麦积区席子沟流域淤地坝工程施工设计

温爱存(甘肃林业职业技术学院，甘肃 天水 741020)

为了改善生态环境，加强黄河上中游水土保持工作，进一步提高小流域治理水平，建设高效高标准的示范流域，按照小流域治理原则，生物措施与工程措施相结合、坡面工程与治沟工程相结合，尤其对于治沟工程，通过布设修建水土保持治沟淤地坝工程，拦蓄泥沙，缓洪淤地，充分利用水资源，加强综合治理，提高沟道坝系的抗洪能力，在小流域综合治理方面发挥重要作用。

1 席子沟流域基本情况

1.1 席子沟流域概况

席子沟淤地坝工程位于藉河南岸支沟桥子沟一级支沟，属北道区新阳镇席东村辖区内，流域面积1.05km2，流域海拔高程1728m，主沟道断面呈U型，平均比降8.01%，地面组成物质为黄土，沟床有红土层基岩出露。

该项工程设计坝高8.5m，总库容14.4160万m3，其中淤积库容4.0385万m3,防洪库容10.3775万m3，坝顶宽度确定为2m，坝顶长35m，建成后淤地面积1.2hm，坝型采用“两大件”形式，为均质夯填土坝，按五等级土坝设计，依据相邻测站实测降雨、洪水及输沙量推算，确定按20年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。

1.2 席子沟流域地形自然状况

流域属黄土丘陵覆盖低中山区，植被及条件差，第三系土层以上第四系黄土流失严重，多年平均侵蚀模数5000T/km2,沟上游分水岭为刺槐林带。该流域主沟道长1.43km，支毛沟15条，沟壑密度7.2km/km2,主沟道平均比降8.01%,库区沟道比降1.4%。

1.3 席子沟流域内社会经济状况

流域内所属两村有农户82户，人口315人，劳力133个，耕地面积63hm2，人均0.2hm2，人均产粮475kg，人均纯收入760元。

1.4 席子沟流域治理现状及规划

截止2014年底，全流域现有梯田11hm2，人工林地20hm2，草地2hm2，坡耕地30hm2，荒地25hm2，水土保持治理程度31.4%。为使流域治理达到沟坡兼治,使流域治理程度达到80%，结合淤地坝坡建设，规划在三年内完成治理面积54hm2，其中：坡改梯12hm2，营造水保林22hm2，经果林14hm2，种草3hm2，治理程度达82.9%。

1.5 席子沟流域水文气象

席子沟流域水文气象资料依相邻流域实测资料分析确定。流域多年平均气温10.8℃,无霜期184天,流域年平均降水量580mm,径流模数6.01万m3/km2,输沙模数5000吨/km2;水量在年内分配不均,主要集中于7-9月,内占全年降水量54.5%,沟道内有少量流水。

1.6 席子沟拟建工程情况

该坝控制流域面积1.05km2，坝址以上主沟道长1.43km，沟道平均比降为8.01%，坝址处土层较厚，以第四系黄土、壤土为主，土层厚2-10cm，土层以下第三系丘陵地形,两岸坡积物分布为土夹碎石，下覆第三系泥岩及粘土，沟底覆盖洪积砂砾及淤泥，无基岩出露，属土质山区。

坝上游右岸全部为黄土质，土层较厚，可满足筑坝之用，作为取土场，沟道内有较小流量常流水，可作为施工用水，同时施工期还需修筑围堰及临时排水渠道。

2 水文计算

2.1 设计标准

椐据《水土保持治沟淤地坝工程技术规范》（SD175-86）的要求及相邻小流域资料推算，确定洪水重现期20年一遇为设计标准（P=5%），200年一遇为校核标准（P=0.5%）。

2.2 设计洪峰流量

主要参数确定:

流域面积F=1.05km2,从1/10000地形图上用求积仪法量得,沟长L=1.43km,纵沟道比降J=8.01%,由实测资料:

暴雨参数n，SP确定,根据《甘肃省水文图集》和《天水地区水文手册》综合分析确定，暴雨衰减指数n值当t＜1h 时 ,取 n=n1(n1=0.6),1＜t＜24 时 ,取 n=n2(n2=0.7)。

汇流参数m根据《甘肃省暴雨洪水图集中的经验公式》及《工程水文及水利计算》中的取值综合分析确定，取m=0.8。

设计洪峰流量采用《水土保持治沟淤地坝工程技术规范》（SD175.86）中的推理公式,按下式计算:

P=5%时,Qmp=0.278φ(SP/τη)F

=0.278×0.96×(42.2/0.56230.7)×1.05

=17.69m3/s

P=0.5%时,Qmp=0.278φ(SP/τη)F

=0.278×0.97×(64.87/0.4920.7)×1.05

=30.18m3/s

2.3 设计洪水总量的计算

根据《甘肃省水土保持淤地坝工程技术手册》推理公式，采用铁一院两所法，按下式计算确定：WP=1000n2.Sp.F［(1-n2)Sp/U］(1-n2)/n2

当P=5%时,WP=6.3035万m3

当P=0.5%时,WP=10.3775万m3

2.4 输沙量计算

根据《规范》（SD175-86）按下式计算

Wsb=5000×1.05=5250t/a,式中Wsb为多年平均总输沙量(t/a)

2.5 调洪演算

该项工程按"两大件"设计即坝体、溢洪道工程，由于滞洪库容小，调洪演算不予考虑。

3 工程设计

3.1 工程布设

根据坝址地形及地质条件布设"两大件"即坝体与溢洪道工程。

大坝坝体为均质夯填土坝,坝顶高程1621.5米,坝底基础高程1613米,最大坝高8.5米,大坝主体由黄土夯填,溢洪道工程布设在坝右岸坡上,长度52米。

3.2 库容及断面确定

3.2.1 拦泥库容采用下式计算

式中:Wsb-多年平均输沙量(t/a)由水文计算确定

γ-淤积泥沙干容重 取用1.3t/m3

N-设计淤积年限,根据《水土保持治沟淤地坝工程技术规范》及流域侵蚀状况等因素确定为10年。

由上式计算求得淤积库容为4.0385万m3,从坝高-库容关系曲线上查得拦泥坝高HL=6.0m,拦泥淤积高程为1619m。

3.2.2 溢洪道的确定

溢洪道的最大汇洪量和断面尺寸按设计洪峰量计算:

3.2.3 坝高的确定

坝高由拦泥坝高,溢洪道与安全超高三部分组成.根据《规范》（SD175-86）安全超高确定为0.5m，最后坝高为H=HL+HZ+h=6+2+0.5=8.5m

3.2.4 坝体断面尺寸的确定

坝顶宽度:该坝无交通要求,拟定为2m。

坝坡:上游坝坡,坡率为1.5;下游坝坡坡率为1.25。

坝体排水:根据坝址部位地质及土壤条件,设置贴堆式反滤体,高2.0m,顶宽1.0m,内坡1:1,外坡1:1.5,外坡采用0.5m干砌石,内坡分别为0.25m粗砂及0.25m小砾石,内填卵石。

3.2.5 护坡、坝基和岸坡处理

土坝下游坝坡采用人工草护坡,筑坝前在清基范围内,将所有地面物如树木、树根、草皮、卵石、砾石，清除干净，土坝所在位置，基础坝肩、岸坡清至基岩层，左岸山坡挖成斜面，坡比1:2,右岸山坡坡度1:2.5,坝基坝坡开挖一道结合槽,结合槽深1.5 米,底宽2.0米,梯形边坡1:1。

3.3 溢洪道工程设计

溢洪道工程采用明渠式,布置右岸边,由进口段、陡坡段和挑流段组成，用浆砌石构筑；长52m，设计尺寸结构详见附图，结合齿墙的设置，每10米设一伸缩缝（沉陷缝），缝宽2cm，用沥青油毡填塞，以增强稳定性。

4 工程量及概算编制

4.1 工程量

土方开挖1235m3,夯填土方2845万m3,浆砌石方98m3,干砌石19.5m3,投工310工日,架子车台班46个。机械台班15个。

4.2 材料

经概算，需投资水泥28T，块石97.9m3,砂石料74.5万m3。

4.3 工程概算编制

依据《黄河上中游水土保持治沟淤地坝工程扩大初步设计概算编制方法》（1993），参照《黄河水土保持生态工程概算定额》（2001）结合当地工程施工条件，进行工程概算定额分析，按照工程分项单项工程及工程总投资。

计算得该项工程总造价为4.9405万元,其中坝体造价2.8825万元,溢洪道工程1.9580万元,其它0.1万元。

5 效益分析

5.1 保水、保土效益

淤地坝的建成，减轻流域内沟蚀，制止沟头前进，沟底下切及沟岸扩张侵蚀，按照工程设计可拦蓄坡沟泥沙4.0385 万 m3。

5.2 经济效益

直接经济效益：坝库可增淤地1.2公顷。

间接经济效益：坝库蓄水增大灌面，可保灌农田及果园20公顷，增收2万元。

5.3 社会效益

淤地坝工程的建成，将对流域土地得以保护不遭沟蚀破坏，减轻下游泥沙危害和洪涝灾害。同时合理利用水资源，兴修水利水保工程，改善农业基础条件，促进农业生态发展和群众脱贫致富奔小康，有一定作用。

5.4 生态效益

工程建成后，能够有效地拦洪泄洪，减少洪水流量，增加常水流量，水圈生态效益明显。