CN110055924A - 干旱半干旱区域，雨水、雪融化水、水资源及时截流，科学储存和利用 - Google Patents

Abstract

自然界干旱、半干旱区域也形成有河流或湖泊，每一条河流或每一个湖泊都有它的流域面积，在流域面积内有无数条沟壑(干河、季节河、小溪、)组成。每一条沟壑(详见图1、图2)又有它的流域面积(流域面积内水资源可利用蓄水量，应满足说明书中的要求)。在降雨或雪融化水及时截流，聚积、科学贮存，在缺水季节通过管道输送到下游农田(系统利用水的自然落差，不需任何动力)，为农作物膜内滴灌提供水源或补充农作物灌溉用水，扩大水资源利用增加耕地面积。减少水土流失，为农作物的丰收提供条件，是我国中西部半干旱和干旱地区农牧民发展生产脱贫方法之一。

Description

干旱半干旱区域，雨水、雪融化水、水资源及时截流，科学储存 和利用

一、技术领域

水资源开发利用，水是生命之源，是发展生产不可或缺的资源。

二、背景技术

1、自然界干旱、半干旱区域也形成有河流或湖泊，每一条河流或每一个湖泊都有它的流域面积，在流域面积内有无数条沟壑(干河、季节河、小溪)组成。每一条沟壑(详见图1、图2)又有它的流域面积。在降雨或雪融化水及时截流，收集、科学储存，为农作物膜内滴灌提供水源。

2、干旱、半干旱地区年降水量。

3、HDPE土工膜，全称高密度聚乙烯膜，具有优良的耐环境应力开裂性能，抗低温、抗老化、耐腐蚀、阻根等性能，以及较大的使用温度范围(-60℃-+60℃)和较长的使用寿命(50年)。

4、参考有关农作物膜内滴灌资料，干旱地区膜内滴灌每亩农作物从播种到收割需150M3水量，半干旱地区膜内滴灌每亩农作物从播种到收割需120M3水量。

三、发明内容

(一)、沟壑(干河、季节河、小溪)流域面积水资源可利用基础理论。

1、沟壑：是经历年水流冲刷形成的，而不是自然形成的沟壑。

2、干旱地区年降水量≥100mm，半干旱地区年降水量≥200mm的区域。年降水量小于100mm地区，不适用本理论。

3、沟壑流域面积应满足下列条件

沟壑流域面积≥蓄水量(1500.V)/年降水量×可利用系数，即：S≥1500.V/h.k

S：沟壑流域面积(m²)；V：是蓄水量1500M3的倍数，即；蓄水量＝1500×V，当蓄水量等于1500M3时，V＝1，(蓄水量应大于1500m3，最少满足10亩农田膜内滴灌需要，才有利用价值)；h：年降水量(单位m)；k：可利用系数(干旱地区可利用系数取1.5％，半干旱地区可利用系数取2.5％)。

(二)、砂石截流坝

山区或戈壁石流域的沟壑，根据沟壑的实际宽度，在拟修建砂石截流坝沟壑的自然地面进行平整，安装钢筋笼砂石截流坝。笼体与笼体之间采用电焊连接，钢筋笼(无盖矩形，采用直径12mm钢筋，钢筋与钢筋纵向或横向之间的距离均为150mm)详见图3，钢筋笼坝体连接完成后，在笼体内放置直径大于150mm卵石或块石，放满即可。该截流坝将沟壑顺水而下的粗砂和石块，截流在坝体内。土(沙)地质结构流域的沟壑不设砂石截流坝，直接修筑蓄水坝。

(三)、水源截流(蓄水坝)

拟修建的蓄水坝截面图(简易坝体)，详见图4，坝体采用就地取材的任意料(砂石土、砂土、红土、戈壁土、黄沙土等，粘土除外)填筑，厚50厘米填筑料压实一层，坝体的高度不得大于4.80米，坝体的上口宽度等于沟壑历年水流冲刷沟槽宽度/2，但坝体上口宽度最小不得小于4.0米。蓄水坝的作用，就是把沟壑流域面积内的降雨或雪融化水的水资源及时截流、聚积。通过输水管道向下游贮水池或农田提供水源，具体作法如下。

1、砂石截流坝与蓄水坝之间应大于150米。

2、蓄水坝体相对标高±0.00，为拟修建蓄水坝体实际沟壑底部的自然地面，详见图4。

3、蓄水坝迎水面铺设3mm厚HDPE土工膜，详见图4。

4、蓄水坝长度的1/2位置，在坝体相对标高+3.50m(管底标高)，埋设溢水管(泄洪管)，详见图5。根据沟壑流域面积可利用蓄水量的多少，选择溢水管管径，管径详见表1。

5、蓄水坝长度的1/4位置(选择下游拟修建贮水池一侧)。在坝体相对标高+0.36m(管底标高)，埋设泥沙排流管，管道的泥沙进口安装法兰盘和法兰堵盖，法兰堵盖与法兰盘顶部上端焊接一铰链链接上下自由转动，法兰堵盖外侧下部中点焊接一个直径25毫米螺母，用以穿拉钢丝绳索(直径5.4毫米钢丝绳)，在坝体上面打入土中80厘米深的钢丝绳索固定桩，固定桩用DN50镀锌钢管，桩长1.40米，管道泥沙出口安装法兰截止阀，详见图10。需排除泥沙时打开闸阀，通过坝体上的绳索拉开法兰堵盖，泥沙在水流的作用下排除，不用时松开绳索，法兰堵盖自由落下关闭，然后再关闭闸阀。同时泥沙排流管也有泄洪的功能。根据沟壑流域面积可利用蓄水量的多少，选择泥沙排流管管径，详见表1。

6、蓄水坝长度的1/5位置(选择下游拟修建贮水池哪一侧)，在坝体相对标高+0.6m(管底标高)埋设输水管(详见图6、表2)，向下游贮水池和农田输送水源，根据沟壑流域面积可利用蓄水量的多少，选择输水管管径，详见表1。

7、溢水管、泥沙排流管采用螺旋焊缝电焊钢管，输水管道为普通焊接钢管，埋设在坝体内的管道均涂刷两道热沥清防腐，所有外露管道均刷防锈漆两道。泥沙排流管、输水管、虹吸管闸阀设闸阀井，闸阀井详见图集05S502-16页，沿沟壑明装敷设的输水管道闸阀不设闸阀井。蓄水坝外侧泥沙排流管、输水管从坝体到闸阀井之间和闸阀井四周均覆土1.80米厚，防止冬季冻坏管道及闸阀。

8、溢水管、输水管外出蓄水坝底部后均设管道固定支墩，管道固定支墩详见图5、图6、图7、图8、图9。管道固定支座为现浇混凝土，砼标号C25。混凝土浇灌之前，在管道两侧中下部，马凳筋与管道焊接(详见图7、图8、图9)，然后与混凝土浇灌成一体，牢固的固定管道。

9、输水管管道采用焊接连接，管道沿沟壑明装敷设，直达下游农田，长度大于或等于50m，设一个伸缩补偿器，详见图16，并且依据管道安装规范要求，设置管道支墩。

10、溢水管、输水管的进水口安装钢筋方格网蓖子(用直经12mm钢筋焊接成5cm×5cm方格网)，过虑水中飘浮物。

11、输水管道的功能：①是贮水池的供水主管道，又是贮水池的水经过虹吸支管(选用DN75、HDPE管)，进入输水管道，经输水管道输送到农田。②也是蓄水坝截流的水资源多余部分直接输送下游(相对标高-3.50M以下)农田的供水主管道。③又可在洪水来临时直接向沟壑排放洪水。详见图6、图17、表2、表1。

(四)、水资源贮存

1、修建贮水池

(1)、贮水池详见图11、图12、图13、图14。

(2)、在蓄水坝下游低于-0.60m(相对标高)，沟壑两侧较为平坦的位置，选择能满足修建贮水池的面积。

(3)、按照贮水池图示尺寸，挖池槽土方。并做池槽四周侧面边坡和底部的土方平整。清除表面裸露的具有刺破隐患的物质，如砖、石、瓦块、玻璃和金属碎屑、树枝、植物根茎等障碍物。在平整好的池槽四周侧面斜坡及底部土面基层上，随洒水浇湿随抹3厘米厚泥巴(搅拌泥巴的土要过筛，不加入麦草、锯末、杂草等)，待泥巴晒干后，池槽四周侧面斜坡和底部满铺防渗土工布(复合土工膜)一层，详见图11、图12、图13、图14。(防渗土工布选用幅宽5.4m，厚度400g/m²，长度根据池槽尺寸确定，数量2块)，防渗土工布一块幅面宽度不够采用两块幅面拼接在一起，采用热熔焊接，焊接形式为双焊道，焊道搭接宽度80-100mm，焊缝铺设在沟槽中间。

(4)、拟修建的贮水池地质为戈壁卵石或碎石，池槽挖好后，在平整好的池槽四周侧面斜坡和底部清除表面裸露的具有刺破隐患的碎石，随洒稀水泥浆水浇湿，随抹3厘米厚1：3水泥砂浆，压实抹光(一周内撒水养护)，沿沟槽的纵向，间隔4米，留一道1厘米宽的伸缩缝(伸缩缝内用细沙填实)，待水泥砂浆凝固后，池槽四周侧面斜坡和底部满铺防渗土工布(复合土工膜)一层，详见图11、图12、图13、图14。(防渗土工布选用幅宽5.4m，厚度400g/m²，长度根据池槽的长度而定，数量2块)，防渗土工布一块幅面宽度不够采用两块幅面拼接在一起，焊缝采用热熔焊接，焊接形式为双焊道，焊道搭接宽度80-100mm，焊缝铺设在沟槽中间。

(5)、在池槽四周侧面斜坡和底部铺好的防渗土工布上面，铺设第一层HDPE土工膜(选用HDPE土工膜厚3mm、幅宽8m、长度根据池槽的长度而定，数量2块，两幅面宽度拼接一起，拼接缝采用热熔焊接，焊接形式为双焊道)，详见图11、图12、图13，从池槽的一侧边沿开始铺设到沟槽的另一侧边沿，多余幅面宽度的土工膜卷好后放在沟槽的一侧，待后覆盖HDPE土工膜内胆使用。

(6)、在池槽铺好的第一层HDPE土工膜上，铺设第二层HDPE土工膜内胆，选用HDPE土工膜厚3mm、宽8m、长度根据沟槽的长度而定，数量2块，两块幅面上下重合对齐，沿四周边沿焊接封闭，制作成密封封闭的袋状。焊缝采用热熔焊接，焊接形式为双焊道，焊道搭接宽度80-100mm，即为；贮水池HDPE土工膜内胆。然后铺设在沟槽内第一层土工膜上，详见图11、图12、图13，焊缝放置在沟槽两侧面斜坡中上部，并且用肉眼检查，对破损部位修复(裁剪规格相同的材料，热熔粘补)，充气压力法检测0.04Mpa，达到要求后，将第一层HDPE土工膜覆盖到第二层HDPE土工膜内胆上面，将池槽一侧和两端开口的第一层HDPE土工膜焊接封闭(不做充气压力检测)，焊道搭接宽度80-100mm，外层和内胆土工膜铺设完成后，在池槽上面高10厘米处(四周大于50cm)用绳系固定，拉设遮阳网一层覆盖(遮阳网固定桩采用DN15镀锌钢管，长50厘米，打入土中38厘米深)，详见图12、图13，待灌水贮存使用。

(7)、在沟壑流域面积水资源满足的条件下，可在下游根据实际地形修建多个大小不等的贮水池，贮存水量。

(8)、在同一块地面面积上有一个贮水池或多个贮水池的四周安装铁丝网围栏，防止动物对贮水池的破坏。

(9)、HDPE土工膜在铺设中，应避免产生人为褶皱，温度较低时，应尽量拉紧、铺平，土工膜铺设完成后，应尽量减少在膜面上行走，搬动工具等，现场施工人员要穿平底鞋，以免对膜造成意外损伤。

(10)、在温度低于6℃，风力大于4级以及雨雪天气一般不应铺设土工布、土工膜。

(11)、贮水池：详见图11、图12、图13、图14，其原理就是把水密封封闭在双层HDPE土工膜内保存，减少水的渗漏和蒸发，保持贮存水量，待缺水季节供农作物膜内滴灌提供水源或农作物补充用水。

2、水资源贮存

(1)、沟壑流域面积降雨和融化雪水季节蓄水坝截流的水量，及时通过管道输送到贮水池保存。

(2)、贮水池沟槽两端上面中间封闭好的双层土工膜，在灌水之前，用剪刀裁大小与管径相同的孔洞，一端插入输水管道消防水带(详见图17、表2)，向池内注水(开始注水要缓满，避免冲坏池底HDPE土工膜，待池底水深达到20cm后，才可放中到大水)，沟槽的另一端在池内灌水时向外排气，待贮水池装水量达到95％即可停止灌水，抽出消防水带，用相同的材料热熔粘补封闭两端孔洞。密封保存贮水池水量，待缺水季节使用。

(3)、冬季结冰前应将贮水池内的水排除干净，避免水结冰刺坏HDPE土工膜内胆。

(4)、储水池上面固定张拉覆盖的遮阳网，在使用过程中，氧化破损、外力损坏应及时更换，避免大风刮坏贮水池HDPE土工膜。

(5)、也可在沿河流域修建贮水池，利用洪水期(积雪融化、暴雨季节)引河水或渠水，贮存到贮水池中保存，待枯水季节供下游农作物灌概使用。

(五)、水资源利用

1、在贮水池沟槽底-2.10米的哪一端，挖管沟土方，埋设虹吸支管(采用HDPE管，管径DN75，在虹吸管上部安装支管DN20和DN20球阀，向虹吸管内灌水使用，当虹吸管内灌水时，关闭虹吸管闸阀，水灌满后关闭上部DN20球阀，然后打开虹吸管闸阀，水自然流出。另外靠近贮水池一端的虹吸管采用活节安装，便于拆卸)，详见图15、图17、表2。所有贮水池中的水，通过虹吸支管进入输水主管道，输水主管道沿自然沟壑敷设，供下游(相对标高-3.50米以下)农田膜内滴灌使用或缺水季节补充农作物灌溉用水。

2、在蓄水坝截流的水量充足时，可直接通过输水管道向下游(相对标高-3.50米以下)农田灌溉供水，输水管道系统，详见图17、表1、表2。

3、增加水资源利用，扩大耕地面积，为农作物丰收提供条件，是我国中西部半干旱和干旱地区农牧民发展生产脱贫方法之一。

4、减少水土流失。

5、贮水池的贮水技术，也可用于干旱、半干旱区域山区森林消防灭火提供水源(冬季结冰除外)。

(六)、其它

1、上述中的所有标高，是相对±0.00。

2、贮水池的贮水内胆HDPE土工膜袋，每年在贮水之前充气试压检查，发现漏洞和破损及时焊接修补。

3、大雨、暴雨天和积雪融化季节要专人管理，及时贮存水源和防洪。

4、本系统的管理和维护用房一间，建议采用保温夹心彩钢板，面积的大小按实际需求而定，有使用者自行考虑，这里不作详细论述。

5、农作物膜内滴灌技术，不是本项目研究的范畴，不作论述。

四、附图说明

图1：是山区沟壑流域局部地形图片；图2：是黄土高原沟壑流域局部地形图片；图3：砂石截流坝无盖距形钢筋笼；图4：蓄水坝体截面图；图5：是蓄水坝长度的二分之一位置蓄水坝与溢水管(泄洪管)剖面图；图6：是蓄水坝长度的五分之一位置蓄水坝与输水管道剖面图；图7、图8、图9现浇混凝土管道固定支墩；图10：是蓄水坝长度的四分之一位置蓄水坝与泥沙排流管剖面图；图11、图12、图13、图14：是贮水池具体作法；图15：贮水池虹吸管安装图示；图16：输水管道伸缩补偿器；图17：管道系统图。

五、具体实施方式

1、根据当地的地形图或采用JPS定位测量确定沟壑流域面积，计算水资源可利用的蓄水量。

2、在沟壑内选择拟修建蓄水坝的具体位置，建造蓄水坝。

3、在蓄水坝下游选择符合条件的场地，修建贮水池。

4、系统管道安装。

5、运行管理与维护。

表1

Claims (2)

1.干旱、半干旱区域沟壑(干河、季节河、小溪)流域面积内水资源可利用计算基础理论。

2.干旱、半干旱区域，在沟壑流域面积内降雨、雪融化水，水资源的及时截流，科学储存和利用。