CN109914567A - 一种喀斯特地区石质损毁边坡水土流失防治系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种喀斯特地区石质损毁边坡水土流失防治系统，该系统包括：若干浆砌石挡墙、若干排水孔和浆砌石排水沟，其中：对于任一浆砌石挡墙，所述任一浆砌石挡墙设置于目标喀斯特地区的任意两个相邻损毁岩石之间，所述任一浆砌石挡墙的两侧与所述任意两个相邻损毁岩石无缝对接，所述任一浆砌石挡墙内部设置若干排水孔，所述浆砌石排水沟位于若干浆砌石挡墙外侧。本发明实施例利用损毁岩石修筑浆砌石挡墙，将浆砌石挡墙上方坡面汇流拦截，通过浆砌石挡墙内部排列分布的排水孔导入浆砌石挡墙外侧的浆砌石排水沟。浆砌石挡墙能够提高损毁岩石边坡的稳定性，减少土壤浸蚀。

Description

一种喀斯特地区石质损毁边坡水土流失防治系统

技术领域

本发明实施例涉及地质工程技术领域，尤其涉及一种喀斯特地区石质损毁边坡水土流失防治系统。

背景技术

我国是世界上喀斯特面积最大、分布最广、类型也最多的国家，长期以来，由于特殊的地质背景和人类活动的影响，加上不合理利用土地资源，西南喀斯特地区生态环境、贫困和经济发展矛盾突出。由于我国在喀斯特地区开展水土保持综合治理工作起步晚，研究基础薄弱，目前的水土流失防治技术和研究方法主要是借鉴其他类型区(如黄土高原地区)，忽视了本地区的地质地貌特点，收效甚微。

目前，在喀斯特地区主要应用的坡面水土流失防治措施包括工程措施和植物措施。其中工程措施有浆砌石护坡，在人为损毁的土石镶嵌的边坡自上而下，按照错缝咬合的方式排放浆砌石片，达到保护边坡稳定性，抑制水土流失的作用，但喀斯特地区损毁边坡由于露石的存在，施工困难，并且工程措施抑制生物的生长，降低边坡的生态效益。植物措施通过在损毁边坡实施适当人工植草，通过植物增加保土蓄水能力。

但是西南喀斯特地区边坡开挖后，露石间的土壤极易受到降雨径流的冲刷，同时边坡外露的石面由于缺少土壤和养分，栽植的植物自然更新和恢复的速度非常缓慢，治理较为困难。

发明内容

针对上述问题，本发明实施例提供一种喀斯特地区石质损毁边坡水土流失防治系统。

本发明实施例提供一种喀斯特地区石质损毁边坡水土流失防治系统，包括：若干浆砌石挡墙、若干排水孔和浆砌石排水沟，其中：

对于任一浆砌石挡墙，所述任一浆砌石挡墙设置于目标喀斯特地区的任意两个相邻损毁岩石之间，所述任一浆砌石挡墙的两侧与所述任意两个相邻损毁岩石无缝对接，所述任一浆砌石挡墙内部设置若干排水孔，所述浆砌石排水沟位于若干浆砌石挡墙外侧。

本发明实施例提供的一种喀斯特地区石质损毁边坡水土流失防治系统，利用损毁岩石修筑浆砌石挡墙，将浆砌石挡墙上方坡面汇流拦截，通过浆砌石挡墙内部排列分布的排水孔导入浆砌石挡墙外侧的浆砌石排水沟。浆砌石挡墙能够提高损毁岩石边坡的稳定性，减少土壤浸蚀。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中喀斯特地区石质损毁边坡示意图；

图2为本发明实施例提供一种喀斯特地区石质损毁边坡水土流失防治系统的结构示意图；

图3为本发明实施例中浆砌石挡墙的示意图。

附图标记：

101，坡面； 102，坡面上裸露的岩石；

103，土壤表面； 104，径流方向；

105，地下岩石； 106，剖面；

107，岩石夹层土壤侵蚀面； 201，浆砌石挡墙；

202，损毁岩石； 203，排水孔；

204，浆砌石排水沟； 205，沉沙池；

206，蓄水池。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有的喀斯特地区石质损毁边坡的治理措施和技术只能从一定程度上缓解水土流失，生态效益不明显，很难从根本上抑制土壤的流失，难以有效利用降雨资源。

图1为现有技术中喀斯特地区石质损毁边坡示意图，如图1所示，101表示坡面，102表示坡面上裸露的岩石，103为土壤表面，104表示径流方向，105表示地下岩石，106表示剖面，107表示岩石夹层土壤侵蚀面，由于道路工程等建设项目的人为扰动，对喀斯特地区完整的边坡造成严重损毁，岩石破损，土层外露，在没有任何保护措施的情况下，降雨产生的径流对岩石102中间夹层的土壤产生直接冲刷，造成严重的水力侵蚀，并且随着侵蚀的加剧，会形成侵蚀沟，沟头下切，并沿坡面上移，导致珍贵的土壤资源严重流失，加剧了当地生态环境的恶化，严重制约当地农业的发展。

针对该问题，本发明利用当地丰富的石质资源，设计一种水土流失防治系统，该系统能够有效控制水土流失，并且最大限度的存储降雨资源，使降雨径流变害为利，为该地区农业灌溉提供水源保障。

图2为本发明实施例提供一种喀斯特地区石质损毁边坡水土流失防治系统的结构示意图，如图2所示，该系统包括：若干浆砌石挡墙201、若干排水孔203和浆砌石排水沟204，其中：

对于任一浆砌石挡墙201，所述任一浆砌石挡墙201设置于目标喀斯特地区的任意两个相邻损毁岩石202之间，所述任一浆砌石挡墙201的两侧与所述任意两个相邻损毁岩石202无缝对接，所述任一浆砌石挡墙201内部设置若干排水孔203，所述浆砌石排水沟204位于若干浆砌石挡墙201外侧。

喀斯特地区的自然边坡遭到人为损毁后，会形成土石相间的剖面，岩石和岩石之间的土壤直接暴露在外，降雨后极易引发水土流失。岩石之间是坡面上方降雨汇流的出口，同时也是土壤侵蚀的策源地，大量土壤在水流的冲刷下脱离土体，随水流搬运、沉积；地表径流也通过岩石间的出口排走，造成大量雨水资源的浪费。

图3为本发明实施例中浆砌石挡墙的示意图，如图3所示，本发明实施例中将浆砌石挡墙201设置在损毁岩石202中间，并且浆砌石挡墙201与两个相邻损毁岩石202无缝对接，浆砌石挡墙201的内部设置有排水孔203，浆砌石挡墙201的外部设置浆砌石排水沟204，浆砌石排水沟204可以将排水孔203中流出来的水排出去。

本发明实施例提供的一种喀斯特地区石质损毁边坡水土流失防治系统，利用损毁岩石修筑浆砌石挡墙，将浆砌石挡墙上方坡面汇流拦截，通过浆砌石挡墙内部排列分布的排水孔导入浆砌石挡墙外侧的浆砌石排水沟。浆砌石挡墙能够提高损毁岩石边坡的稳定性，减少土壤浸蚀。

在上述实施例的基础上，优选地，还包括：沉沙池205和蓄水池206，所述沉沙池205位于所述浆砌石排水沟204的下方，且所述沉沙池205与所述浆砌石排水沟204连通，所述蓄水池206位于所述沉沙池205下方，所述蓄水池206与所述沉沙池205连通。

具体地，如图2所示，浆砌石排水沟204的下方还设置有沉沙池205，沉沙池205为一个球形空间，沉沙池205与浆砌石排水沟204连接，浆砌石排水沟204中排除的水流入沉沙池205，经过沉沙池205的过滤，最后雨水流入沉沙池205下方的蓄水池206，蓄水池206中不断存储浆砌石挡墙201内排水孔203流下来的雨水，可以用于农业灌溉使用。

在上述实施例的基础上，优选地，所述任一浆砌石挡墙的厚度范围为：25cm-35cm。

浆砌石挡墙的修建高度根据实际地形来确定，一般要高于自然坡面地表约15cm-25cm，宽度根据两侧岩石形状尺寸而定，挡墙两侧要紧贴两侧岩石，无缝对接。浆砌石挡墙的厚度范围为25cm-35cm，且浆砌石挡墙的厚度一般约30cm。

在上述实施例的基础上，优选地，所述任一浆砌石挡墙的地基深度范围为：30cm-40cm。

在上述实施例的基础上，优选地，所述排水孔的直径范围为：3cm-10cm。

浆砌石挡墙内部预留排水孔，排水孔直径优选为5cm。

在应用本发明实施例进行喀斯特地区石质损毁边坡治理时，本发明以某治理区域的石质损毁边坡治理为例，介绍本发明实施例具体使用和工作过程。

浆砌石挡墙修筑所用石料就地取材，片石形状不受限制，最小长度及中部厚度不小于15cm，块石形状大致方正，厚度不宜小于20cm。

浆砌石挡墙地基深度约30cm-40cm，采用人工开挖即可，有条件的地区也可采用机械开挖。砌体中的石块应大小搭配、相互错叠、咬接牢固，排水管预埋位置准确，最后砌体进行勾缝处理，满足美观和强度要求。

该治理区域中石质损毁边坡治理长度为50cm，浆砌石上方坡面垂直投影面积为7500m²(150m×50m)。浆砌石上方坡面由于降雨产生的径流量由以下公式确定：

H＝P×k， (1)

其中，H为径流深，单位为mm；P为降雨量，单位为mm；k为径流系数。

W＝H×F， (2)

其中，W为径流量，单位为m³；F为集水区面积，单位为m²。

根据该治理区域的水文手册，该地当年20年一遇最大24h降雨量为150mm，根据在当地设置的径流小区观测数据计算，有植物措施的径流系数为1.2％，由公式(1)和公式(2)可以得到该治理区域20年一遇最大24h径流流量W为：

W＝P×k×F＝150×0.012×7500×10^-3＝13.5m³， (3)

该治理区域的洪峰流量Q_m采用经验公式计算如下：

其中，t为洪水历时，单位为小时；

由公式(3)可以计算出该治理区域20年一遇最大24h洪峰流量为：

假设浆砌石排水沟的横断面为矩形，宽度为l，长度为h，根据谢才公式，浆砌石排水沟内水流流速为：

其中，n为糙率，混凝土的糙率取0.015；V为水流流速，单位为m/h；R为水力半径；J为比降。

S＝l×h， (6)

X＝l+2h， (7)

可以根据以上公式计算求得浆砌石排水沟内水流流量Q：

公式(8)中，n和J为已知数，Q由排水沟横截面的长和宽决定，必须满足一下条件：

Q≥Q_m， (9)

该治理区域的水流流量必须大于20年一遇最大24h洪峰流量。也就是浆砌石排水沟的水流流量要大于该治理区域预设时间段内的洪峰流量。

采用刻线法，在浆砌石挡墙内侧布设实际监测点，在岩石上刻画基准线，获取原地表土壤面位置高度，每年4月、8月、12月份观察各监测点土壤淤积厚度，换算出各样地保持土壤的量：

M＝S′×Δh×γ， (10)

其中，M表示土壤淤积量，单位为kg；S′表示监测样地面积，单位为m²；Δh土壤淤积厚度，单位为m；γ表示土壤容重kg/m³。

通过现场实测蓄水池内水量，来评价该技术的集蓄雨水效果。

通过2018年全年的实地测量，结果表明，在该治理区域区石质损毁边坡修筑挡墙具有显著水土保持效益，以面积为7500m²的边坡为例，全年拦截土壤120kg，集蓄降雨径流108m³，可以满足3亩幼龄苹果树全年的灌溉用水。

本发明实施例提供一种喀斯特地区石质损毁边坡水土流失防治系统，施工工艺操作简单、材料就地取材，该技术兼具保土、保水的作用，既能够有效防治水土流失，又能高效利用雨水资源，在喀斯特地区水土流失治理领域具有广泛的应用前景。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种喀斯特地区石质损毁边坡水土流失防治系统，其特征在于，包括：若干浆砌石挡墙、若干排水孔和浆砌石排水沟，其中：

对于任一浆砌石挡墙，所述任一浆砌石挡墙设置于目标喀斯特地区的任意两个相邻损毁岩石之间，所述任一浆砌石挡墙的两侧与所述任意两个相邻损毁岩石无缝对接，所述任一浆砌石挡墙内部设置若干排水孔，所述浆砌石排水沟位于若干浆砌石挡墙外侧。

2.根据权利要求1所述系统，其特征在于，还包括：沉沙池和蓄水池，所述沉沙池位于所述浆砌石排水沟的下方，且所述沉沙池与所述浆砌石排水沟连通，所述蓄水池位于所述沉沙池下方，且所述蓄水池与所述沉沙池连通。

3.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述浆砌石排水沟的水流流量大于所述目标喀斯特地区预设时间段内的洪峰流量。

4.根据权利要求3所述系统，其特征在于，所述浆砌石排水沟的水流流量的具体计算公式如下：

其中，Q表示所述浆砌石排水沟的水流流量，l表示所述浆砌石排水沟横截面的宽度，h表示所述浆砌石排水沟横截面的长度，J为比降，n为糙率。

5.根据权利要求3所述系统，其特征在于，所述目标喀斯特地区预设时间段内的洪峰流量具体计算公式如下：

其中，Q_m表示所述目标喀斯特地区预设时间段内的洪峰流量，t表示所述预设时间段，W表示所述目标喀斯特地区预设时间段内的最大径流流量。

6.根据权利要求5所述系统，其特征在于，所述目标喀斯特地区预设时间段内的最大径流流量具体计算公式如下：

W＝H×F，

其中，H表示径流深，F表示集水区面积。

7.根据权利要求6所述系统，其特征在于，所述径流深具体计算公式如下：

H＝P×k，

其中，P表示降雨量，k表示径流系数。

8.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述任一浆砌石挡墙的厚度范围为：25cm-35cm。

9.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述任一浆砌石挡墙的地基深度范围为：30cm-40cm。

10.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述排水孔的直径范围为：3cm-10cm。