南溝小流域典型骨干壩設(shè)計(jì)綜述

張燕楠

（山西省水利水電科學(xué)研究院，山西 太原 030002）

1 概況

南溝小流域位于榆次城區(qū)正東16 km的東長(zhǎng)凝村南，屬黃河水系，為汾河流域的一級(jí)支溝，流域面積11.82 km2。該流域地貌類(lèi)型為黃土丘陵溝壑區(qū)，其水土流失形式主要為水力侵蝕和重力侵蝕。流域水土流失面積8.04 km2，占全流域面積的68%。土壤侵蝕模數(shù) 7500 t/km2·a，年輸沙量 5.63 萬(wàn) t。

新建骨干壩控制流域面積6.28 km2，壩址位于南溝主溝，工程由土壩、放水建筑物和溢洪道三部分組成，最大壩高18.11 m，總庫(kù)容65.44萬(wàn)m3，其中攔泥庫(kù)容47.1萬(wàn) m3，可淤地6.9 hm2。

2 工程建設(shè)目標(biāo)

充分利用支溝窄、主溝寬的溝道特點(diǎn)，封堵支溝道，防止洪水沖刷，同時(shí)在合適的支溝道布設(shè)淤地壩；主溝道進(jìn)行灘地整治，實(shí)現(xiàn)流域生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)。

3 水文計(jì)算

設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算：采用公式QP=C1·H24p·F2/3計(jì)算，其中QP為頻率為P的洪峰流量；C1為洪峰地理參數(shù)，取0.17；H24p為頻率為P的24 h暴雨量；F為淤地壩控制面積，取 6.28 km2。經(jīng)計(jì)算：Q5%=72.5 m3/s，Q0.5%=111.6 m3/s。

洪水總量計(jì)算：采用公式WP=K·RP·F計(jì)算，其中WP為頻率為P的設(shè)計(jì)洪水總量；K為小面積洪水折減系數(shù)，取1.0；RP為設(shè)計(jì)暴雨的一次洪水模數(shù)；F為淤地壩控制面積，取6.28 km2。經(jīng)計(jì)算：W5%=20.9萬(wàn)m3，W0.5%=52 萬(wàn) m3。

4 工程設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《水土保持治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范》和《水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范》中有關(guān)要求，結(jié)合本流域?qū)嶋H情況，確定骨干壩標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇洪水設(shè)計(jì)、200年一遇洪水校核，設(shè)計(jì)淤積年限為20年。

4.2 骨干壩設(shè)計(jì)過(guò)程

4.2.1 水位庫(kù)容函數(shù)關(guān)系

根據(jù)實(shí)測(cè)地形圖數(shù)據(jù)：當(dāng)水位為891.00 m時(shí)，庫(kù)容為28.3萬(wàn)m3；當(dāng)水位為893.00 m時(shí)，庫(kù)容為40.5萬(wàn)m3；當(dāng)水位為895.00 m時(shí)，庫(kù)容為54.2萬(wàn)m3；當(dāng)水位為897.00 m時(shí)，庫(kù)容為69.8萬(wàn)m3，確定水位—庫(kù)容曲線(xiàn)。

4.2.2 調(diào)洪演算

洪水粗調(diào)：水庫(kù)淤積庫(kù)容47.1萬(wàn)m3，相應(yīng)淤積壩高14.7 m，即溢洪道底高程為894 m，對(duì)設(shè)計(jì)洪水和校核洪水進(jìn)行粗調(diào)，求出溢洪道尺寸和泄洪流量。

洪水詳調(diào)：根據(jù)某一時(shí)段內(nèi)進(jìn)庫(kù)水量與出庫(kù)水量之差，求得該時(shí)段內(nèi)庫(kù)水量增減的變化過(guò)程。經(jīng)計(jì)算，初步選用溢洪道水深2.41 m（溢洪道進(jìn)口底高程894.00 m），底寬 11.2 m，洪水位 896.41 m，相應(yīng)庫(kù)容65.44 萬(wàn) m3。

4.2.3 規(guī)模確定

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，確定攔沙庫(kù)容為47.1萬(wàn)m3，相應(yīng)水位為894.00 m，即溢洪道進(jìn)口底高程；防洪庫(kù)容為18.34萬(wàn)m3，相應(yīng)水位為896.42 m，總庫(kù)容65.44萬(wàn)m3，相應(yīng)淤地面積 6.9 hm2。

4.2.4 壩體設(shè)計(jì)

壩高采用公式H=H攔+H滯+H安計(jì)算，其中：H為壩高；H攔為攔泥壩高，由水文計(jì)算可知攔泥庫(kù)容，查水位庫(kù)容曲線(xiàn)可得H攔=14.7 m；H滯為滯洪壩高，由水文計(jì)算可知滯洪庫(kù)容，查水位庫(kù)容曲線(xiàn)可得滯洪壩高H滯=2.41 m；H安為安全超高，由淤地壩安全超高表可查H安=1 m。經(jīng)計(jì)算H=18.11 m。取壩頂高程897.5 m。

壩頂寬度與長(zhǎng)度：壩頂寬取決于壩高，本地所修的骨干壩均為壩路結(jié)合，因此頂寬取6.0 m。壩頂長(zhǎng)度151 m。

壩坡：根據(jù)壩高的不同，按土壩壩坡參數(shù)值表選取。當(dāng)壩高超過(guò)15 m時(shí)，上下游壩坡設(shè)置馬道，馬道寬 2 m，馬道上下壩坡一致，上游為 1∶2，下游為 1∶1.5。上游壩坡坡比為1∶2，在887.50 m高程處設(shè)2 m寬?cǎi)R道；下游護(hù)坡采用草皮防護(hù)，坡度1∶1.5，在887.50 m高程處設(shè)2 m寬?cǎi)R道，下游壩腳設(shè)置排水棱體。

4.2.5 反濾體

骨干壩下游壩腳設(shè)棱體排水，應(yīng)用前期可有效排出滲流，降低壩體浸潤(rùn)線(xiàn)，防止下游壩腳遭受尾水淘刷，增加下游壩坡穩(wěn)定性。

棱體頂寬2.5 m，頂高程880.30 m，上游側(cè)邊坡1∶1，下游側(cè)邊坡1∶1.5，與壩體土及壩基結(jié)合部分別設(shè)置由20 cm厚粗沙和20 cm厚碎石組成的反濾。

4.2.6 清基削坡

清理范圍比壩腳加寬0.5 m，清基平均深度1 m；坑洞等須用填壩土夯填至設(shè)計(jì)建基面。兩岸山坡應(yīng)挖成斜面，其坡度土質(zhì)岸坡不陡于1∶1.5，巖石岸坡不陡于1∶0.75，不能削成臺(tái)階形，更不允許有反坡，以保證壩肩結(jié)合良好。

清基后應(yīng)人工開(kāi)挖結(jié)合槽，從溝底到岸坡沿壩軸線(xiàn)方向開(kāi)挖。結(jié)合槽底寬1 m、深1 m，邊坡1∶1。結(jié)合槽上部回填壩體土?xí)r須按照《碾壓土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》和《碾壓土石壩施工規(guī)范》等要求進(jìn)行結(jié)合面處理。

壩體填筑好后，為防止壩體沖刷，在壩體與岸坡結(jié)合處、下游馬道內(nèi)側(cè)、壩頂下游側(cè)及下游壩坡設(shè)置漿砌石排水溝，排水溝為凈尺寸0.5 m×0.3 m的矩形斷面，砌體厚20 cm。

4.2.7 溢洪道設(shè)計(jì)

溢洪道采用開(kāi)敞式，由進(jìn)口段、泄槽和消能設(shè)施三部分組成。

4.2.8 放水工程設(shè)計(jì)

流域骨干壩放水工程采取涵臥管形式，由臥管、涵洞、消力池和明渠陡坡段組成。

5 效益分析

南溝小流域典型骨干壩工程的建設(shè)，能夠提高溝道侵蝕基準(zhǔn)面，減少溝蝕、重力侵蝕。攔蓄洪水，削減洪峰，減輕水土流失對(duì)土地的破壞，減輕干旱對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害，改善地方交通條件。

項(xiàng)目的實(shí)施，為實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的大農(nóng)業(yè)奠定了基礎(chǔ)，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，促進(jìn)了土地利用結(jié)構(gòu)與農(nóng)村生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，使農(nóng)村人口、資源、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展走上良性循環(huán)。