新型坡面截排水溝及其設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了新型坡面截排水溝及其設(shè)計方法。本發(fā)明所述的新型坡面截排水溝，其特征在于，包括滲水層、溝底層和截水層，所述滲水層、溝底層和截水層組成槽狀結(jié)構(gòu)，所述滲水層位于所述溝底層左側(cè)，所述截水層位于所述溝底層右側(cè)；所述溝底層設(shè)置于所述滲水層和所述截水層下部或底端；所述滲水層由網(wǎng)籠與顆粒狀填充物組成；所述顆粒狀填充物填充于所述網(wǎng)籠內(nèi)。在實際應(yīng)用中通過設(shè)置滲水層，可有效排出壤中流，阻隔地表侵蝕與面源污染的擴(kuò)散途徑，并通過迅速收集坡面地表徑流與壤中流，增加坡面徑流排導(dǎo)，將坡面無效徑流變成可利用的水資源，提高水資源利用率。
【專利說明】
新型坡面截排水溝及其設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于水土保持領(lǐng)域，為新型坡面截排水溝及其設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002]坡面徑流調(diào)控技術(shù)體系及配置模式是坡面徑流高效利用及坡面土壤侵蝕控制研究領(lǐng)域中的熱點和難點。從國內(nèi)外研究現(xiàn)狀來看，盡管坡面徑流調(diào)控研究在圍繞解決旱作地區(qū)的人畜飲水問題和旱地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展兩方面取得了一些進(jìn)展，但由于這些調(diào)控措施本身的布局和設(shè)計合理性有限，在一定程度上限制了在生產(chǎn)實際中的推廣和應(yīng)用。特別是由于長江中上游地區(qū)以巖石風(fēng)化土 “紫色土”為代表的主要侵蝕性土壤具有上覆薄層土壤、下伏相對隔水母巖的巖土二元結(jié)構(gòu)特點，抗蝕抗沖性強(qiáng)、土壤層薄、總蓄水量低，壤中流普遍存在且在總徑流量中占有相當(dāng)?shù)姆蓊~。以往坡面徑流調(diào)控多針對地表徑流而忽視對壤中流的調(diào)控因此，徑流調(diào)控效率和土壤侵蝕控制效果并不理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)問題，提供一種新型坡面截排水溝及其設(shè)計方法。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下具體技術(shù)方案:
[0005]新型坡面截排水溝，其特征在于，包括滲水層、溝底層和截水層，所述滲水層、溝底層和截水層組成槽狀結(jié)構(gòu)，所述滲水層位于所述溝底層左側(cè)，所述截水層位于所述溝底層右側(cè);所述溝底層設(shè)置于所述滲水層和所述截水層下部或底端;所述滲水層由網(wǎng)籠與顆粒狀填充物組成;所述顆粒狀填充物填充于所述網(wǎng)籠內(nèi)。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述網(wǎng)籠包括骨架和編織網(wǎng)；所述編織網(wǎng)設(shè)置在所述骨架上。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述顆粒狀填充物填充在所述骨架與所述編織網(wǎng)圍成的空間內(nèi)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述網(wǎng)籠與所述顆粒狀填充物之間設(shè)置有過濾膜。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述過濾膜設(shè)置于所述截水層的左側(cè)。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，還包括固定粧，所述固定粧與所述滲水層連接，并向左側(cè)突出于所述滲水層。
[0011]本發(fā)明的另一個目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)問題，提供一種新型坡面截排水溝的設(shè)計方法。
[0012]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下具體技術(shù)方案:
[0013]新型坡面截排水溝設(shè)計方法，其特征在于，根據(jù)公式計算截水溝容量;所述截水溝容量計算公式為:V = W+Vs+Vi;其中:V為截水溝容量，單位m3; Vw為次暴雨徑流量，單位m3; Vs為土壤侵蝕量，單位Hi35V1為次暴雨中的壤中流流量，單位Hi35V1根據(jù)紫色土坡面壤中流占總降雨量的百分比，Vi = 0.3-0.5%。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，Vw計算公式為:Vw= 3MsF，其中，Ms為次暴雨徑流量，單位m3/hm2; F為截排水溝集水面積，單位hm2。
[0015]所述次暴雨徑流模數(shù)可查閱當(dāng)?shù)厮氖謨垣@得，排水溝防御暴雨標(biāo)準(zhǔn)按10年一遇24h最大降雨量。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述截水溝縱向間距根據(jù)公式L= 0.0OSJ2-0.6J+
11.25計算獲得，所述J為地表平均坡度，單位為° O優(yōu)選地是，地表平均坡度為15°以下。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述Vs為次降雨土壤侵蝕量，單位m3，計算公式為Vs=3MsF，其中Ms為年土壤侵蝕模數(shù)，可根據(jù)《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》(SL 190-2007)確定，單位m3/hm2; F為截排水溝集水面積，單位hm2。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述Vi為次暴雨中的壤中流流量，單位m3;Vi根據(jù)紫色土坡面壤中流占總降雨量的百分比取值，V1 = OJUVbV^值根據(jù)降雨強(qiáng)度大小，雨強(qiáng)越大，取值取低值，雨強(qiáng)越小，取值取高值。優(yōu)選地是，雨強(qiáng)大于50mm/24h，V1 = 0.3VW;優(yōu)選地是，雨強(qiáng)大于等于25mm/ 24h小于等于50mm/24h，Vi = 0.4Vw:優(yōu)選地是，雨強(qiáng)小于25mm/24h，Vi= 0.5Vffo
[0019]本發(fā)明的有益效果:根據(jù)坡面細(xì)溝侵蝕最小坡長設(shè)計截排水溝的縱向間距，可阻隔侵蝕路徑，縱向間距根據(jù)實際計算獲得，具有精確度高、水土保持效果突出的優(yōu)點；通過設(shè)計截排水溝的滲水層，可有效排出壤中流，增加入滲速率、減少地表徑流量，提高坡面徑流排導(dǎo)效率，可有效阻隔地表侵蝕與面源污染的擴(kuò)散途徑，適用多方面的需求。
[0020]本發(fā)明針對坡耕地細(xì)溝侵蝕出現(xiàn)后土壤侵蝕急劇增加的特點，提出了基于壤中流普遍存在及細(xì)溝侵蝕臨界坡長的截排水溝設(shè)計、布局技術(shù)，核心原理是通過調(diào)整截排水溝縱向間距，即坡面單元的地塊坡長，攔截地表徑流與壤中流，減少細(xì)溝形成的坡面徑流量，防止坡面細(xì)溝侵蝕的產(chǎn)生。在實際應(yīng)用中通過設(shè)置滲水層，可有效排出壤中流，阻隔地表侵蝕與面源污染的擴(kuò)散途徑，并通過迅速收集坡面地表徑流與壤中流，增加坡面徑流排導(dǎo)，將坡面無效徑流變成可利用的水資源，提高水資源利用率。能應(yīng)用于長江上游坡耕地改造坡面水系的科學(xué)合理布設(shè)，以及國家土地整治和生態(tài)建設(shè)等相關(guān)工程。通過本發(fā)明的應(yīng)用，既能起到截、排地表徑流的作用，又能起到排、蓄壤中流的作用，坡面徑流調(diào)控效率得到有效提高的同時，也減少了細(xì)溝形成的坡面徑流量，防止了坡面細(xì)溝侵蝕的產(chǎn)生，從而達(dá)到減少坡面水土流失的目的。本發(fā)明能夠解決南方坡耕地地區(qū)壤中流排導(dǎo)問題，適用于南方坡耕地地區(qū)坡面水土流失治理，特別是紫色土與紅壤地區(qū)，通過設(shè)計一種新型截排水溝，可有效排出土壤壤中流，減少地表徑流量，減緩坡面水土流失與面源污染。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明中的新型坡面截排水溝結(jié)構(gòu)及應(yīng)用狀態(tài)示意圖。
[0022]圖2為圖1的俯視圖。
[0023]圖3為本發(fā)明中的滲水層結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0025]如圖1、圖2所示，一種新型坡面截排水溝，包括滲水層1、溝底層2和截水層3，所述滲水層1、溝底層2和截水層3組成槽狀結(jié)構(gòu)。所述滲水層I位于所述溝底層2左側(cè)，所述截水層3位于所述溝底層2右側(cè)。所述溝底層2設(shè)置于所述滲水層I和所述截水層3下部或底端。滲水層1、溝底層2和截水層3埋設(shè)在土壤層5內(nèi)，滲水層I位于上坡面，即位于左側(cè);截水層3位于下坡面，即右側(cè)。在如圖1所示的坡面土壤層5中，土壤層5左側(cè)高于右側(cè)。
[0026]如圖3所示，所述滲水層I由網(wǎng)籠11與顆粒狀填充物12組成;所述顆粒狀填充物12填充于所述網(wǎng)籠11內(nèi)。所述網(wǎng)籠11包括骨架13和編織網(wǎng)14;所述編織網(wǎng)14設(shè)置在所述骨架13上。所述顆粒狀填充物12填充在所述骨架13與所述編織網(wǎng)14圍成的空間內(nèi)。網(wǎng)籠11與所述顆粒狀填充物12之間設(shè)置有過濾膜15。所述過濾膜15設(shè)置于所述顆粒狀填充物12的一偵U。骨架11可采用鋼筋制成，編織網(wǎng)14可采用鐵絲編織，焊接于骨架13上。顆粒狀填充物12可采用石子或者塑料制成。
[0027]滲水層I還包括固定粧4，所述固定粧4與所述滲水層I連接，并向左側(cè)突出于所述滲水層I。固定粧4數(shù)目為多個，沿所述截排水溝長度方向間隔設(shè)置。
[0028]滲水層I外部由網(wǎng)籠11呈三面包裹、內(nèi)部由滲水層填充物12填充。滲水層過濾膜15位于網(wǎng)籠11與顆粒狀滲水層填充物12之間，一方面用于過濾一定粒徑的沙粒，防止?jié)B水層I被細(xì)砂堵塞，另一方面用于排出坡面壤中流，延長截排水溝的使用期限；為保證滲水層I的穩(wěn)定性，顆粒狀填充物12應(yīng)均勻填滿。固定粧4呈間隔式鑲嵌于坡面截排水溝的滲水層I間，起到穩(wěn)定滲水層I的作用。
[0029]本發(fā)明中的滲水層填充物(i2)可由塊石、石子、片石、聚乙烯等填充;滲水層過濾膜15可由聚乙烯濾網(wǎng)等組成;截排水溝固定粧主體部件可采用漿砌石組成。
[0030]新型坡面截排水溝設(shè)計方法，根據(jù)公式計算截水溝容量;所述截水溝容量計算公式為:V = W+Vs+Vi;其中:V為截水溝容量，單位m3。Vw為次暴雨徑流量，單位m3，計算公式為:Vw=MwF，其中，Mw為次暴雨徑流模數(shù)，單位m3/hm2;F為截排水溝集水面積，單位hm2C3Vs為土壤侵蝕量，單位m3，計算公式為Vs = 3MsF，其中Ms為年土壤侵蝕模數(shù)，可根據(jù)《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》(SL 190一2007)確定，單位m3/hm2 ;F為截排水溝集水面積，單位Iim2c3Vi為次暴雨中的壤中流流量，單位m3 ； Vi根據(jù)紫色土坡面壤中流占總降雨量的百分比取值，Vi = 0.3-
0.5Vw，力取值根據(jù)降雨強(qiáng)度大小，雨強(qiáng)越大，取值取低值，雨強(qiáng)越小，取值取高值。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述截水溝縱向間距根據(jù)公式L= 0.0OSJ2-0.6J+
11.25，計算獲得，所述J為地表平均坡度，單位為° ;本方法尤其適用于15°以下坡面計算，。
[0032]本專利主要是依托科技支撐課題“坡地高效生態(tài)農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施配套技術(shù)研究”，在重慶忠縣石寶寨開展了系列試驗分析。在石寶寨蝦子嶺選擇平均坡度為12°的坡面，修建Ikm截排水溝，并按20年一遇暴雨設(shè)計，設(shè)計截排水溝縱向間距為5.2米、Vw為257.1m3、Vs為36.6m3、￥〗為102.8m3 ；則截水溝容量V為396.5m3，比傳統(tǒng)截排水溝提高了30.5 %的徑流調(diào)控效率，而坡面土壤流失量減少了 10.2m3、降低了 21.7 %，如果按1年、5年一遇暴雨則降雨徑流調(diào)控效率可分別增加46.2%,34.9%,坡面土壤流失量可分別減少34.1 %、46.2 %。徑流調(diào)控與水土流失防治具有顯著效果。
[0033]本發(fā)明所述的左、右，為清楚說明本發(fā)明技術(shù)方案以圖1、圖2為參考使用的相對概念。
【主權(quán)項】
1.新型坡面截排水溝，其特征在于，包括滲水層、溝底層和截水層，所述滲水層、溝底層和截水層組成槽狀結(jié)構(gòu)，所述滲水層位于所述溝底層左側(cè)，所述截水層位于所述溝底層右側(cè);所述溝底層設(shè)置于所述滲水層和所述截水層下部或底端;所述滲水層由網(wǎng)籠與顆粒狀填充物組成;所述顆粒狀填充物填充于所述網(wǎng)籠內(nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型坡面截排水溝，其特征在于，所述網(wǎng)籠包括骨架和編織網(wǎng)；所述編織網(wǎng)設(shè)置在所述骨架上。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型坡面截排水溝，其特征在于，所述顆粒狀填充物填充在所述骨架與所述編織網(wǎng)圍成的空間內(nèi)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型坡面截排水溝，其特征在于，所述網(wǎng)籠與所述顆粒狀填充物之間設(shè)置有過濾膜。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的新型坡面截排水溝，其特征在于，所述過濾膜設(shè)置于所述截水層的左側(cè)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型坡面截排水溝，其特征在于，還包括固定粧，所述固定粧與所述滲水層連接，并向左側(cè)突出于所述滲水層。7.新型坡面截排水溝設(shè)計方法，其特征在于，根據(jù)公式計算截水溝容量;所述截水溝的容量計算公式為:V = W+Vs+Vi;其中:V為截水溝容量，單位m3; W為次暴雨徑流量，單位m3; Vs為土壤侵蝕量，單位Hi35V1為次暴雨中的壤中流流量，單位Hi35V1根據(jù)紫色土坡面壤中流占總降雨量的百分比，Vi = 0.3-0.5W。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的新型坡面截排水溝設(shè)計方法，其特征在于，所述截水溝縱向間距根據(jù)公式L = 0.008J2-0.6J+11.25計算獲得，所述J為地表坡度，單位為°。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的新型坡面截排水溝設(shè)計方法，其特征在于，Vw計算公式為:％=MwF，其中，Mw為次暴雨徑流模數(shù)，單位m3/hm2;?為坡面集水面積，單位hm2。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的新型坡面截排水溝設(shè)計方法，其特征在于，所述Vs為土壤侵蝕量，單位m3，計算公式為Vs = 3MsF，其中Ms為年土壤侵蝕模數(shù)，根據(jù)《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》(SL 190—2007)確定，單位m3/ha ； F為坡面集水面積，單位hm2。11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的新型坡面截排水溝設(shè)計方法，其特征在于，所述^為次暴雨中的壤中流流量，單位m3 ； Vi根據(jù)坡面壤中流占總降雨量的百分比取值，Vi = 0.3-0.5Vw，Vi取值根據(jù)降雨強(qiáng)度大小，雨強(qiáng)越大，取值取低值，雨強(qiáng)越小，取值取高值。
【文檔編號】E02B11/00GK105839605SQ201610271914
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】張平倉, 胡波, 丁文峰, 李昊潔, 嚴(yán)冬春, 童曉霞, 孫蓓, 王奔, 潘曉穎
【申請人】長江水利委員會長江科學(xué)院