，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，整體地勢西高東低、南高北低，最高點位于南部山嶺處，海拔430.90 m，最低點海拔301.10 m，相對高差129.80 m。流域內溝壑縱橫，山腳處或海拔較低處土層相對較厚些，山體高處地帶土薄石厚，植被稀少，沖溝發育，地形復雜，平均溝壑密度1.85 km/km2。

3 項目區氣象和地質條件

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 地質條件

項目區土壤類型為褐土。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，粒狀結構、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，碎屑狀結構、松散、植物根系多；其他占8%。

4 小型攔蓄引排水工程設計

4.1 設計依據

4.1.1 規范、規程

《水土保持綜合治理規劃通則》《水土保持綜合治理技術規范》《水利水電工程制圖標準水土保持圖》《北方土石山區水土流失綜合治理技術標準》。

4.1.2 有關文件

《國家水土保持重點建設工程河南省林州市洹河項目區建設規劃（2013—2017）》《水土保持小流域綜合治理項目實施方案編寫提綱（試行）》《水土保持建設項目前期工作暫行規定》《水土保持工程概算定額》等技術規范、技術資料和有關文件。

4.2 小型蓄水工程設計

雨水集蓄工程是小流域綜合治理的一項主要工程。項目區位于低山丘陵區，缺水嚴重，建設小型蓄水工程可適當緩解農業灌溉用水問題。

4.2.1 水窖的布設原則

水窖一般布設在坡腳、路邊或坡面局部低凹處，水窖的分布與容量根據坡面徑流總量、蓄排關系和修建省工、使用方便等原則，因地制宜具體而定。一個坡面的蓄排水工程系統可集中布設一個水窖，也可分散布設若干個較小的水窖，并且考慮防滲、防蒸發措施。水窖的位置，根據有利地形、巖性良好、蓄水容量大、工程量小、施工方便等條件具體而定。水窖進水口上游與排水溝之間布設沉沙池，以便排沙。水窖應設溢洪口，確保水窖安全。

5.2.2 水窖設計

該項目區的水窖布設在坡改梯地塊內或經果林地塊內，水窖分為兩種類型一種為封閉式，另一種為開敞式。封閉式按5 m3/hm2的標準布設，此次水窖根據當地實際需求單座蓄水池設計容積為32 m3，配套設置沉砂池等。

封閉式矩形水窖為地下結構，采用C25S6F100 混凝土澆筑，水池外壁、內壁及頂板頂面、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，側壁混凝土厚30 cm。單座容積32 m3，長3.30 m，寬3.30 m，深3 m。共布置蓄水池10座。

沉砂池布設在水窖進水口的上游2 m處，排水溝排出的水先進入沉沙池，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置鉛絲網攔污柵，防止雜物流入。

4.3 排水工程設計

排水溝斷面要因地制宜，環山開挖，應能排泄設計洪水。梯田的溢水口與縱向排水溝應用跌水形式聯結，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，構成較完善的防御體系，達到保護梯田區、林草措施、保土耕作措施區的安全。

4.3.1 排水溝的布設原則

排水溝布設在坡改梯和經果林地的兩側坡面上，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。排水溝根據其排水去處的位置而定在坡面上的比降，當排水出口的位置在坡腳時，排水溝大致與坡面等高線成正交布設。排水溝水量有一部分進入蓄水池，一部分流入天然溝道或渠道中，其斷面設計結合當地實際。

4.3.2 排水溝的設計

4.3.2.1 設計流量確定

根據《水土保持綜合治理技術規范小型蓄排引水工程》，小型蓄排引水工程設計標準采用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。

經查《河南省年最大1h 點雨量等值線圖》及《河南省年最大1h 點雨量Cv 等值線圖》，得出項目區最大1h 點雨量為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Kp值表》得Kp=10%=1.72，由此計算得項目區10年一遇最大1 h降水為68.80 mm。

根據流量計算公式：

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。

此次設計排水溝5.20 km，矩形斷面，底寬0.40 m，深0.40 m，C20混凝土結構，渠壁及渠底厚均為0.10 m。排水溝工程量計算見表1。

表1 排水溝工程量計算表

經計算，土方0.16萬m3，C20混凝土0.07萬m3，需投工0.27萬個，機械臺班408個。

6 結語

通過坡改梯工程，蓄水保土，保護耕地資源，提高糧食單產，增加糧食產量；涵養水源、控制面源污染，維護飲水安全；通過營造水保林、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，減輕山地災害；改善農村生產條件和生活環境，促進農村經濟社會發展。