水窖在云南省坡耕地綜合治理中的應(yīng)用

郭艷波，連振龍(.云南環(huán)境工程設(shè)計(jì)研究中心，云南 昆明 650034； .云南秀川環(huán)境工程技術(shù)有限公司，云南 昆明 65005)

水窖在云南省坡耕地綜合治理中的應(yīng)用

郭艷波1，連振龍2

(1.云南環(huán)境工程設(shè)計(jì)研究中心，云南 昆明 650034； 2.云南秀川環(huán)境工程技術(shù)有限公司，云南 昆明 650051)

水窖；坡耕地；綜合治理；水土保持；云南

水窖作為一項(xiàng)被廣泛采用的集雨灌溉措施，較好地解決了云南省缺水地區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉問題，同時在云南省坡耕地水土流失綜合治理中發(fā)揮了重要作用。通過確定項(xiàng)目區(qū)總需水量、單個水窖容積及供水量等步驟，可計(jì)算出項(xiàng)目區(qū)需要修建的水窖數(shù)量；根據(jù)項(xiàng)目區(qū)降雨及下墊面情況，確定單口水窖的最小集流面積，并以實(shí)例進(jìn)行了分析計(jì)算，以期為同類工程及云南省水土流失治理提供參考。

云南省地處我國西南邊陲，山區(qū)、半山區(qū)面積占全省總面積的94%，全省耕地面積約640萬hm2，其中坡耕地約407萬hm2，坡耕地水土流失嚴(yán)重制約著山區(qū)、半山區(qū)社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明的建設(shè)。2010年以來，云南省相繼開展的坡耕地水土流失綜合治理試點(diǎn)工作，達(dá)到了治理坡耕地水土流失、改善項(xiàng)目區(qū)群眾生產(chǎn)生活條件的目的。治理實(shí)踐表明，在坡改梯的同時為梯田配套建設(shè)灌溉工程非常必要，尤以水窖為甚。這是因?yàn)轫?xiàng)目區(qū)往往處在水源條件較差或引水較為困難的山區(qū)，在項(xiàng)目建設(shè)過程中科學(xué)合理地修建水窖這項(xiàng)集雨灌溉工程，既能較好地解決缺水地區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉問題，又能起到很好的水土保持效果[1]?；诖?，我們對云南省坡耕地水土流失綜合治理中的水窖選址與布置原則，以及工程設(shè)計(jì)等進(jìn)行總結(jié)，旨在為同類工程提供參考。

1 水窖選址與布置原則

(1)按照工程總體規(guī)劃進(jìn)行布置。水窖建設(shè)應(yīng)根據(jù)坡改梯工程的總體規(guī)劃，結(jié)合田面工程、道路工程和引水工程的總體建設(shè)要求進(jìn)行布置，做到布局合理、集中連片[2]。

(2)經(jīng)濟(jì)合理、因地制宜。坡改梯水土流失綜合治理中建設(shè)的水窖工程，其結(jié)構(gòu)型式、規(guī)模、數(shù)量等均應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目區(qū)的氣象、地形、土質(zhì)、農(nóng)作物需水量等條件綜合確定，做到經(jīng)濟(jì)合理、因地制宜[3]。

(3)安全方便。水窖選址應(yīng)避開填方和滑坡體及水資源易污染地區(qū)，盡量利用現(xiàn)有路面、排水溝等設(shè)施集蓄徑流，同時盡量做到高水高用，便于自流灌溉[1,2-4]。

(4)節(jié)約土地。水窖建設(shè)地區(qū)土地資源寶貴，建設(shè)過程中應(yīng)盡量減少開挖、縮短施工時段，建成后的水窖應(yīng)盡量埋于地下、少占用耕地。

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

(1)調(diào)查當(dāng)?shù)胤N植結(jié)構(gòu)，根據(jù)蓄水定額或當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定項(xiàng)目區(qū)作物的需水總量。

(2)根據(jù)當(dāng)?shù)亟陙淼膶?shí)施經(jīng)驗(yàn)，確定水窖型式及經(jīng)濟(jì)容積。

(3)根據(jù)確定的水窖容積，確定單個水窖的年供水量。

(4)根據(jù)水量供需情況，確定項(xiàng)目區(qū)水窖數(shù)量。

(5)結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦?、地貌等條件，確定水窖的最小集流面積，據(jù)此對每個水窖的集流面進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工。

2.2 需水量分析

由于坡改梯工程多位于地形起伏較大、引水灌溉較為困難的地區(qū)，水窖灌溉措施主要是用于提供旱季保苗及其他生理期必需的灌溉用水，因此水窖灌溉地塊需水量計(jì)算僅采用非充分灌溉理論進(jìn)行分析[5]，主要通過查閱當(dāng)?shù)赜盟~并結(jié)合實(shí)地調(diào)查的方法進(jìn)行確定。根據(jù)近年來的項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，將坡改梯后不同旱地作物非充分灌溉需水量設(shè)定為45～150 m3/hm2[6]。

2.3 水窖型式及容積的確定

(1)水窖型式。根據(jù)建筑材料的不同，云南省水窖修建型式可分為漿砌石水窖、混凝土水窖、磚砌水窖，也可將幾種材料結(jié)合進(jìn)行修建。項(xiàng)目實(shí)施時應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)經(jīng)驗(yàn)和地形、地質(zhì)條件及當(dāng)?shù)亟ㄖ牧瞎?yīng)情況等綜合確定。

(2)水窖容積。根據(jù)云南省近年來的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，本著節(jié)省材料、便于施工、經(jīng)濟(jì)合理和方便使用的原則，確定在坡耕地水土流失綜合治理工程中實(shí)施的單個水窖的容積為25～30 m3。

2.4 單個水窖年供水量的確定

云南省降雨時空分布不均，各地區(qū)水窖普遍存在復(fù)蓄問題，為了避免工程建設(shè)中的資源浪費(fèi)，確保每口水窖均能在最大程度上發(fā)揮供水能力，需要對單個水窖年供水量進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，單個水窖的年供水量按照下式進(jìn)行計(jì)算[7]：

W單

式中：W單為設(shè)計(jì)保證率條件下年供水量， m3；V為單個水窖蓄水容積，m3；α為蓄水工程蒸發(fā)、滲透損失系數(shù)；K為容積系數(shù)。

2.5 水窖數(shù)量確定

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)需水總量及計(jì)算獲得的單個水窖的供水量，按照下式計(jì)算獲得項(xiàng)目區(qū)水窖數(shù)量：

n=W需/W單

式中：n為水窖數(shù)量，個；W需為非充分灌溉條件下項(xiàng)目區(qū)年需水總量，m3；W單為單口水窖的年供水量，m3。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，可獲得每口水窖的控制灌溉面積，進(jìn)而計(jì)算出每塊圖斑內(nèi)部所需的水窖數(shù)量。實(shí)施過程中，因地形、地質(zhì)等因素影響集雨面或水窖安全，難以在圖斑內(nèi)布設(shè)應(yīng)有數(shù)量的水窖時，可在相鄰圖斑內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。

2.6 最小集流面分析

集流場是用來收集雨水的場地，在一定的降雨條件下，集流系統(tǒng)收集雨水量的多少取決于集流面積的大小。屋頂、院場、自然坡面、路面(邊溝)都可作為集雨場[8-9]，必要時應(yīng)通過人工修建或干預(yù)天然集流場地等方法，滿足水窖設(shè)計(jì)集水要求。

單用途雨水集蓄工程的集流面積可按下式計(jì)算[7]：

式中：W為設(shè)計(jì)保證率條件下年供水量，m3；Si為第i種材料的年集流面面積，m2；ki為第i種材料的年集流效率；P為年降水量，mm；n為集流面材料種類數(shù)。

3 典型設(shè)計(jì)實(shí)例

以云南省某縣2014年某小流域坡耕地水土流失綜合治理工程為例，項(xiàng)目區(qū)土地總面積4.41 km2，布置坡改梯工程240.71 hm2，項(xiàng)目區(qū)全部采用水窖水進(jìn)行灌溉，除部分水窖通過引水管道補(bǔ)充水源外，多數(shù)水窖采用道路路面、道路排水溝或人工修建集流場地進(jìn)行集流。

3.1 作物灌溉制度及需水量分析

項(xiàng)目區(qū)主要種植作物有甘蔗、玉米、花生、油菜等，由于項(xiàng)目區(qū)內(nèi)大部分區(qū)域無地表水源，根據(jù)非充分灌溉理論及同類工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，同時結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，綜合確定各類農(nóng)作物播種保苗期單位面積需水量，再根據(jù)項(xiàng)目區(qū)各種農(nóng)作物種植面積，計(jì)算項(xiàng)目區(qū)年需水總量為11 447 m3。

3.2 水窖容積及型式的確定

根據(jù)該縣近年來實(shí)施的坡耕地水土流失綜合治理項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合當(dāng)?shù)厝罕娨庠?，本著?jié)省材料、便于施工和使用的原則，綜合確定該工程單個水窖容積為30 m3。

水窖為“混凝土底板+漿砌磚窖體+混凝土蓋板”結(jié)構(gòu)，其中底板用C15混凝土，厚度20 cm，窖體壁為M7.5漿砌紅磚，厚度24 cm，窖頂為C20鋼筋混凝土，厚度20 cm，進(jìn)水口前設(shè)置C15混凝土沉沙池。

3.3 單個水窖年供水量分析

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)自然條件，通過查閱相關(guān)規(guī)范，獲得項(xiàng)目區(qū)水窖相關(guān)參數(shù)(容積系數(shù)取0.45，蒸發(fā)、滲透損失系數(shù)取0.03)，計(jì)算本工程單個水窖(蓄水容積30 m3)的年供水量為64.67 m3。

3.4 水窖數(shù)量的確定

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)年需水總量及單個水窖年供水量，計(jì)算該工程共需修建水窖177口。

3.5 最小集流面積確定

項(xiàng)目區(qū)水窖集流面多為鄉(xiāng)村土路或自然林草坡地，通過查閱相關(guān)資料及規(guī)范，獲得項(xiàng)目區(qū)地表集流效率、年降雨量等參數(shù)，根據(jù)公式計(jì)算本工程單個水窖的最小集流面積。各項(xiàng)參數(shù)取值及計(jì)算結(jié)果詳見表1。

表1 水窖最小集流面積計(jì)算結(jié)果

通過計(jì)算，項(xiàng)目區(qū)修建的水窖集流面積需大于119.8 m2，條件無法滿足時需通過修建截流溝、增加地面集流效率等措施進(jìn)行完善。

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(責(zé)任編輯 張培虎)

S157

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1000-0941(2017)01-0012-03

郭艷波(1982—)，女，吉林松原市人，工程師，碩士，主要從事水土保持方案編制及環(huán)境影響評價工作。

2016-05-03