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1小型蓄排引工程在水土保持綜合治理中的作用、類型及特點
在北方干旱、半干旱地區，小流域綜合治理是以小流域為單元統籌規劃，以農田基本建設為支撐，以水土保持治溝骨干工程為基礎，溝道與坡面兼治的綜合治理，通過實施水土保持重點工程，如淤地壩建設、坡耕地整治、造林綠化、生態修復等措施，達到控制水土流失、改善生態環境的目的。在這一類型區，水力侵蝕導致溝壑發育，土地支離破碎，資源性缺水與工程性缺水常常為水土保持綜合防治的實施帶來困擾，治水保水就顯得尤為重要，開發灌溉水源、發展小型蓄排引工程，積極加強雨洪集蓄利用成為首要選擇。小型蓄排引工程主要有三類:
(1)坡面小型蓄排工程:含截水溝、排水溝、沉砂池和蓄水池等，適用于雨量較為充沛地區;
(2)路旁溝底小型蓄引工程:含水窖、澇池、滾水壩等，主要為解決人畜飲水和抗旱點水源;
(3)引洪漫地工程:以暴雨、山洪形成的坡面徑流為水源引入農田漫灌。三類工程通常與坡耕地治理、造林種草、保土耕作等水土保持措施配套實施，其中蓄引工程是水土保持治水保水最為常用的治理措施。為使工程設計合理、達到因地制宜的效果，本文以寧夏回族自治區幾個小流域為例，對水窖、澇池、滾水壩三類小型蓄引工程進行設計研究及探討。
2工程設計
2．1水窖設計
為解決人畜飲水困難，在有足夠地表徑流來源且清潔衛生的村旁、路旁、場院修建水窖。窖址選地質條件較好處布設，避開填方或滑坡地段，水窖外壁距根系較發達樹木不小于5m。以寧夏鹽池縣新全井小流域為例設計，主要內容如下:(1)供水標準選取:鹽池縣屬干旱地區，按雨水集蓄利用工程設計標準，取居民生活用水30L/(d•人)，畜禽養殖用水5L/(d•只)計。(2)年供水量計算:通過用水量、用水人數及所在地區缺水天數計算需供水量。經調查流域內缺水天數按180d(半年)計，每戶平均5人，畜禽養殖以養羊為主，平均數量為每戶20只。計算后得年需補水量為45m3。
2．2澇池設計
為解決坡面梯田灌溉及苗木生產用水，在梯田建設集中分布區適當位置布設澇池，集蓄荒坡雨水資源，作為補充灌溉水源。以寧夏西吉縣大沙河小流域為例設計，主要內容如下:
(1)年供水量計算:通過灌溉用水量確定年需供水量，用公式(5)計算:W=WSF(5)式中:W為年供水量，m3;M為灌水定額，m3/hm2;s為灌水次數;F為灌溉面積，hm2。按雨水集蓄利用工程設計要求及現場調查，所在流域苗木的生產灌水以點澆為主，主要種植果樹，灌水定額取160m3/hm2，年補充灌水次數4次，單個澇池控制灌溉面積0．33hm2，計算得年需供水量為224m3。
(2)澇池容積:根據需供水量反推澇池容積，以公式②計算，其中蒸發、滲漏損失系數a取0．07，容積系數k按灌溉工程類取值0．8，計算得澇池容積為192．7m3，設計容積取200m3。
(3)澇池尺寸確定:根據大沙河周邊流域施工經驗，設計澇池采用混凝土襯砌圓形澇池，具體尺寸確定如下:澇池底面半徑4．6m，設計水深2．0m，邊坡比1∶1，設計容積200m3，取安全超高0．5m，池深總計2．5m，設計水深以上邊坡比1∶2。施工時，池底挖土夯實后，鋪土工布，土工布上現澆10cm厚混凝土板，池壁夯實后現澆7cm厚混凝土板，池壁沿池底每隔約3m設置1道伸縮縫，共設置9道伸縮縫。池體挖方產生的棄土，填筑在池體周邊，作為澇池的安全超高。設計填方高為0．5m，頂寬2m，內外邊坡比均為1∶2。另外，為了洪水過量時的排水，在池體下坡位設置防溢流管，通過2根3m長、內徑為30cm的預制砼管，將設計蓄水位以上的水排到池體外側低洼處。
(4)集流場設計:與水窖設計相同，可通過公式③、④計算。按雨水集蓄利用工程設計標準，灌溉用水保證率取75%，根據《寧夏回族自治區水文手冊》查工程所在地多年平均降雨量為610mm，查皮爾遜Ⅲ型曲線的模比系數Kp(p=75%，Cv=0．25，CS=2．0Cv)取0．82。因各類集雨面集流效率不同，當地以混凝土作集雨面時，K取0．8;以田間道路為集雨面時，K取0．25;以自然荒坡為集雨面時，K取0．08。經計算，100m3的集雨澇池，當以混凝土作為集雨面時，需集流面積S＞375m2;當以田間道路作為集雨面時，需集流面積S＞1200m2;當以自然荒坡作為集雨面時，需集流面積S＞3750m2。布設時參考地形條件選擇適宜集雨面。
2．3滾水壩設計
為充分利用溝道水資源灌溉川臺地，改善溝道水生態，制止溝床下切、溝岸擴張，穩定溝坡，通常在有常流水的溝道內建設滾水壩。以寧夏涇源縣柳梁小流域為例，擬布設滾水壩的溝道上游集水面積為2．17km2，溝道寬度13～15m，斷面呈“U”型，左右岸發育基本對稱，平均比降3%，溝道常水流量約為0．01～0．02m3/s;擬建溝道共布設3道滾水壩，其中以溝道上游第一道滾水壩為例進行設計，主要內容如下:
(1)工程布設及設防標準:工程由滾水壩壩體、消能設施、上下游護岸組成;設計標準參考當地經驗，確定防洪標準為10a一遇，校核洪水為30a一遇，建筑物等級為五級。壩型選擇漿砌石溢流壩。
(2)壩高與蓄水量計算:根據溝床砂礫層覆蓋厚度，設計滾水壩壩高4m，其中擋水壩高1．5m，基礎埋深2．5m。
(3)堰型及斷面設計:堰型采用折線型寬頂堰。具體尺寸確定如下:頂寬0．7m，壩坡迎水面垂直，背水坡比1∶1，鋪底寬3．2m(含趾墻0．5m×2)。壩體與土質岸坡采用齒墻連接，齒墻寬0．3m，深入岸坡1．0m。
(4)消能設施:根據來洪量分析，壩址處10a一遇洪量為4．6m3/s，通過計算共軛水深，確定消力池深0．3m，池長2．5m，與滾水壩等寬。施工時，開挖基礎鋪0．3m黏土夯實，砌筑0．3m漿砌石，再現澆0．2m混凝土。消力池坎為現澆混凝土梯形斷面:高0．3m，頂寬0．2m，池內坡比1∶0．5，池外為鉛直面。
(5)上、下游護岸:根據滾水壩蓄水高度、溝道比降，推算回水長度為37．5m，考慮蓄水后溝岸穩定，在上游回水20m范圍修筑漿砌石護岸，下游護岸長度10m。護岸形式為漿砌石重力擋墻，頂寬0．5m，迎水面坡比1∶0．2，上游護岸墻高度根據溢流堰上水深、安全超高及基礎埋深確定。
(6)壩體防滲與壩基處理:上游面板用鋼筋混凝土板防滲，厚度0．2m，并設伸縮縫，用橡膠止水帶，止水片埋入基巖0．3m;同時根據地質條件，確定壩3/4基處理方式:基礎開挖至中等風化基巖，深度2．5m，鋪設0．5m混凝土墊層后壩體用漿砌石砌筑。對于壩址區兩岸坡度較陡處削坡，坡比選值范圍為1∶0．5～1∶1。
3設計探討
小流域綜合治理的小型蓄引工程在各個地區的使用中也會不盡相同，還需要結合實踐經驗進一步探討和優化。本文在前述工程設計的基礎上，通過以下幾個方面對設計過程進行補充完善:
(1)水窖與澇池設計本質相同，計算供水量時可根據用水形式靈活使用計算公式;
(2)澇池一般都是敞口設計，暫未考慮到蒸發影響，有待進一步優化設計;同時澇池集雨面采用自然坡面等集雨面，含沙量較大時可考慮增加沉砂池等配套工程;
(3)采用公式計算各個系數值的選取，與小流域所在地區降雨量、地質條件等都有密切關系，同時也需參考當地實踐經驗，對系數值選取進行修正和調整。
作者：陳旭欣 單位：陜西環宇水保生態規劃設計有限公司
