王启怀

（吴起县水土保持工作队 陕西 吴起 717600）

1 概况

苟涧中型淤地坝位于吴起县印峁子小流域（片），属北洛河二级支流。该流域为典型的陕北黄土高原丘陵沟壑区第二副区。地貌以梁、峁、坡、沟组成，以梁为主，梁顶间偶有孤立峁，近分水岭处以宽梁、长梁居多，沟口处以短梁居多，呈现出梁峁起伏，沟壑纵横，坡陡沟深，地形破碎的黄土丘陵沟壑景观。印峁子小流域（片）属中温带半干旱气候区，多年平均降水量为399mm，年际变化大，季节分配不均匀，6月～9月份占全年降水量的70%，且多以暴雨形式集中出现，所产生的洪水洪峰高，历时短，含沙量高。泥沙主要来源于坡面侵蚀及切沟两侧的重力侵蚀，多年平均侵蚀模数为1.1 万 t/(km2·a)。详见表 1。

规划建设的苟涧中型淤地坝控流域面积1.35km2，主沟道长2.1km，沟道比降2.13%，是印峁子小流域（片）坝系内的一座中型淤地坝。苟涧中型淤地坝属刘泉沟行政村管辖，共有人口560个，人均耕地0.27hm2，人均基本农田0.1hm2。地势大致由西南向东北倾斜，地质构造属鄂尔多斯台地，坝址河床处岩石出露，裂隙发育不明显，有利于坝基防渗。

2 水文分析计算

2.1 设计洪峰流量计算

根据《陕西省水土保持治沟骨干工程技术手册》和《陕西省延安地区实用水文手册》中推荐的公式，结合流域的实际情况，设计洪峰流量计算采用24小时暴雨资料推求。由工程所在小流域，查《陕西省延安地区实用水文手册》得多年最大24小时暴雨均值为54mm，变差系数CV为0.62，偏差系数CS与变差系数CV的比值 CS/CV为2.5，从皮尔逊Ⅲ型曲线上查得相应频率的模比系数KP值分别为K10=1.83，K20=2.21，K50=2.71，计算得不同频率的24小时暴雨量见表2。由τ=0.278·L/（m J1/3·QP1/4），根据有关资料计算出不同频率的设计洪峰流量，并综合汇水面积相关法、综合参数法，分析得不同频率的设计洪峰流量见表2。

2.2 设计洪水总量计算

由《陕西省延安地区实用水文手册》计算得不同频率的设计洪水总量见表2。

2.3 年输沙量计算

利用《印峁子小流域（片）坝系建设可行性研究报告》中的输沙模数，得苟涧中型淤地坝多年平均侵蚀模数为1.1万t/(km2·a)。工程控制流域年输沙量用下式计算：

式中，WS——多年平均输沙量（万m3/α）；

S——多年平均侵蚀模数，取1.1万T/km2·α；

F——坝控面积（km2），1.35km2；

γ——泥沙容重，取1.35t/m3；

经计算，坝控流域年输沙量为1.1万m3。

3 大坝设计

根据苟涧中型淤地坝工程的作用和运用条件，以及对枢纽布设的要求，结合坝址地形条件，确定工程枢纽由坝体和放水工程组成。

3.1 土坝设计

苟涧中型淤地坝工程坝址沟道内为季节性流水，不能满足水坠要求，经现场查勘，沟道两岸土料丰富，土料储量和土料性质均满足筑坝要求，按照因地制宜、就地取材的原则，将坝型确定为均质碾压土坝。按照《水土保持综合治理技术规范》的规定，苟涧中型淤地坝工程规模在10万m3～50万m3之间，其设计洪水标准为20年，校核洪水标准为50年。根据其在坝系中的作用，以滞洪拦泥为主，滞洪排清为后期增加淤地面积，结合坝址地形条件，设计淤积年限取10年。

3.2 坝高确定

坝高H由拦泥坝高HL、滞洪坝高Hz和安全超高ΔH三部分组成，查水位—库容曲线确定HL=12.6m，设计淤积高程为▽L=1388.6m，F淤=29.1亩。滞洪坝高由滞洪库容查水位—库容曲线确定。滞洪库容按一次校核洪水总量确定，VZ=W50=9.75万m3，查水位—库容曲线得，HZ=3.9m，滞洪水位高程为▽Z=1392.5m。

安全超高按《水土保持综合治理技术规范》的有关规定取ΔH=1.5m。

工程设计总库容为：

工程设计坝高为：

坝底高程为1376.0m，顶部高程为1394.0m，坝高18.0m，坝顶长58.0m。按照《水土保持综合治理技术规范》和已建工程经验，不考虑其交通要求，坝顶宽度取3.0m。根据《水土保持综合治理技术规范》，上游坝坡比为1∶2.0，下游坝坡比马道以上为1∶1.5，马道以下1∶2.0。马道高程为1386.0m。因该沟道内有季节性流水，故采用棱式反滤体排水方式。反滤体高4.0m，顶宽1.5m，其下游坡比为1∶1.5，上游坡比为1∶1。反滤体由粗砂、碎石、干砌石组成，砂层与碎石层厚度均为0.20m，干砌块石层厚0.3m，粗砂粒径0.25mm～2mm，碎石粒径3mm～50mm，块石100mm～400mm。

3.3 基础处理

在建坝前要对建坝范围内所有树根、草皮、腐殖土、淤泥、乱石等杂物清理，并运输到坝脚以外，清基厚度为0.4m。开挖后发现石基，需将风化石及疏松层清除；若发现破碎带、洞穴、水井、墓穴等均应视具体情况进行特殊技术处理，如采用灌浆、回填夯实等技术措施处理。处理后基础要求轮廊平顺，避免地形突变。坝体与岸坡结合应采用斜坡平顺连接，岸坡整修成正坡，土坡不陡于1∶1.5，石坡不陡于1∶0.75。为防止坝体与坝基结合处形成集中渗流，保证坝体与基础紧密结合，沿坝轴线方向从沟底到岸坡开挖一道结合槽，采用梯形断面，土质结合槽底宽1.5m、深1.5m，边坡比为1∶1，石质结合槽底宽1.5m，深1.5m，边坡比为1∶0.75。施工时必须将岸坡土的漏斗陷穴处理好，必要时用泥浆灌注。等灌满固结后方可施工。同时对泉水要用粘土堵孔或铺设砂石导滤排水管，将水排出坝外。工程竣工后，为使坝体免遭暴雨洪水冲刷，对土坝上游淤积面以上坝坡和下游坝坡设置护坡，护坡措施采用生物护坡，即上下游坝坡处密植紫穗槐，坝顶两边栽植油松。在下游坝体与两岸交汇处顺坝坡布设纵向排水沟，排水沟采用浆砌石结构，断面尺寸取0.3m×0.3m。

表1 流域水文气象特征表

表2 不同频率24小时暴雨量、洪峰流量和洪水总量表

4 放水工程设计

苟涧中型淤地坝工程主要任务是拦泥排清，即在设计洪水情况下，沉淀泥沙，排出清水，因此，进水形式采用分级卧管。根据现场查勘情况，坝址左岸坡较缓，布置放水卧管开挖量较小，因此，卧管布置在上游左岸，坡度为1∶2，卧管下接消力池，后经涵洞输水、陡坡泄水后输入河槽。整个放水工程除卧管和消力池盖板采用人工混凝土浇筑外，其余工程全部采用浆砌块石砌筑，石料标号不低于300#。

4.1 设计放水流量的确定

为了保证坝地的利用率和保收率，故放水流量采用4天泄完20年一遇一次洪水总量确定，则：Q放=W20/（4×24×3600）=6.68×104/（4×24×3600）=0.19m3/s.

卧管流量按设计流量增大20%确定。

4.2 卧管放水孔尺寸的确定

卧管采用单排平孔进水方式，台高0.4m，同时开启上下三台三孔放水。计算公式为：

4.3 卧管断面及结构设计

根据地形条件，卧管底坡采用1∶2，卧管最低进水孔高程1382.0m，最高进水孔高程为1394.0m，卧管高12.4m，共30台。根据Q加=0.23m3/s，查《陕西省水土保持治沟骨干工程技术手册》表4—24、表 4—33、表 4—35查出断面尺寸为0.4m×0.4m（宽×高），侧墙顶宽0.3m，侧墙底宽0.40m，基础厚度0.3m，基础外伸0.10m，搭接长度0.15m，盖板厚度0.15m。为增加卧管稳定性，在其底部每隔8m做一道厚0.5m、宽0.5m的齿墙。经试算，卧管末端正常水深为0.12m。为防止卧管放水时发生真空，在卧管顶部设有通气孔。

4.4 消力池设计

消力池深度、长度尺寸参考《陕西省水土保持治沟骨工程技术手册》表4—24查得池宽0.80m、池深0.55m、长度为3.9m。消力池为浆砌石矩形结构，采用M10水泥砂浆砌块石，结构尺寸参考《陕西省水土保持治沟骨干工程技术手册》表4—34、表4—35，查得侧墙顶宽0.60m，侧墙底宽1.20m，基础厚度0.50m，基础外伸 0.20m，搭接长度 0.30m，盖板厚度0.27m。

4.5 输水涵洞设计

涵洞进口高程1380.13m，基础为原状黄土，比降1∶100，涵洞全长55.5m。按规范要求，为便于施工及检修，涵洞净高不得小于1.2m，因此涵洞断面选用0.8m×1.2m。经计算，洞内正常水深0.27m。涵洞结构为浆砌石拱形结构，拱圈厚0.30m，起拱半径0.40m，平桩高0.8m，拱座顶宽0.35m，拱座底宽0.9m，基础厚度0.3m，外伸0.1m，涵洞全部采用M10水泥砂浆砌块石，涵洞底部每隔10m设一道截水环，以防止渗流，截水环厚0.5m，伸出外壁0.5m。

4.6 明渠设计

输水涵洞后接明渠，明渠由缓坡段和陡坡段两部分组成，缓坡段比降1∶100，缓坡段长15.0m。缓坡段后接陡坡段，根据地形条件，陡坡段坡比采用1∶3，斜长7.3m，陡坡出口高程为1377.12m，总落差2.3m，采用矩形断面，M10水泥浆砌石砌筑，底部每隔10m砌一道抗滑齿墙，尺寸为0.5m×1.0m，明渠断面尺寸由水力计算确定为0.20m。

缓坡段断面为0.8m×0.8m，陡坡段断面为0.8m×0.8m，在陡坡段进口设宽0.5m，深1.0m的齿墙。明渠侧墙顶宽0.35m，底宽0.9m，基础厚度0.3m，外伸0.1m。根据实际地形，陡坡段末端为坚硬岩层，因此陡坡末端只做深1.5m，宽1m的齿墙送入下游河槽。

5 结语

为了提高沟道抗洪能力，减少水毁灾害，减少入黄泥沙，使水沙资源得到充分利用，并增加高产稳产农田，提高当地农民收入，拟新建苟涧中型淤地坝。经过勘探计算，设计苟涧中型淤地坝最大坝高18.0m，坝顶长50.8m，总库容20.75万m3，拦泥库容11.1万m3，滞洪库容9.75万m3。卧管最低放水孔高程▽1382.0m，卧管最高放水孔高程▽1394.0m，卧管长度27.73m。涵洞进水口高程▽1380.13m，涵洞长度55.5m。工程建成后，可拦泥11.0万m3，新增坝地29.1亩，同时，工程可抬高沟道侵蚀基准点，防止沟头下切，促进流域内坡耕地退耕还林还草，带动本地经济的发展。