CN105839605B

CN105839605B - 坡面截排水沟及其设计方法

Info

Publication number: CN105839605B
Application number: CN201610271914.0A
Authority: CN
Inventors: 张平仓; 胡波; 丁文峰; 李昊洁; 严冬春; 童晓霞; 孙蓓; 王奔; 潘晓颖
Original assignee: Changjiang River Scientific Research Institute Changjiang Water Resources Commission
Current assignee: Changjiang River Scientific Research Institute Changjiang Water Resources Commission
Priority date: 2016-04-28
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2018-09-28
Anticipated expiration: 2036-04-28
Also published as: CN105839605A

Abstract

本发明公开了坡面截排水沟及其设计方法。本发明所述的坡面截排水沟，包括渗水层、沟底层和截水层，所述渗水层、沟底层和截水层组成槽状结构，所述渗水层位于所述沟底层左侧，所述截水层位于所述沟底层右侧；所述沟底层设置于所述渗水层和所述截水层下部或底端；所述渗水层由网笼与颗粒状填充物组成；所述颗粒状填充物填充于所述网笼内。在实际应用中通过设置渗水层，可有效排出壤中流，阻隔地表侵蚀与面源污染的扩散途径，并通过迅速收集坡面地表径流与壤中流，增加坡面径流排导，将坡面无效径流变成可利用的水资源，提高水资源利用率。

Description

坡面截排水沟及其设计方法

技术领域

本发明属于水土保持领域，为坡面截排水沟及其设计方法。

背景技术

坡面径流调控技术体系及配置模式是坡面径流高效利用及坡面土壤侵蚀控制研究领域中的热点和难点。从国内外研究现状来看，尽管坡面径流调控研究在围绕解决旱作地区的人畜饮水问题和旱地农业生产发展两方面取得了一些进展，但由于这些调控措施本身的布局和设计合理性有限，在一定程度上限制了在生产实际中的推广和应用。特别是由于长江中上游地区以岩石风化土“紫色土”为代表的主要侵蚀性土壤具有上覆薄层土壤、下伏相对隔水母岩的岩土二元结构特点，抗蚀抗冲性强、土壤层薄、总蓄水量低，壤中流普遍存在且在总径流量中占有相当的份额。以往坡面径流调控多针对地表径流而忽视对壤中流的调控因此，径流调控效率和土壤侵蚀控制效果并不理想。

发明内容

本发明目的是为了解决现有技术中的技术问题，提供一种坡面截排水沟及其设计方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下具体技术方案：

坡面截排水沟，其特征在于，包括渗水层、沟底层和截水层，所述渗水层、沟底层和截水层组成槽状结构，所述渗水层位于所述沟底层左侧，所述截水层位于所述沟底层右侧；所述沟底层设置于所述渗水层和所述截水层下部或底端；所述渗水层由网笼与颗粒状填充物组成；所述颗粒状填充物填充于所述网笼内。

根据本发明的一个实施例，所述网笼包括骨架和编织网；所述编织网设置在所述骨架上。

根据本发明的一个实施例，所述颗粒状填充物填充在所述骨架与所述编织网围成的空间内。

根据本发明的一个实施例，所述网笼与所述颗粒状填充物之间设置有过滤膜。

根据本发明的一个实施例，所述过滤膜设置于所述截水层的左侧。

根据本发明的一个实施例，还包括固定桩，所述固定桩与所述渗水层连接，并向左侧突出于所述渗水层。

本发明的另一个目的是为了解决现有技术中的技术问题，提供一种新型坡面截排水沟的设计方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下具体技术方案：

新型坡面截排水沟设计方法，其特征在于，根据公式计算截水沟容量；所述截水沟容量计算公式为：V＝V_W+V_S+V_I；其中：V为截水沟容量，单位m³；V_W为次暴雨径流量，单位 m³；V_S为土壤侵蚀量，单位m³；V_I为次暴雨中的壤中流流量，单位m³；V_I根据紫色土坡面壤中流占总降雨量的百分比，V_I＝0.3-0.5V_W。

根据本发明的一个实施例，V_W计算公式为：V_W＝3M_SF，其中，M_S为次暴雨径流量，单位m³/hm²；F为截排水沟集水面积，单位hm²。

所述次暴雨径流模数可查阅当地水文手册获得，排水沟防御暴雨标准按10年一遇24h最大降雨量。

根据本发明的一个实施例，所述截水沟纵向间距根据公式L＝0.008J²-0.6J+11.25计算获得，所述J为地表平均坡度，单位为°。优选地是，地表平均坡度为15°以下。

根据本发明的一个实施例，所述V_S为次降雨土壤侵蚀量，单位m³，计算公式为V_S＝3MsF，其中Ms为年土壤侵蚀模数，可根据《土壤侵蚀分类分级标准》(SL 190—2007)确定，单位 m³/hm²；F为截排水沟集水面积，单位hm²。

根据本发明的一个实施例，所述V_I为次暴雨中的壤中流流量，单位m³；V_I根据紫色土坡面壤中流占总降雨量的百分比取值，V_I＝0.3-0.5V_W，V_I取值根据降雨强度大小，雨强越大，取值取低值，雨强越小，取值取高值。优选地是，雨强大于50mm/24h，V_I＝0.3V_W；优选地是，雨强大于等于25mm/24h小于等于50mm/24h，V_I＝0.4V_W：优选地是，雨强小于25mm/24h，V_I＝0.5V_W。

本发明的有益效果：根据坡面细沟侵蚀最小坡长设计截排水沟的纵向间距，可阻隔侵蚀路径，纵向间距根据实际计算获得，具有精确度高、水土保持效果突出的优点；通过设计截排水沟的渗水层，可有效排出壤中流，增加入渗速率、减少地表径流量，提高坡面径流排导效率，可有效阻隔地表侵蚀与面源污染的扩散途径，适用多方面的需求。

本发明针对坡耕地细沟侵蚀出现后土壤侵蚀急剧增加的特点，提出了基于壤中流普遍存在及细沟侵蚀临界坡长的截排水沟设计、布局技术，核心原理是通过调整截排水沟纵向间距，即坡面单元的地块坡长，拦截地表径流与壤中流，减少细沟形成的坡面径流量，防止坡面细沟侵蚀的产生。在实际应用中通过设置渗水层，可有效排出壤中流，阻隔地表侵蚀与面源污染的扩散途径，并通过迅速收集坡面地表径流与壤中流，增加坡面径流排导，将坡面无效径流变成可利用的水资源，提高水资源利用率。能应用于长江上游坡耕地改造坡面水系的科学合理布设，以及国家土地整治和生态建设等相关工程。通过本发明的应用，既能起到截、排地表径流的作用，又能起到排、蓄壤中流的作用，坡面径流调控效率得到有效提高的同时，也减少了细沟形成的坡面径流量，防止了坡面细沟侵蚀的产生，从而达到减少坡面水土流失的目的。本发明能够解决南方坡耕地地区壤中流排导问题，适用于南方坡耕地地区坡面水土流失治理，特别是紫色土与红壤地区，通过设计一种新型截排水沟，可有效排出土壤壤中流，减少地表径流量，减缓坡面水土流失与面源污染。

附图说明

图1为本发明中的坡面截排水沟结构及应用状态示意图。

图2为图1的俯视图。

图3 为本发明中的渗水层结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步详细说明。

如图1、图2所示，一种坡面截排水沟，包括渗水层1、沟底层2和截水层3，所述渗水层1、沟底层2和截水层3组成槽状结构。所述渗水层1位于所述沟底层2左侧，所述截水层3位于所述沟底层2右侧。所述沟底层2设置于所述渗水层1和所述截水层3下部或底端。渗水层1、沟底层2和截水层3埋设在土壤层5内，渗水层1位于上坡面，即位于左侧；截水层3位于下坡面，即右侧。在如图1所示的坡面土壤层5中，土壤层5左侧高于右侧。

如图3所示，所述渗水层1由网笼11与颗粒状填充物12组成；所述颗粒状填充物12填充于所述网笼11内。所述网笼11包括骨架13和编织网14；所述编织网14设置在所述骨架13上。所述颗粒状填充物12填充在所述骨架13与所述编织网14围成的空间内。网笼11 与所述颗粒状填充物12之间设置有过滤膜15。所述过滤膜15设置于所述颗粒状填充物12 的一侧。骨架11可采用钢筋制成，编织网14可采用铁丝编织，焊接于骨架13上。颗粒状填充物12可采用石子或者塑料制成。

渗水层1还包括固定桩4，所述固定桩4与所述渗水层1连接，并向左侧突出于所述渗水层1。固定桩4数目为多个，沿所述截排水沟长度方向间隔设置。

渗水层1外部由网笼11呈三面包裹、内部由渗水层填充物12填充。渗水层过滤膜15位于网笼11与颗粒状渗水层填充物12之间，一方面用于过滤一定粒径的沙粒，防止渗水层1被细砂堵塞，另一方面用于排出坡面壤中流，延长截排水沟的使用期限；为保证渗水层1的稳定性，颗粒状填充物12应均匀填满。固定桩4呈间隔式镶嵌于坡面截排水沟的渗水层1间，起到稳定渗水层1的作用。

本发明中的渗水层填充物(12)可由块石、石子、片石、聚乙烯等填充；渗水层过滤膜 15可由聚乙烯滤网等组成；截排水沟固定桩主体部件可采用浆砌石组成。

新型坡面截排水沟设计方法，根据公式计算截水沟容量；所述截水沟容量计算公式为： V＝V_W+V_S+V_I；其中：V为截水沟容量，单位m³。V_W为次暴雨径流量，单位m³，计算公式为：V_W＝MwF，其中，Mw为次暴雨径流模数，单位m³/hm²；F为截排水沟集水面积，单位 hm²。V_S为土壤侵蚀量，单位m³，计算公式为V_S＝3M_SF，其中M_S为年土壤侵蚀模数，可根据《土壤侵蚀分类分级标准》(SL 190—2007)确定，单位m³/hm²；F为截排水沟集水面积，单位hm²。V_I为次暴雨中的壤中流流量，单位m³；V_I根据紫色土坡面壤中流占总降雨量的百分比取值，V_I＝0.3-0.5V_W，V_I取值根据降雨强度大小，雨强越大，取值取低值，雨强越小，取值取高值。

根据本发明的一个实施例，所述截水沟纵向间距根据公式L＝0.008J²-0.6J+11.25，计算获得，所述J为地表平均坡度，单位为°；本方法尤其适用于15°以下坡面计算，。

本专利主要是依托科技支撑课题“坡地高效生态农业的基础设施配套技术研究”，在重庆忠县石宝寨开展了系列试验分析。在石宝寨虾子岭选择平均坡度为12°的坡面，修建1km截排水沟，并按20年一遇暴雨设计，设计截排水沟纵向间距为5.2米、V_W为257.1m³、Vs为36.6m³、V_I为102.8m³；则截水沟容量V为396.5m³，比传统截排水沟提高了30.5％的径流调控效率，而坡面土壤流失量减少了10.2m³、降低了21.7％，如果按10年、5年一遇暴雨则降雨径流调控效率可分别增加46.2％、34.9％，坡面土壤流失量可分别减少34.1％、46.2％。径流调控与水土流失防治具有显著效果。

本发明所述的左、右，为清楚说明本发明技术方案以图1、图2为参考使用的相对概念。

Claims

1.坡面截排水沟，其特征在于，包括渗水层、沟底层和截水层，所述渗水层、沟底层和截水层组成槽状结构，所述渗水层位于所述沟底层左侧，所述截水层位于所述沟底层右侧；所述沟底层设置于所述渗水层和所述截水层下部或底端；所述渗水层由网笼与颗粒状填充物组成；所述颗粒状填充物填充于所述网笼内；

还包括固定桩，所述固定桩与所述渗水层连接，并向左侧突出于所述渗水层；

所述网笼包括骨架和编织网；所述编织网设置在所述骨架上；坡面截排水沟的容量计算公式为：V＝V_W+V_S+V_I；其中：V为截水沟容量，单位m³；V_W为次暴雨径流量，单位m³；V_S为土壤侵蚀量，单位m³；V_I为次暴雨中的壤中流流量，单位m³；V_I根据紫色土坡面壤中流占总降雨量的百分比，V_I＝0.3-0.5V_W；所述截水沟纵向间距根据公式L＝0.008J²-0.6J+11.25计算获得，所述J为地表坡度，单位为°。

2.根据权利要求1所述的坡面截排水沟，其特征在于，所述颗粒状填充物填充在所述骨架与所述编织网围成的空间内。

3.根据权利要求1所述的坡面截排水沟，其特征在于，所述网笼与所述颗粒状填充物之间设置有过滤膜。

4.根据权利要求3所述的坡面截排水沟，其特征在于，所述过滤膜设置于所述截水层的左侧。

5.根据权利要求1所述的坡面截排水沟，其特征在于，V_W计算公式为：V_W＝MwF，其中，Mw为次暴雨径流模数，单位m³/hm²；F为坡面集水面积，单位hm²。

6.根据权利要求1所述的坡面截排水沟，其特征在于，所述V_S为土壤侵蚀量，单位m³，计算公式为V_S＝3MsF，其中Ms为年土壤侵蚀模数，根据《土壤侵蚀分类分级标准》(SL190—2007)确定，单位m³/hm²；F为坡面集水面积，单位hm²。

7.根据权利要求1所述的坡面截排水沟，其特征在于，所述V_I为次暴雨中的壤中流流量，单位m³；V_I根据坡面壤中流占总降雨量的百分比取值，V_I＝0.3-0.5V_W，V_I取值根据降雨强度大小，雨强越大，取值取低值，雨强越小，取值取高值。