南沟小流域典型骨干坝设计综述

张燕楠

（山西省水利水电科学研究院，山西 太原 030002）

1 概况

南沟小流域位于榆次城区正东16 km的东长凝村南，属黄河水系，为汾河流域的一级支沟，流域面积11.82 km2。该流域地貌类型为黄土丘陵沟壑区，其水土流失形式主要为水力侵蚀和重力侵蚀。流域水土流失面积8.04 km2，占全流域面积的68%。土壤侵蚀模数 7500 t/km2·a，年输沙量 5.63 万 t。

新建骨干坝控制流域面积6.28 km2，坝址位于南沟主沟，工程由土坝、放水建筑物和溢洪道三部分组成，最大坝高18.11 m，总库容65.44万m3，其中拦泥库容47.1万 m3，可淤地6.9 hm2。

2 工程建设目标

充分利用支沟窄、主沟宽的沟道特点，封堵支沟道，防止洪水冲刷，同时在合适的支沟道布设淤地坝；主沟道进行滩地整治，实现流域生态环境良性循环。

3 水文计算

设计洪峰流量计算：采用公式QP=C1·H24p·F2/3计算，其中QP为频率为P的洪峰流量；C1为洪峰地理参数，取0.17；H24p为频率为P的24 h暴雨量；F为淤地坝控制面积，取 6.28 km2。经计算：Q5%=72.5 m3/s，Q0.5%=111.6 m3/s。

洪水总量计算：采用公式WP=K·RP·F计算，其中WP为频率为P的设计洪水总量；K为小面积洪水折减系数，取1.0；RP为设计暴雨的一次洪水模数；F为淤地坝控制面积，取6.28 km2。经计算：W5%=20.9万m3，W0.5%=52 万 m3。

4 工程设计

4.1 设计标准

根据《水土保持治沟骨干工程技术规范》和《水土保持综合治理技术规范》中有关要求，结合本流域实际情况，确定骨干坝标准为20年一遇洪水设计、200年一遇洪水校核，设计淤积年限为20年。

4.2 骨干坝设计过程

4.2.1 水位库容函数关系

根据实测地形图数据：当水位为891.00 m时，库容为28.3万m3；当水位为893.00 m时，库容为40.5万m3；当水位为895.00 m时，库容为54.2万m3；当水位为897.00 m时，库容为69.8万m3，确定水位—库容曲线。

4.2.2 调洪演算

洪水粗调：水库淤积库容47.1万m3，相应淤积坝高14.7 m，即溢洪道底高程为894 m，对设计洪水和校核洪水进行粗调，求出溢洪道尺寸和泄洪流量。

洪水详调：根据某一时段内进库水量与出库水量之差，求得该时段内库水量增减的变化过程。经计算，初步选用溢洪道水深2.41 m（溢洪道进口底高程894.00 m），底宽 11.2 m，洪水位 896.41 m，相应库容65.44 万 m3。

4.2.3 规模确定

根据上述计算结果，确定拦沙库容为47.1万m3，相应水位为894.00 m，即溢洪道进口底高程；防洪库容为18.34万m3，相应水位为896.42 m，总库容65.44万m3，相应淤地面积 6.9 hm2。

4.2.4 坝体设计

坝高采用公式H=H拦+H滞+H安计算，其中：H为坝高；H拦为拦泥坝高，由水文计算可知拦泥库容，查水位库容曲线可得H拦=14.7 m；H滞为滞洪坝高，由水文计算可知滞洪库容，查水位库容曲线可得滞洪坝高H滞=2.41 m；H安为安全超高，由淤地坝安全超高表可查H安=1 m。经计算H=18.11 m。取坝顶高程897.5 m。

坝顶宽度与长度：坝顶宽取决于坝高，本地所修的骨干坝均为坝路结合，因此顶宽取6.0 m。坝顶长度151 m。

坝坡：根据坝高的不同，按土坝坝坡参数值表选取。当坝高超过15 m时，上下游坝坡设置马道，马道宽 2 m，马道上下坝坡一致，上游为 1∶2，下游为 1∶1.5。上游坝坡坡比为1∶2，在887.50 m高程处设2 m宽马道；下游护坡采用草皮防护，坡度1∶1.5，在887.50 m高程处设2 m宽马道，下游坝脚设置排水棱体。

4.2.5 反滤体

骨干坝下游坝脚设棱体排水，应用前期可有效排出渗流，降低坝体浸润线，防止下游坝脚遭受尾水淘刷，增加下游坝坡稳定性。

棱体顶宽2.5 m，顶高程880.30 m，上游侧边坡1∶1，下游侧边坡1∶1.5，与坝体土及坝基结合部分别设置由20 cm厚粗沙和20 cm厚碎石组成的反滤。

4.2.6 清基削坡

清理范围比坝脚加宽0.5 m，清基平均深度1 m；坑洞等须用填坝土夯填至设计建基面。两岸山坡应挖成斜面，其坡度土质岸坡不陡于1∶1.5，岩石岸坡不陡于1∶0.75，不能削成台阶形，更不允许有反坡，以保证坝肩结合良好。

清基后应人工开挖结合槽，从沟底到岸坡沿坝轴线方向开挖。结合槽底宽1 m、深1 m，边坡1∶1。结合槽上部回填坝体土时须按照《碾压土石坝设计规范》和《碾压土石坝施工规范》等要求进行结合面处理。

坝体填筑好后，为防止坝体冲刷，在坝体与岸坡结合处、下游马道内侧、坝顶下游侧及下游坝坡设置浆砌石排水沟，排水沟为净尺寸0.5 m×0.3 m的矩形断面，砌体厚20 cm。

4.2.7 溢洪道设计

溢洪道采用开敞式，由进口段、泄槽和消能设施三部分组成。

4.2.8 放水工程设计

流域骨干坝放水工程采取涵卧管形式，由卧管、涵洞、消力池和明渠陡坡段组成。

5 效益分析

南沟小流域典型骨干坝工程的建设，能够提高沟道侵蚀基准面，减少沟蚀、重力侵蚀。拦蓄洪水，削减洪峰，减轻水土流失对土地的破坏，减轻干旱对农业生产的危害，改善地方交通条件。

项目的实施，为实现优质、高产、高效的大农业奠定了基础，提高了劳动生产率，促进了土地利用结构与农村生产结构的调整，使农村人口、资源、环境与经济发展走上良性循环。