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1小型蓄排引工程在水土保持综合治理中的作用、类型及特点
在北方干旱、半干旱地区，小流域综合治理是以小流域为单元统筹规划，以农田基本建设为支撑，以水土保持治沟骨干工程为基础，沟道与坡面兼治的综合治理，通过实施水土保持重点工程，如淤地坝建设、坡耕地整治、造林绿化、生态修复等措施，达到控制水土流失、改善生态环境的目的。在这一类型区，水力侵蚀导致沟壑发育，土地支离破碎，资源性缺水与工程性缺水常常为水土保持综合防治的实施带来困扰，治水保水就显得尤为重要，开发灌溉水源、发展小型蓄排引工程，积极加强雨洪集蓄利用成为首要选择。小型蓄排引工程主要有三类:
(1)坡面小型蓄排工程:含截水沟、排水沟、沉砂池和蓄水池等，适用于雨量较为充沛地区;
(2)路旁沟底小型蓄引工程:含水窖、涝池、滚水坝等，主要为解决人畜饮水和抗旱点水源;
(3)引洪漫地工程:以暴雨、山洪形成的坡面径流为水源引入农田漫灌。三类工程通常与坡耕地治理、造林种草、保土耕作等水土保持措施配套实施，其中蓄引工程是水土保持治水保水最为常用的治理措施。为使工程设计合理、达到因地制宜的效果，本文以宁夏回族自治区几个小流域为例，对水窖、涝池、滚水坝三类小型蓄引工程进行设计研究及探讨。
2工程设计
2．1水窖设计
为解决人畜饮水困难，在有足够地表径流来源且清洁卫生的村旁、路旁、场院修建水窖。窖址选地质条件较好处布设，避开填方或滑坡地段，水窖外壁距根系较发达树木不小于5m。以宁夏盐池县新全井小流域为例设计，主要内容如下:(1)供水标准选取:盐池县属干旱地区，按雨水集蓄利用工程设计标准，取居民生活用水30L/(d•人)，畜禽养殖用水5L/(d•只)计。(2)年供水量计算:通过用水量、用水人数及所在地区缺水天数计算需供水量。经调查流域内缺水天数按180d(半年)计，每户平均5人，畜禽养殖以养羊为主，平均数量为每户20只。计算后得年需补水量为45m3。
2．2涝池设计
为解决坡面梯田灌溉及苗木生产用水，在梯田建设集中分布区适当位置布设涝池，集蓄荒坡雨水资源，作为补充灌溉水源。以宁夏西吉县大沙河小流域为例设计，主要内容如下:
(1)年供水量计算:通过灌溉用水量确定年需供水量，用公式(5)计算:W=WSF(5)式中:W为年供水量，m3;M为灌水定额，m3/hm2;s为灌水次数;F为灌溉面积，hm2。按雨水集蓄利用工程设计要求及现场调查，所在流域苗木的生产灌水以点浇为主，主要种植果树，灌水定额取160m3/hm2，年补充灌水次数4次，单个涝池控制灌溉面积0．33hm2，计算得年需供水量为224m3。
(2)涝池容积:根据需供水量反推涝池容积，以公式②计算，其中蒸发、渗漏损失系数a取0．07，容积系数k按灌溉工程类取值0．8，计算得涝池容积为192．7m3，设计容积取200m3。
(3)涝池尺寸确定:根据大沙河周边流域施工经验，设计涝池采用混凝土衬砌圆形涝池，具体尺寸确定如下:涝池底面半径4．6m，设计水深2．0m，边坡比1∶1，设计容积200m3，取安全超高0．5m，池深总计2．5m，设计水深以上边坡比1∶2。施工时，池底挖土夯实后，铺土工布，土工布上现浇10cm厚混凝土板，池壁夯实后现浇7cm厚混凝土板，池壁沿池底每隔约3m设置1道伸缩缝，共设置9道伸缩缝。池体挖方产生的弃土，填筑在池体周边，作为涝池的安全超高。设计填方高为0．5m，顶宽2m，内外边坡比均为1∶2。另外，为了洪水过量时的排水，在池体下坡位设置防溢流管，通过2根3m长、内径为30cm的预制砼管，将设计蓄水位以上的水排到池体外侧低洼处。
(4)集流场设计:与水窖设计相同，可通过公式③、④计算。按雨水集蓄利用工程设计标准，灌溉用水保证率取75%，根据《宁夏回族自治区水文手册》查工程所在地多年平均降雨量为610mm，查皮尔逊Ⅲ型曲线的模比系数Kp(p=75%，Cv=0．25，CS=2．0Cv)取0．82。因各类集雨面集流效率不同，当地以混凝土作集雨面时，K取0．8;以田间道路为集雨面时，K取0．25;以自然荒坡为集雨面时，K取0．08。经计算，100m3的集雨涝池，当以混凝土作为集雨面时，需集流面积S＞375m2;当以田间道路作为集雨面时，需集流面积S＞1200m2;当以自然荒坡作为集雨面时，需集流面积S＞3750m2。布设时参考地形条件选择适宜集雨面。
2．3滚水坝设计
为充分利用沟道水资源灌溉川台地，改善沟道水生态，制止沟床下切、沟岸扩张，稳定沟坡，通常在有常流水的沟道内建设滚水坝。以宁夏泾源县柳梁小流域为例，拟布设滚水坝的沟道上游集水面积为2．17km2，沟道宽度13～15m，断面呈“U”型，左右岸发育基本对称，平均比降3%，沟道常水流量约为0．01～0．02m3/s;拟建沟道共布设3道滚水坝，其中以沟道上游第一道滚水坝为例进行设计，主要内容如下:
(1)工程布设及设防标准:工程由滚水坝坝体、消能设施、上下游护岸组成;设计标准参考当地经验，确定防洪标准为10a一遇，校核洪水为30a一遇，建筑物等级为五级。坝型选择浆砌石溢流坝。
(2)坝高与蓄水量计算:根据沟床砂砾层覆盖厚度，设计滚水坝坝高4m，其中挡水坝高1．5m，基础埋深2．5m。
(3)堰型及断面设计:堰型采用折线型宽顶堰。具体尺寸确定如下:顶宽0．7m，坝坡迎水面垂直，背水坡比1∶1，铺底宽3．2m(含趾墙0．5m×2)。坝体与土质岸坡采用齿墙连接，齿墙宽0．3m，深入岸坡1．0m。
(4)消能设施:根据来洪量分析，坝址处10a一遇洪量为4．6m3/s，通过计算共轭水深，确定消力池深0．3m，池长2．5m，与滚水坝等宽。施工时，开挖基础铺0．3m黏土夯实，砌筑0．3m浆砌石，再现浇0．2m混凝土。消力池坎为现浇混凝土梯形断面:高0．3m，顶宽0．2m，池内坡比1∶0．5，池外为铅直面。
(5)上、下游护岸:根据滚水坝蓄水高度、沟道比降，推算回水长度为37．5m，考虑蓄水后沟岸稳定，在上游回水20m范围修筑浆砌石护岸，下游护岸长度10m。护岸形式为浆砌石重力挡墙，顶宽0．5m，迎水面坡比1∶0．2，上游护岸墙高度根据溢流堰上水深、安全超高及基础埋深确定。
(6)坝体防渗与坝基处理:上游面板用钢筋混凝土板防渗，厚度0．2m，并设伸缩缝，用橡胶止水带，止水片埋入基岩0．3m;同时根据地质条件，确定坝3/4基处理方式:基础开挖至中等风化基岩，深度2．5m，铺设0．5m混凝土垫层后坝体用浆砌石砌筑。对于坝址区两岸坡度较陡处削坡，坡比选值范围为1∶0．5～1∶1。
3设计探讨
小流域综合治理的小型蓄引工程在各个地区的使用中也会不尽相同，还需要结合实践经验进一步探讨和优化。本文在前述工程设计的基础上，通过以下几个方面对设计过程进行补充完善:
(1)水窖与涝池设计本质相同，计算供水量时可根据用水形式灵活使用计算公式;
(2)涝池一般都是敞口设计，暂未考虑到蒸发影响，有待进一步优化设计;同时涝池集雨面采用自然坡面等集雨面，含沙量较大时可考虑增加沉砂池等配套工程;
(3)采用公式计算各个系数值的选取，与小流域所在地区降雨量、地质条件等都有密切关系，同时也需参考当地实践经验，对系数值选取进行修正和调整。
作者：陈旭欣 单位：陕西环宇水保生态规划设计有限公司
