南沟小流域骨干坝工程设计探析

　　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 7 500 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。