石谷坊在牤牛河小流域綜合治理工程中的應(yīng)用

鐘天鳳

(遼寧省阜新蒙古族自治縣水利局，遼寧 阜新 123100)

石谷坊在牤牛河小流域綜合治理工程中的應(yīng)用

鐘天鳳

(遼寧省阜新蒙古族自治縣水利局，遼寧 阜新 123100)

谷坊工程長(zhǎng)期以來被廣泛應(yīng)用于各種水土保持治理工程與實(shí)踐中，谷坊工程發(fā)揮的防汛保護(hù)作用對(duì)小流域治理成果影響很大，對(duì)于此類工程要特別注意其抵御洪水侵襲等的影響。從阜蒙縣牤牛河小流域綜合治理工程實(shí)際出發(fā)，進(jìn)行谷坊工程設(shè)計(jì)及應(yīng)用后能有效防止沖刷溝的水土流失，能改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境，保護(hù)耕地，給當(dāng)?shù)剞r(nóng)民創(chuàng)造良好條件。

谷坊；小流域綜合治理；應(yīng)用

1 工程概況

1.1 水文地質(zhì)

阜蒙縣牤牛河項(xiàng)目區(qū)位于阜蒙縣西北部，阜蒙縣牤牛河項(xiàng)目區(qū)位于阜蒙縣西部，屬大凌河流域，涉及阜蒙縣西北區(qū)的化石戈鎮(zhèn)兩條小流域，分別為臺(tái)吉小流域和永發(fā)小流域。牤牛河及支流以潛水類型為主，單位涌水量大于2.0 L/s·m，滲透系數(shù)20～300 m/d，影響半徑100～300 m，另一種是基巖中的地下水，以裂隙水為主，單位涌水量在0.1 L/s·m左右，滲透系數(shù)小于5 m/d。

1.2 洪峰流量

工程斷面處于無水文站，但同流域內(nèi)自然地理?xiàng)l件較一致，又處于同一天氣系統(tǒng)影響，所以采用水文比擬法計(jì)算牤牛河小流域斷面的設(shè)計(jì)洪峰。水文比擬法公式如下：

Q設(shè)=(F設(shè)/F鄰)2/3×Q鄰

式中：Q設(shè)為采用水文比擬法利用臨近站的洪峰流量計(jì)算得到的小流域洪峰流量(m3/s)；F設(shè)為臨近站上游的控制面積(km2)；Q鄰為小流域水庫上游的控制面積(km2)；F鄰為臨近站的洪峰流量(m3/s)。

為確保各斷面設(shè)計(jì)洪峰流量的準(zhǔn)確性，利用六合成水文站資料計(jì)算的設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行校核。利用六合成實(shí)測(cè)資料計(jì)算的10 a一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為2 120 m3/s，《牤牛河河道治理規(guī)劃報(bào)告》中，六合成水文站10 a一遇洪峰流量為2 510 m3/s。六合成水文站10 a一遇設(shè)計(jì)洪峰流量采用2 510 m3/s。利用水文比擬計(jì)算的牤牛河小流域設(shè)計(jì)洪峰流量為2 980 m3/s。

2 谷坊的設(shè)計(jì)[1]

流域內(nèi)侵蝕溝多為V字型，溝底多為土質(zhì)，且比降較大，因此采用谷坊工程措施治理侵蝕溝，流域布設(shè)石谷坊30座。根據(jù)流域自然條件，降雨強(qiáng)度大，歷時(shí)短特點(diǎn)，谷坊工程的防洪標(biāo)準(zhǔn)采用10 a一遇6 h最大暴雨標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)流域材料資源及地形條件，流域塊石材料較多，因此選擇谷坊類型為石谷坊。

2.1 谷坊位置的選擇

按規(guī)劃要求，先上后下，先支后干，統(tǒng)一布設(shè)；選肚大脖細(xì)處，即省工省料，庫容也較大；選擇溝口狹窄處，溝底、溝幫、溝床基巖外露，比較堅(jiān)固的地方；選就地取材較方便之處；上游有寬闊平坦的貯砂地方。

2.2 谷坊間距的確定

谷坊座數(shù)=溝口至溝頂高差/谷坊高度；

溝底坡度=溝口至溝頂高差/溝口至溝頂水平距；

谷坊間距計(jì)算公式為：

式中：L為谷坊間距(m)；H為谷坊底到溢水口底高度(m)；i為原溝床比降(%)；i1為原溝床比降(%)。

根據(jù)流域中侵蝕溝的形狀特點(diǎn)及所選谷坊為石谷坊，因干溝有進(jìn)溝里的道路并且較寬，不宜布置谷坊，所以谷坊都布設(shè)在支溝上，谷坊高度2.0 m。

根據(jù)小流域中沖溝的特點(diǎn)，支溝平均原溝床比降約為2.8%，淤滿后平均比降為0.3%，因此谷坊間距為80 m。共布設(shè)石谷坊30座，沖溝以上集雨面積約為50 hm2。

表1 谷坊壩體段面尺寸的確定

注：(1)谷坊壩體斷面尺寸應(yīng)根據(jù)谷坊類型及所在位置的地形條件，參照上表進(jìn)行。(2)壩面作為交通道路時(shí)，按交通要求確定壩頂寬度。(3)在谷坊能迅速淤滿的地方，迎水坡比可采取與背水坡比一致。

2.3 石谷坊斷面尺寸設(shè)計(jì)

2.3.1 壩體斷面尺寸

考慮規(guī)范及流域侵蝕溝特點(diǎn)初步擬定石谷斷面尺寸如表2。

表2 石谷坊斷面尺寸表

如果擬建階梯式石谷坊，一般壩高為2～4 m，頂寬為1～1.3 m，迎水坡1:0.2，背水坡1:0.8，壩頂過水深0.5～1.0 m，一般不蓄水，壩后2～3 a淤滿。

如果擬建重力式石谷坊，一般壩高3～5 m，為便利交通，頂寬宜為壩高的0.5～0.6倍，迎水坡1:0.1，背水坡1:0.5～1:1。此種類型的谷坊在鞏固溝床時(shí)，還可以蓄水利用，且質(zhì)量要求較高，必須進(jìn)行壩體的穩(wěn)定性分析。

2.3.2 溢洪口尺寸

石谷坊的溢洪口一般設(shè)置在壩頂，溢洪口下按排洪渠，采用矩形寬頂堰公式計(jì)算：Q=Mbh3/2。

式中：Q為設(shè)計(jì)洪峰流量(m3/s)；b為溢洪口底寬(m)；h為溢洪口水深(m)；M為流量系數(shù)，(一般取M=1.55)。

溢洪流量按公式：Q=278KIF×10-6

式中：Q為設(shè)計(jì)洪峰流量(m3/s)；I為10 a一遇1 h最大降雨強(qiáng)度(mm/h)；F為溝頭以上集雨面積(hm2)；K為徑流系數(shù)(一般取K=0.47)。

Q=278×0.47×92.29×50×10-6=0.603(m3/s)

取溢洪口底寬為2.0 m，求得水深0.34 m，確定溢洪口底寬為2 m，深0.4 m。因此取溢洪口高0.4 m，谷坊基礎(chǔ)深0.5 m。

圖1 石谷坊立面圖(單位：cm)

圖2 石谷坊橫斷圖(單位：cm)

3 谷坊的施工[2]

3.1 清基

進(jìn)行清基時(shí)清除確定好的石谷坊位置處的一切突出的堅(jiān)硬、尖銳雜物，將基礎(chǔ)夯實(shí)刮平。一般清基深度為10～15 cm深，并保證坡面平整，壓實(shí)。

3.2 開挖結(jié)合槽

清基后進(jìn)行結(jié)合槽開挖，結(jié)合槽規(guī)格為：主槽長(zhǎng)1.6 m，槽寬0.6 m，槽深0.6 m，回土深度0.3 m，槽間距0.4 m，行距4.0 m。副槽長(zhǎng)1.6 m，槽寬0.4 m，槽深0.2 m，攔水埂高0.25 m。

3.3 修筑

結(jié)合槽開挖完畢后，將土填入結(jié)合槽并夯實(shí)，以保證土谷坊與地基緊密結(jié)合，每層填土厚度為30 m，將其夯實(shí)至20～25 m，邊填土、邊夯實(shí)、邊修筑，直至設(shè)計(jì)高度。修筑過程中必須保證用于谷坊的土料保持適宜的干濕度。

4 結(jié)語

谷坊工程能否發(fā)揮應(yīng)有的防汛保護(hù)作用，對(duì)小流域治理的成果影響頗大。所以在此類工程的設(shè)計(jì)中，必須采用一些與常規(guī)觀念不盡相同的措施，以期起到出奇制勝的作用，為了保證谷坊的施工安全并延長(zhǎng)其使用年限，谷坊工程應(yīng)該與植物措施相結(jié)合，即在谷坊外部及周圍種樹種草，同時(shí)進(jìn)行經(jīng)常性的檢查、發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)修補(bǔ)與處理，在農(nóng)閑及汛前必須進(jìn)行整修加固，淤滿的必須進(jìn)行加高處理，洪水過后也必須進(jìn)行檢查，如發(fā)現(xiàn)豁口立即修補(bǔ)。本項(xiàng)目區(qū)通過建谷坊有效防止沖刷溝的水土流失，改善了本區(qū)的生態(tài)環(huán)境，保護(hù)了耕地，給當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的生產(chǎn)、生活創(chuàng)造了良好的條件。

[1]李俠.某小流域綜合治理工程設(shè)計(jì)分析[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì). 2015(12).

[2]楊宏林.中小河流治理工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)探討[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì).2016(6).

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[4]劉芳.北方土石山區(qū)小流域水土保持措施設(shè)計(jì)[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì).2016(5).

[5]秦一博.大伙房水庫小流域水土保持綜合治理措施的探討[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì). 2015(03).

[6]段威.新民市梁山小流域綜合治理分析[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì). 2015(1).

[7]黨雪梅.土石壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)[J].水利技術(shù)監(jiān)督. 2010(5).

[8]王新奇.孫勝利.邊坡穩(wěn)定分析方法評(píng)述與應(yīng)用[J].水利技術(shù)監(jiān)督. 2010(1).

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[10]朱雪誕.河道生態(tài)治理設(shè)計(jì)易形成的誤區(qū)問題探討[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì). 2013(12).

2016-10-28

鐘天鳳(1980-)，女，遼寧阜新人，工程師，主要從事水土保持規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。

S157

B

1004-1184(2017)01-0100-02