溝渠工程水平溝

3.4山邊溝渠工程一、溝渠工程的定義與功能1、定義為防治坡面水土流失而修建的截排水設(shè)施，統(tǒng)稱山坡溝渠工程。山坡溝渠工程是坡面治理的重要組成部分。2、功能（1）攔截坡面徑流，引水灌溉；（2）排除多余來水，防止沖刷；（3）減少泥沙下瀉，保護坡腳農(nóng)田；（4）鞏固和保護治坡成果。二、溝渠工程的類型（1）截水溝。水平溝、沿山溝、攔山溝、環(huán)山溝、山圳以及梯田內(nèi)的邊溝、背溝；（2）排水溝。撇水溝、天溝、排洪溝；（3）蓄水溝。水平竹節(jié)溝；（4）引水渠。堰溝；（5）灌溉渠三、溝渠工程規(guī)劃與設(shè)計（一）、規(guī)劃原則（1）坡面溝渠工程應(yīng)與梯田、耕作道路、沉沙蓄水工程同時規(guī)劃，并以溝渠、道路為骨架，合理布設(shè)截水溝、排水溝、蓄水溝、引水渠、灌溉渠、沉沙池、蓄水池等工程，形成完整的防御、利用體系。（2）根據(jù)不同的防治對象，因地制宜確定溝渠工程的類型、數(shù)量，并按高水高排或高用、中水中排或中用、低水低排或低用的原則設(shè)計。（3）在坡面上一般應(yīng)綜合考慮布設(shè)截、排、引、灌溉渠工程，截水溝、排水溝可兼做引水渠、灌溉渠。（4）截水溝一般應(yīng)與排水溝相接，并在連接處前后作好沉沙、防沖設(shè)施。（5）梯田區(qū)域內(nèi)承接背溝兩端的排水溝，一般垂直等高線布設(shè)，并與梯田兩端的道路同向，呈路邊溝或路代溝（為凹處）狀，土質(zhì)排水溝應(yīng)分段設(shè)置跌水，一般以每臺梯面寬為水平段，每臺梯坎高為一級跌水，在跌水處作好鋪草皮或石方襯砌等防沖消能措施。（6）截水溝和排水溝、引水渠、灌溉渠在坡面上的比降，應(yīng)視其截、排、用水去處（蓄水池或天然沖溝及用水地塊）的位置而定。當截、排、用水去處的位置在坡面時，截水溝和排水溝可基本沿等高線布設(shè)，溝底比降應(yīng)滿足不沖不淤流速；溝底比降過大或與等高線垂直布設(shè)時，必須作好防沖措施。（7）一個坡面面積較小的溝渠工程系統(tǒng)，可視為一個排、引、灌水塊。當坡面面積較大，可劃分為幾個排、引、灌水塊或單元，各單元分別布置自己的排、引、灌去處（或蓄水池或天然沖溝或用水地塊）。（8）坡面溝渠工程規(guī)劃還應(yīng)盡量避開滑坡體、危巖等地帶，同時注意節(jié)約用地，使交叉建筑物（如涵洞等）最少，投資最省。（二）設(shè)計

1、暴雨徑流的設(shè)計（1）設(shè)計標準根據(jù)水土保持國家標準GB／T16453.l－16453.6《水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范》1996，小型蓄排水引水工程中規(guī)定，防御暴雨標準，按10年一遇24h最大降雨量設(shè)計。（2）坡面徑流量、洪峰流量與土壤侵蝕量的確定。目前，長江流域各地均用了大量中小河流實測資料的小區(qū)徑流觀察資料，編制有《水文手冊》，應(yīng)查閱當?shù)亍端氖謨浴方榻B的不同的暴雨徑流量與土壤侵蝕量。以一次暴雨徑流模數(shù)Mw（m3/km2）、設(shè)計頻率暴雨坡面最大徑流量（或設(shè)計洪峰流量）Q（m3/s）和年均土壤侵蝕模數(shù)Ms（t/km2）表示。2、截水溝的容積尺寸①每道截水溝的容量（V）按下式計算：V=Vw十Vs式中：V——截水溝容量，m3；Vw——一次暴雨徑流量，m3；Vs——1～3年土壤侵蝕量，m3；Vs的計量單位，應(yīng)根據(jù)各地土壤的容重，由噸折算為m3。上式中Vw和Vs值按下式計算。Vw=Mw×FVs=3Ms×F式中：F——截水溝的集水面積，km2；Mw——一次暴雨徑流模數(shù)，m3/km2；Ms——年均土壤侵蝕模數(shù)，t／km2；

②根根據(jù)據(jù)V值值按按下下式式計計算算截截水水溝溝斷斷面面面面積積。。A1=V／L式中：A1——截水溝斷斷面面積，m2；L——截水溝溝長度，m。。參考尺寸截水溝一般采采用半挖半填填作為梯形斷斷面，其斷面面要素、符號號、常用數(shù)值值如下：溝底寬（Bd）：0.3～0.5m；溝深（H）：：0.4～0.6m；內(nèi)坡比（mi）：1：1；外坡比（mo）：1:1.5。補充：兩條蓄水溝溝間距離確定定式中：Vk——土壤發(fā)生流流失作用的流流速，m/s；m—流速系數(shù)數(shù),據(jù)地形切切割度大小而而定，1＜m＜2；C—據(jù)坡降i和地面粗糙糙率n決定的的系數(shù)，L——臨界溝溝間距離(斜斜距)m;h—降雨強度度，m/s;φ—徑流系數(shù)數(shù)。舉例在我國水土流流失嚴重的黃黃土地區(qū)，當當?shù)乇韽搅髁髁魉贋?.16m/s時時，最細的粘粘土粒就會流流失，若m=2，C=30i1/2，h為2mm/分，徑流流系數(shù)φ=0.8，，則當坡度為為30°時，溝間沿斜斜坡的最大距距離為多少？？最大水平距距離為多少？？提示若截水溝只為為蓄積徑流泥泥沙，斷面設(shè)設(shè)計滿足容積積水、沙即可可；但若還有有排除徑流泥泥沙的目的，，則斷面尺寸寸需要按渠道道設(shè)計程序，，滿足Q和V的要求。3、截水溝斷斷面設(shè)計（1）截水溝溝斷面設(shè)計公公式截水溝斷面積積A2，根據(jù)設(shè)計頻頻率暴雨坡面面匯流洪峰流流量，按明渠渠均勻流公式式計算。A2＝Q/V式中：A2——截水溝過過水斷面面積積，m2；Q——設(shè)計坡坡面匯流洪峰峰流量，m3/s；C——謝才系系數(shù)；R——水力半半徑，m；i——截水溝溝溝底比降。。①Q(mào)值的計算：坡面小匯水水面積的設(shè)計計洪峰流量的的計算，常采采用區(qū)域性經(jīng)經(jīng)驗公式。Qp=KImFn（適用于F>=10km2的小流域）Qp=CpFn（適用于1km2＜F＜10km2的小流域）Qp=CpF（適用于F<=1km2的小流域）以上3式中：：Qp——設(shè)計頻率率暴雨產(chǎn)生的的洪峰流量，，m3／s；K——綜合系系數(shù)（反映地地面坡度、河河網(wǎng)密度、河河道比降、降降雨歷時及流流域形狀等因因素）；I——設(shè)計頻頻率暴雨凈雨雨深，mm；m——峰量關(guān)關(guān)系指數(shù)；F——小流域域面積或坡面面排水塊匯水水面積，km2；n——隨匯水水面積的增大大而遞減的指指數(shù)；Cp——與流域自自然地理、下下墊面因素有有關(guān)的系數(shù)。。這些區(qū)域性經(jīng)經(jīng)驗公式，主主要因子是地面坡度和設(shè)計暴雨下下的下墊面因素，用主要因子子建立查算表表，使用十分分方便。將地面平均坡度度劃分為5°、、10°、15°、20°、25°°、30°以以上6級，使使每個級差的的設(shè)計洪峰流流量均有一定定差異。在野野外可以測算算梯田、林草草地、坡耕地地、荒坡以及及裸露土石山山坡等不同下下墊面排水塊塊的匯水面積積及其各排水水塊的平均地地面坡度。下墊面因素，可用暴雨徑徑流系數(shù)表示示，暴雨徑流流系數(shù)可參考考下列情況取取用：梯田、、林草地面積積占70％以以上取0.70；梯田或或林草地、坡坡耕地面積各各占50％左左右取0.80；坡耕耕地、荒坡面面積占70％以上取0.90；；基巖裸露面面積占50％％左右的瘠薄薄坡耕地取0.95。確定了地面平平均坡度和暴暴雨徑流系數(shù)數(shù)后，可根據(jù)據(jù)排水塊匯水水面積，查出出設(shè)計洪峰流流量。P118表4－3為四川及重慶慶地區(qū)小匯水水面積10a一遇設(shè)計洪洪峰流量查算算表。②R值的計算：R=A2/x式中：x———截水溝斷面面濕周，m，，系指過水斷斷面水流與溝溝槽接觸的邊邊界總長度。。矩形斷面：X=b＋2h梯形斷面：X=b＋2h式中：b———溝槽底寬，，m；h——過水深深，m；m——溝槽內(nèi)邊邊坡系數(shù)。③C值的計算：一般采用滿滿寧公式。式中中：：n————溝溝槽槽糙糙率率。。與與土土壤壤、、地地質(zhì)質(zhì)條條件件及及施施工工質(zhì)質(zhì)量量等等有有關(guān)關(guān)，，一一般般土土質(zhì)質(zhì)截截水水溝溝取取0.025左左右右。。④i值值的的選選擇擇：截截水水溝溝溝溝底底i值值與與斷斷面面設(shè)設(shè)計計是是互互為為依依據(jù)據(jù)、、相相互互聯(lián)聯(lián)系系的的，，不不能能把把它它們們截截然然分分開開確確定定，，而而應(yīng)應(yīng)交交替替進進行行，，反反復(fù)復(fù)比比較較，，最最后后確確定定合合理理的的方方案案。。i值值主主要要決決定定于于截截水水溝溝沿沿線線的的地形形和土質(zhì)質(zhì)條件件，，一一般般i值值與與溝溝沿沿線線的的地地面面坡坡度度相相近近，，以以免免開開挖挖太太深深；；同同時時還還應(yīng)應(yīng)滿滿足足不不沖沖不不淤淤流流速速的的要要求求。。長長江江流流域域的的山山地地、、丘丘陵陵區(qū)區(qū)土土質(zhì)質(zhì)i值值一一般般選選擇擇1/300比比較較適適宜宜，，最最大大不不超超過過1/100，，最最小小不不小小于于1/500。。為為了了施施工工方方便便，，同同一一條條溝溝（（跌跌水水除除外外））最最好好采采用用一一個個i值值。。為為了了防防止止泥泥沙沙淤淤積積，，不不淤淤流流速速（（最最小小允允許許流流速速））一一般般采采用用0.20～～0.50m/s，，見見P121表表4－－4。。土壤質(zhì)地不淤流速重粘壤土0.75～1.25中粘壤土0.65～1.00輕粘壤土0.60～0.90粗砂土（d=1～2mm）0.50～0.65中砂土(d=0.5mm)0.40～0.60細沙土(d=0.05～0.1mm)0.25淤土0.20表4－－4截截水水溝不不淤流流速m/s也可根根據(jù)水水流中中泥沙沙的類類別按按下式式計算算。Vk=φR1/2式中：：Vk——最最小不不淤流流速，，m／／s；；R———水力力半徑徑，m；φ——系系數(shù)，，可在在表4－5中選選用。。泥沙類型φ值泥沙類型φ值粗沙0.65～0.75細沙0.45～0.55中沙0.55～0.65極細沙0.35～0.45表4－－5不不同泥泥沙φ值補充：不沖沖流速速土壤名稱干重（t/m3）不沖允許流速V不沖（m/s）輕壤土1.3-1.70.60-0.80中壤土1.3-1.70.65-0.85重壤土1.3-1.70.70-1.00粘土1.3-1.70.75-0.95表1均均質(zhì)質(zhì)粘性土土不沖流流速（（R=1）表2均均質(zhì)無粘性性土不沖流流速（（R=1）土質(zhì)粒徑(mm)V不沖（m/s）土質(zhì)粒徑(mm)V不沖（m/s）極細砂0.05-0.100.35-0.45中礫石5-100.90-1.10細砂和中砂0.25-0.500.45-0.60粗礫石10-201.10-1.30粗砂0.5-2.00.60-0.75小卵石20-401.30-1.80細礫石2.0-5.00.75-0.90中卵石40-601.80-2.20當渠道道水力力半徑徑R≠≠1m時，，表中中數(shù)值值應(yīng)乘乘以Rα，即得得相應(yīng)應(yīng)的V不沖值。α值的的確定定：①對于于砂礫礫石、、卵石石及疏疏松的的砂壤壤土、、壤土土、粘粘土，，α=1/3～1/4;②對于于中等等密實實和密密實的的砂壤壤土、、粘土土，α=1/4～1/5。黃土地地區(qū)渾渾水渠渠道可可按陜陜西水水科所所提出出的公公式計計算：：V不沖=CR0.4式中：：C———系系數(shù)，，粉質(zhì)質(zhì)壤土土C=0.96；沙壤土土C=0.7。。⑤m值的的確定定：截水水溝內(nèi)內(nèi)邊坡坡系數(shù)數(shù)m值值的確確定，，主要要取決決于溝深和土質(zhì)。土壤壤松散散、溝溝槽較較深，，應(yīng)采采用較較大的的m值值；反反之，，土質(zhì)質(zhì)堅硬硬，溝溝槽較較淺，，m值值可小小。由由于坡坡面暴暴雨徑徑流的的沖刷刷和截截水溝溝洪水水易漲漲易落落及其其滲透透壓等等原因因，土土質(zhì)截截水溝溝邊坡坡容易易坍塌塌，因因此，，截水水溝的的m值值一般應(yīng)比比灌溉渠渠的m值值大。山丘區(qū)區(qū)截水溝溝內(nèi)邊坡坡系數(shù)可可參考表表4－6確定。。土質(zhì)挖方段填方段水深＜1m水深1～2m水深2～3m水深＜1m水深1～2m水深2～3m粘土和壤土1.001.001.251.001.251.50輕壤土1.001.251.501.251.501.75沙壤土1.251.501.751.501.752.00沙土1.501.752.001.752.002.25表4－6截截水溝內(nèi)內(nèi)邊坡系系數(shù)m值值（2）截截水溝斷斷面設(shè)計計步驟①過水深h計算：A．一般斷斷面形式式設(shè)計公公式：式中：h—過水水深，m；a—常數(shù)數(shù)，a=0.58～0.94，一般般采用0.76Q—設(shè)計計洪峰流流量，m3/s。B．水力最最優(yōu)斷面面設(shè)計公公式：式中：h——過過水深，，m；n——溝溝槽糙率率；Q——設(shè)設(shè)計洪峰峰流量，，m3/s；；m——截截水溝內(nèi)內(nèi)邊坡系系數(shù)；i——截截水溝溝溝底比降降。②寬深比計計算確定定底寬b：β=N1Q0.10-m(Q＜＜1.5m3/s)β=N2Q0.25-m(1.5m3/s＜Q＜50m3/s)式中：ββ—寬深深比系數(shù)數(shù)，β=b/h(或或b=ββ·h)m—截水水溝內(nèi)邊邊坡系數(shù)數(shù)；N—常數(shù)數(shù)，N1=2.35～3.25，一般般采用2.8；；N2=1.8～3.4，一一般采用用2.6。③用求得的的h、b和已知知的n、、m、、i計算算A2、x、R、C等等水力要要素。按明渠渠均勻流流公式計計算截水水溝輸水水能力，，并校核核流量和和流速。。截水溝輸輸水能力力應(yīng)等于于大于設(shè)設(shè)計頻率率洪峰流流量;流流速應(yīng)滿滿足不沖沖不淤流流速（即即：Q≥≥Q設(shè)，V不淤≤V≤V不沖）。否則,應(yīng)應(yīng)適當調(diào)調(diào)整h、、b值及及其溝底底比降i值，重重新計算算再校核核，直到到滿足輸輸水能力力和流速速條件為為止。對采用一一般斷面面形式和和最優(yōu)斷斷面設(shè)計計的計算算結(jié)果，，若均能能滿足校校校要求求的，應(yīng)應(yīng)在施工工布置階階段，根根據(jù)施工工條件等等因素選選擇其中中之一。。④堤寬B和安全全超高截水溝設(shè)設(shè)計斷面面確定后后，還應(yīng)應(yīng)根據(jù)不不同的建建筑材料料等因素素，選擇擇溝堤寬寬B和安安全超高高△H（（P123圖4－19）。小型型的截水水溝土質(zhì)質(zhì)溝堤B≥0.30m，安全全超高一一般視溝溝渠設(shè)計計流量大大小而定定：Q＜＜1m3/s時，，△H=0.2～～0.3m；Q=1～10m3/s，△△H=0.4m。。3.5魚魚鱗坑坑、水平平溝和水水平階一、、魚魚鱗鱗坑坑魚鱗鱗坑坑是是陡陡坡坡地地（（45°°））植植樹樹造造林林的的整整地地工工程程，，多多挖挖在在石石山山區(qū)區(qū)較較陡陡的的梁梁峁峁坡坡面面上上，，或或支支離離破破碎碎的的溝溝坡坡上上。。由由于于這這些些地地區(qū)區(qū)不不便便于于修修筑筑水水平平溝溝，，因因而而采采取取挖挖坑坑的的辦辦法法分分散散攔攔截截坡坡面面徑徑流流。。1魚魚鱗鱗坑坑的的布置置是從從山山頂頂?shù)降缴缴侥_腳每每隔隔一一定定距距離離成成排排地地挖挖月月牙牙形形坑坑，，每每排排坑坑均均沿沿等等高高線線，，上上下下兩兩個個坑坑應(yīng)應(yīng)交交叉叉而而又又互互相相搭搭接接，，呈呈品品字字型型排排列列。。魚魚鱗鱗坑坑水水平平間間距距m=1.5～～3.5m（（約約坑坑徑徑的的2倍倍）），，上上下下排排距距n=l.5m，，月月牙牙坑坑半半徑徑R=0.4～～0.5m，，坑坑深深H=0.4～～0.6m。。挖挖坑坑取取出出的的土土，，培培在在外外沿沿筑筑成成半半圓圓埂埂，，以以增增加加蓄蓄水水量量。。埂埂中中間間高高、、兩兩邊邊低低，，使使水水從從兩兩邊邊流流入入下下一一個個魚魚鱗鱗坑坑。。表表土土回回填填坑坑內(nèi)內(nèi)，，坑坑內(nèi)內(nèi)植植樹樹。。2魚魚鱗鱗坑坑的的兩種種狀狀態(tài)態(tài)①是是當當降降雨雨強強度度小小，，歷歷時時短短時時，，魚魚鱗鱗坑坑不可可能能漫漫溢溢，它它起起到到了了完完全全切切斷斷和和攔攔截截坡坡面面徑徑流流的的作作用用；；②當當降降雨雨強強度度大大，，歷歷時時長長時時，，魚魚鱗鱗坑坑發(fā)生生漫漫溢溢時，，使使徑徑流流在在坡坡面面由由上上至至下下運運動動時時不不是是直直線線或或沿沿某某一一個個方方向向運運動動，，避避免免了了坡坡面面徑徑流流集集中中，，沖沖刷刷能能力力減減弱弱。。3魚魚鱗鱗坑坑設(shè)計計標標準準從暴雨雨頻頻率率和造林林成成活活保保證證率率兩方方面面來來考考慮慮，，選選用用多多大大合合適適，，各各地地應(yīng)應(yīng)因因地地、、因因時時、、因因樹樹種種而而定定。。4魚魚鱗坑坑布置形形式和和數(shù)量量取決于于：不不同樹樹種對對造林林密度度的要要求；；不同規(guī)規(guī)格單單坑所所控制制面積積大小小；不同樹樹種合合理的的株、、行距距土壤抗抗沖的的最大大流速速。每樹一一坑，，一般般2250～3000個個/hm2。二、水水平溝溝在坡面面不平平、覆覆蓋層層較厚厚、坡坡度較較大的的丘陵陵坡地地，采采用水水平溝溝。即沿沿等高高線修修筑，，溝底底用來來攔截