CN105862665A - 小流域综合治理—再造良田新技术 - Google Patents

小流域综合治理—再造良田新技术 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种小流域综合治理—再造良田新技术，通过设置数道由透水的块石网箱构成的弧形拦挡坝，对洪水、滑坡、泥石流进行分流、消能、拦截，减少或消弭其危害，将固体物质(砾石、泥沙)拦蓄、固淤在坝内形成“山间小平原”；通过地下水库将大气降水、地表径流、地下径流最大限度地拦蓄在地下水库之中；合理利用地下水库中淡水资源，形成拥有自主灌溉功能的良田。

Description

小流域综合治理—再造良田新技术
技术领域
本发明涉及小流域的水利建设、农业生产、地质灾害治理技术领域。
背景技术
小流域通常是指二、三级支流以下以分水岭和下游河道出口断面为界，集水面积在100km2以下的相对独立和封闭的自然汇水区域。在我国，小流域面积约占15％左右，即150万km2。这些地域是水土流失及许多自然灾害、地质灾害，例如山洪、崩塌、滑坡、泥石流等灾害频发的区域，其原因在于这些地区往往是沟壑纵横、荒滩遍布、土地贫瘠、生态环境恶劣，由于小流域特定的地貌条件，即上高下低，在降雨时会引起水土流失及山洪暴发，进而可能导致滑坡、泥石流等灾害发生。其根本原因在于液态物质(水)裹挟固态物质如块石、砾石、泥沙，并由最初的势能转化为较大的动能，而产生巨大的冲击力和破坏力。因此，小流域地区开发利用的难度很大。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种小流域综合治理—再造良田新技术，保持小流域水土，改善地质水文环境及生态环境，同时增加耕地面积。
本发明采用的技术方案是小流域综合治理—再造良田新技术，在小流域地区由上至下建立若干道由块石网箱筑成的透水性拦挡坝，块石网箱由在网箱片围合成的箱体内干砌块石构成，每道透水性拦挡坝由左右两道弧形坝体连接而成，拦挡坝整体呈人字形，顶端朝向上游；拦挡坝阻挡地质灾害裹挟的石块、泥沙、淤泥等固体物质或人工搬运土方，固淤形成良田；
拦挡坝下游设置一道由隔水材料建成的阻水坝，阻水坝向地下延伸至隔水层且左右各贴合于山体。
在阻水坝前方建有辐射井，辐射井周围布设有集输管，集输管外围连通过滤层。
集输管呈辐射状分布于辐射井周围。
所述阻水坝坝体左右连接两侧沟崖，嵌入隔水层，下部深入隔水层。
所述拦挡坝弧形坝体所对应的弧度为π/4至π/2，两段坝体中间连接处形成尖角，拦挡坝分级布置。
所述透水性拦挡坝的块石网箱由网箱内干砌石构筑形成，网箱材料为经防腐处理的高强度钢丝。
所述透水性拦挡坝阻挡的泥土沉积形成耕地，在耕地边界开挖拦渗沟，拦渗沟最下端抵达含水层或人造蓄水层，拦渗沟下层填充有大块碎石，碎石层上设有过滤层。
所述拦挡坝阻挡地质灾害裹挟的石块、泥沙、淤泥等固体物质固淤造成良田，或收纳边坡修整、土方开挖带来的土方造成良田。
所造耕地可通过抽取辐射井储存的水进行灌溉，形成具有自主灌溉功能的良田。
本发明的有益效果是，通过设置数道由透水的块石网箱构成的弧形拦挡坝，对洪水、滑坡、泥石流进行分流、消能、拦截，减少或消弭其危害，将固体物质(砾石、泥沙)拦蓄、固淤在坝内形成“山间小平原”；通过地下水库将大气降水、地表径流、地下径流最大限度地拦蓄在地下水库之中；合理利用地下水库中淡水资源，形成拥有自主灌溉功能的良田。
附图说明
图1为本发明拦挡坝和阻水坝建设布局示意图。
图2为拦挡坝和阻水坝与地表径流位置关系图。
图3为坝体截留洪水示意图。
图4为拦渗沟结构图。
图5为坝体受力分析图。
图中标记为：1-拦挡坝，2-阻水坝，3-拦渗沟，31-过滤层，4-辐射井，71-小流域区域，
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、图2所示，在小流域区域的沟谷地带由上至下建立若干道由块石网箱筑成的透水性拦挡坝1，块石网箱由在网箱片围合成的箱体内填充块石构成，网箱材料为经防腐处理的高强度钢丝，或其它具有一定强度和韧性的材料制成。每道透水性拦挡坝1由左右两道弧形坝体连接而成，拦挡坝1整体呈人字形，顶端朝向上游，左右的坝体尾端贴合于山体。拦挡坝1数量和位置，需要根据当地水文地质和工程地质条件确定。
如图3所示，遇到山洪时，雨水裹挟固态物质如块石、砾石、泥沙形成固液混合物，上游的透水性拦挡坝1可以拦截一部分混合体，透水性拦挡坝的块石网箱由网箱内干砌石构筑形成，其中的雨水就可以从块石网箱缓慢渗出，雨水排出后，泥沙等固体物质留在这道透水性拦挡坝1前，实现固液分离，经过长时间积累，透水性拦挡坝1前沉积的泥沙可以形成耕地，有效解决山区耕地面积匮乏的问题。拦挡坝分级布置，逐级抗击洪水冲击，也可以逐级沉积泥土形成良田，每道拦挡坝1均可以拦截一部分固液混合物，将其携带的巨大能量逐层消解。否则，洪水顺势而下，裹挟更多的泥土石块或者植被，汇集更多洪水，造成不可以抵挡的洪流。
拦挡坝1由左右两段弧形坝体连接而成，最好左右各为四分之一圆，两个圆弧于连接处相切，使拦挡坝1整体呈人字形，顶端朝向上游。当洪水冲下，坝体中间部分不会正面迎接冲击，减少被击垮的可能性，而且在弧形坝体的引导下，冲击到坝体的洪水沿圆弧运动，遇到山体折返，在坝体前形成漩涡，对洪水进行了分流，也进一步消解洪水能量。人字形的坝体应对洪流的抗冲击能力远远高于现行的一字坝、梳齿坝。如图5所示，人字形所受到的冲击力由下式计算：
F直＝q×l
q：单位坝长冲击力
l：坝长
人字型坝体与流体前进方向呈曲线斜交，流体一分为二，流体冲击力也被一分为二，人字型坝所承受的冲击力可按照下式计算。
f分＝q×Δl×cosθ
θ：受力位置与人字坝圆心连线与冲击方向夹角
Δl：受力单元体垂直冲击力方向宽度
当弧形为π/2时，人字型坝受到垂直坝体方向分力总和。
因此，人字型坝所受垂直于坝体方向力较一字型坝小，是较为合理的坝形，平行于坝体方向的分力产生涡流。
拦挡坝1由块石网箱堆叠而成，它并非一个刚性坝体，每个块石网箱都是相互独立单元，堆叠在一起时形成一道稳定的坝体，遇到冲击时，相邻的两个块石网箱可能会稍有挪动，因此若干块石网箱组成的坝体是具有一定变形空间的，块石网箱之间发生移动后块石之间也会产生相应错动，间隙和位置产生相应改变以适应网箱的整体移动，因此相对现有钢筋水泥的坝体，拦挡坝1是一种柔性的坝体。当冲击力较大时，即使将坝体某部分产生一定变形或向后推出一段距离，整个坝体不会立即坍塌，而且柔性坝体通过变形和位移可以消弭一部分冲击能量。拦挡坝1不仅从整体结构上，也从坝体结构材料上做到了应对洪流的最大抗冲击化的设计，而且蓄水固淤，截能消能，形成良好的地质和生态环境。
如图3所示，拦挡坝1最下方设置一道阻水坝2，阻水坝2的坝体左右连接两侧沟崖，向下深入阻水边界，低端深入隔水层，达到有效阻断地下径流作用。经过上面多道拦挡坝1的过滤，泥沙被阻隔在上面，雨水继续向下流动，阻水坝2将截留地面径流和地下水流。地下阻水坝2部分设计时考虑被动土压力，受力更均匀合理，在保证坝体强度的前提下，体量可大幅度减少，利用注浆或高压旋喷等方法即可完成，施工的成本、难度和工程量都较低。
上游的数道人字型坝拦挡坝1可以根据情况设置其数量，通常2-5道，固液混合物通过数道拦挡坝的拦截逐级消能，当流体到达最后一道阻水坝，其能量仅为原有总能量的1/5左右。因此，整个流体中无论是固态物质还是液态物质均已被拦截在坝区内。
参考图1、图3，在阻水坝2前方建有辐射井4，辐射井4连通于地下含水层，辐射井周围布设有集输管，集输管外围包裹有过滤层，过滤层由碎石沙土筑成，过滤降水中的杂物，集输管呈辐射状分布于辐射井周围，加快地表水入渗地下含水层的速度，同时也方便旱季时抽取利用地下淡水。
辐射井4周围还可以开挖若干拦渗沟3，拦渗沟3上方设有一道过滤层31，尽量过滤掉水中杂物泥沙，拦渗沟3下部分填充有大块碎石，而且下方要抵达含水层或者与集输管相连通，经过滤的淡水，经拦渗沟3进入集输管，并通过集输管进入辐射井4。阻水坝2拦截的淡水资源被存储到地下含水层或人造蓄水层中，充分地利用宝贵的大气降水、地表水、地下水资源，同时也将改善地质环境。随着地质环境的改善，水土流失和地质灾害减少，直至消弭。区域内地下水位上升，植物根系带与常年地下水位之间的间距缩小，为植被(农作物)提供了必要的生长条件，进而使得生态环境得到改善。沉积的泥土形成新的耕地后，在耕地边界开挖拦渗沟，拦渗沟最下端抵达含水层或人造蓄水层，同样，拦渗沟下层填充有大块碎石，碎石层上设有过滤层，加快地表水入渗地下含水层。
植被的繁茂与否与小气候环境有着密切的关系，当生态环境向良性环境发展时，其小气候环境亦是向良性发展；无论是地质环境、生态环境还是小气候环境都不是单一存在、独立发展的，而是相互制约、相互作用环境进入一个良性循环发展状态。

Claims (9)

1.小流域综合治理—再造良田新技术，其特征在于：在小流域地区由上至下建立若干道由块石网箱筑成的透水性拦挡坝，块石网箱由在网箱片围合成的箱体内干砌块石构成，每道透水性拦挡坝由左右两道弧形坝体连接而成，拦挡坝整体呈人字形，顶端朝向上游；拦挡坝阻挡地质灾害裹挟的石块、泥沙、淤泥等固体物质或人工搬运土方，固淤形成良田；
拦挡坝下游设置一道由隔水材料建成的阻水坝，阻水坝向地下延伸至隔水层且左右各贴合于山体。
2.如权利要求1所述的小流域综合治理—再造良田新技术，其特征在于：在阻水坝前方建有辐射井，辐射井周围布设有集输管，集输管外围连通过滤层。
3.如权利要求2所述的小流域综合治理—再造良田新技术，其特征在于：集输管呈辐射状分布于辐射井周围。
4.如权利要求1所述的小流域综合治理—再造良田新技术，其特征在于：所述阻水坝坝体左右连接两侧沟崖，嵌入隔水层，下部深入隔水层。
5.如权利要求1所述的小流域综合治理—再造良田新技术，其特征在于：所述拦挡坝弧形坝体所对应的弧度为π/4至π/2，两段坝体中间连接处形成尖角，拦挡坝分级布置。
6.如权利要求1所述的小流域综合治理—再造良田新技术，其特征在于：所述透水性拦挡坝的块石网箱由网箱内干砌石构筑形成，网箱材料为经防腐处理的高强度钢丝。
7.如权利要求1所述的小流域综合治理—再造良田新技术，其特征在于：所述透水性拦挡坝阻挡的泥土沉积形成耕地，在耕地边界开挖拦渗沟，拦渗沟最下端抵达含水层或人造蓄水层，拦渗沟下层填充有大块碎石，碎石层上设有过滤层。
8.如权利要求1所述的小流域综合治理—再造良田新技术，其特征在于：所述拦挡坝阻挡地质灾害裹挟的石块、泥沙、淤泥等固体物质固淤造成良田，或收纳边坡修整、土方开挖带来的土方造成良田。
9.如权利要求7所述的小流域综合治理—再造良田新技术，其特征在于：所造耕地可通过抽取辐射井储存的水进行灌溉，形成具有自主灌溉功能的良田。
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