適用于季節(jié)性積水采煤沉陷地治理的新方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于季節(jié)性積水采煤沉陷地治理的新方法，其核心思想是利用“集水控制工程”對沉陷區(qū)水土資源進(jìn)行綜合平衡，解決沉陷地由于排水不暢，造成耕地質(zhì)量下降的問題，把沉陷地建成澇能排，旱能灌的優(yōu)質(zhì)農(nóng)田。該方法的主要優(yōu)點(diǎn):一是通過修建多個(gè)分散的集水坑塘，實(shí)現(xiàn)水資源的空間調(diào)控，提高灌溉和排澇的保障能力；二是散狀分布的坑塘水面，能夠增加治理區(qū)的生物多樣性；三是通過修建坑塘，可解決沉陷區(qū)低洼地復(fù)墾時(shí)的土源問題。
【專利說明】適用于季節(jié)性積水采煤沉陷地治理的新方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及季節(jié)性積水采煤沉陷地治理的新方法，解決沉陷地由于排水不暢，造成耕地質(zhì)量下降的問題，把沉陷地建成澇能排，旱能灌的優(yōu)質(zhì)農(nóng)田。

【背景技術(shù)】
[0002]煤炭是我國最重要的能源，其中，90%通過井工方式進(jìn)行開采。開采沉陷導(dǎo)致大量土地?fù)p毀，如何科學(xué)治理沉陷損毀土地是當(dāng)前我國耕地保護(hù)和礦區(qū)環(huán)境修復(fù)的迫切要求。由于我國煤炭資源分布廣泛，自然條件不同，資源稟賦差異較大，土地?fù)p毀形式多樣，無法形成統(tǒng)一的治理模式，需要針對不同類型區(qū)的具體損毀條件開發(fā)適合的治理方法。在我國中東部平原區(qū)，開采沉陷在地面所引起的損毀形式為連續(xù)的下沉盆地。雖然不少學(xué)者針對這類型損毀土地的治理進(jìn)行了一定的研宄，但是治理方法還是較為粗放，沒有對沉陷盆地的水土資源條件進(jìn)行細(xì)致分析，提出針對性的治理措施。本發(fā)明針對當(dāng)前治理方法中所存在的不足，根據(jù)采煤沉陷地治理的要求，提出了利用“集水控制工程”對沉陷區(qū)水土資源進(jìn)行綜合平衡的新方法，本發(fā)明對該類型采煤沉陷地的治理提供了一種新的思路，具有較好的應(yīng)用前景。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的提供一種適用于季節(jié)性積水采煤沉陷地治理的新方法，利用“集水控制工程”對沉陷區(qū)水土資源進(jìn)行綜合平衡，解決沉陷地由于排水不暢，造成耕地質(zhì)量下降的問題，把沉陷地建成澇能排，旱能灌的優(yōu)質(zhì)農(nóng)田。
[0004]1、坑塘防澇蓄水庫容計(jì)算
[0005]修建坑塘的主要目的之一就是解決沉陷地在降雨后產(chǎn)生的內(nèi)澇問題。根據(jù)治理區(qū)防御暴雨標(biāo)準(zhǔn)的要求(可按年均24小時(shí)最大降雨量確定)以及徑流系數(shù)，計(jì)算坑塘防澇蓄水庫容，計(jì)算公式如下:
[0006]V1= 1XFXaXP
[0007]式中:F為治理區(qū)面積，hm2；
[0008]a為徑流系數(shù)；
[0009]P為設(shè)計(jì)暴雨量，mm;
[0010]V1為防澇蓄水庫容，m 3。
[0011]2、坑塘抗旱需水庫容計(jì)算
[0012]修建坑塘的另一個(gè)最重要的作用就是為作物灌溉提供水源，用其正常庫容保證作物最基本的抗旱要求，本發(fā)明采用灌水定額來計(jì)算坑塘抗旱需水庫容。其計(jì)算公式如為:
[0013]V2= mXFX 10
[0014]m= 100X (Θ 隨-Θ min) X γ Xz+ q
[0015]式中^2為坑塘抗旱需水庫容，m 3O
[0016]F為灌溉面積面積，hm2 ；
[0017]m為設(shè)計(jì)灌水定額，mm
[0018]Θ.為土壤適宜含水率上限，%
[0019]Θ—為作物允許的土壤含水率下限，％
[0020]γ為土壤的干容重，kg/cm3
[0021]z為土壤計(jì)劃濕潤層深度，cm
[0022]η為灌溉水利用系數(shù)。
[0023]3、坑塘總?cè)萘考凹犹翑?shù)量的確定
[0024]同時(shí)滿足抗旱和防澇要求的坑塘總庫容:V = V^V2
[0025]根據(jù)灌溉要求，單個(gè)集水坑塘的服務(wù)半徑為200米，控制面積按4公頃計(jì)算，則治理區(qū)需要修建的集水坑塘個(gè)數(shù)為:
[0026]η = 0.25 X F
[0027]式中:η為坑塘個(gè)數(shù)，個(gè)
[0028]F為治理區(qū)面積，hm2；
[0029]集水坑塘的平面形式為矩形，坑塘蓄水深度為3-5米，邊坡取1:1。
[0030]4、集水坑塘的空間布局
[0031]根據(jù)沉陷區(qū)的地形情況，坑塘在空間上盡可能采用“梅花”型布局，以便能夠更好地集水和灌溉。
[0032]5、沉陷區(qū)積水調(diào)節(jié)
[0033]沿梯田田坎和治理區(qū)田間道路修建排水溝，排水溝采用梯形土質(zhì)排水溝，斷面尺寸為20cm (底寬)X 40cm (溝深)X 10cm ( 口寬)，通過排水溝，將大氣降雨及時(shí)匯集到臨近的集水坑塘，防止大量積水對農(nóng)田作物生長的影響。
[0034]6、灌溉方式
[0035]灌溉方式采用低壓管道輸水灌溉。積水坑塘之間埋設(shè)地埋管，地埋管采用Φ 90 mm低壓薄壁PVC管，管道埋深在80 cm，在地埋管上安裝給水栓，給水栓間距40m，田間灌溉采用塑料軟管。提水動(dòng)力采用12馬力柴油機(jī)。
[0036]7、集水坑塘間水量調(diào)配
[0037]為了實(shí)現(xiàn)水資源在整個(gè)治理區(qū)的靈活配置，集水坑塘之間通過地埋管連結(jié)，優(yōu)化水資源。
[0038]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種適用于季節(jié)性積水采煤沉陷地治理的新方法，其特征是首先根據(jù)沉陷區(qū)的地形條件、氣象特征和作物灌溉要求，計(jì)算治理區(qū)集水坑塘總庫容，然后結(jié)合集水坑塘的服務(wù)半徑，計(jì)算出治理區(qū)需要修建的集水坑塘個(gè)數(shù)，集水坑塘在空間上應(yīng)根據(jù)地形條件盡可能采用“梅花”型布局，沿梯田田坎和田間道路修建排水溝，集水坑塘之間布設(shè)地埋管，在地埋管上安裝給水栓，集水坑塘配備柴油機(jī)和潛水泵用于水量調(diào)空和灌溉。
[0039]該方法的主要優(yōu)點(diǎn):一是通過修建多個(gè)分散的集水坑塘，實(shí)現(xiàn)水資源的空間調(diào)控，提高灌溉和排澇的保障能力；二是散狀分布的坑塘水面，能夠增加治理區(qū)的生物多樣性；三是通過修建坑塘，可解決沉陷區(qū)低洼地復(fù)墾時(shí)的土源問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1是本發(fā)明的布局示意圖。
[0041 ] 圖2是田間給水灌溉示意圖。
[0042]圖3是圖2的剖視圖。
[0043]其中附圖標(biāo)記為:梯田田坎-1排水溝-2地埋管-3田間道路-4集水坑塘-5給水栓-6潛水泵-7塑料軟管-8

【具體實(shí)施方式】
[0044]為了更好地說明本發(fā)明的技術(shù)思路，下面以某采煤沉陷地為例進(jìn)行說明。采煤沉陷地面積35公頃，最大下沉深度3.95米，采用修建坑塘的方法治理沉陷地的內(nèi)澇問題。治理區(qū)年均24小時(shí)最大降雨量為90mm，地表徑流系數(shù)為0.3。
[0045]1、坑塘防澇蓄水庫容計(jì)算
[0046]根據(jù)前文公式及以上數(shù)據(jù)計(jì)算防澇蓄水庫容:
[0047]V1= 1XFXaXP = 10X35X0.3X90 = 9450m 3
[0048]2、坑塘抗旱需水庫容計(jì)算
[0049]I)灌水定額計(jì)算
[0050]治理區(qū)土壤為中壤土，土壤的干容重γ取1.35Χ 10_3kg/cm3;
[0051]治理區(qū)種植小麥，土壤計(jì)劃濕潤層深度z取50cm ；
[0052]適宜土壤含水率上下限:Θmax= 21.6%, Θ min= 16.8% ；
[0053]灌溉水利用系數(shù)η取0.85
[0054]灌水定額:
[0055]m= lOOX(0max-0Min)XrXz^-n
[0056]= 100X (21.6-16.8) X1.35 + 1000X50 + 0.85
[0057]= 38.12mm
[0058]在此，灌水定額取值38mm，即380m3/公頃。
[0059]2)坑塘抗旱需水庫容
[0060]考慮修建道路、坑塘需要占地等原因，設(shè)定耕地面積為治理區(qū)面積的90 %，則
[0061]V2= mXFX1 = 38X35X0.9X10 = 11970m3
[0062]3、坑塘設(shè)計(jì)總庫容 V = V^V2= 9450+11970 = 21420m 3
[0063]4、集水坑塘數(shù)量及布局
[0064]單個(gè)集水坑塘的控制面積按4公頃計(jì)算，則治理區(qū)需要修建的集水坑塘個(gè)數(shù)為:
[0065]η = 0.25XF = 0.25X35 = 9 個(gè)
[0066]單個(gè)集水坑塘庫容:v = 21420 + 9 = 2380m3
[0067]設(shè)定集水坑塘平均蓄水深度為3米，邊坡取1:1，考慮1.1的保障系數(shù)，則單個(gè)集水坑塘的設(shè)計(jì)尺寸:30m(長)X20m(寬)Χ4.5m(深)=2700m3。
[0068]集水坑塘空間布局見圖1所示。
[0069]集水坑塘5之間的水量調(diào)節(jié)通過地埋管3實(shí)現(xiàn)。地埋管3采用Φ 90 mm低壓薄壁PVC管，管道埋深在80 cm，給水栓6間距40m，田間灌溉采用塑料軟管8，動(dòng)力采用12馬力柴油機(jī)。排水溝2采用梯形土質(zhì)排水溝。斷面尺寸為20cm(底寬)X 40cm(溝深)X 10cm( 口寬)，集水坑塘5配備柴油機(jī)和潛水泵7用于水量調(diào)空和灌溉。
[0070]灌溉空間布局見圖2所示。灌溉方式采用低壓管道輸水灌溉。積水坑塘5之間埋設(shè)地埋管3，地埋管3采用Φ 90 mm低壓薄壁PVC管，管道埋深在80 cm，在地埋管3上安裝給水栓6，給水栓6間距40m，田間灌溉采用塑料軟管8。提水動(dòng)力采用12馬力柴油機(jī)。
[0071]5、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
[0072]I)坑塘投資
[0073]坑塘開挖土方量的綜合單價(jià)為10元/m3，修建坑塘的投資為21.42萬元，水泵及管道的配套設(shè)施費(fèi)按坑塘造價(jià)的20%記取，為4.28萬元。
[0074]2)坑塘年維護(hù)費(fèi)用
[0075]為了保障坑塘的使用功能，每年需對坑塘進(jìn)行清淤維護(hù)，其費(fèi)用按其造價(jià)的10%記取，即每年的維護(hù)費(fèi)為2.14萬元。
[0076]3)治理后年經(jīng)濟(jì)效益的增加值
[0077]治理前，由于缺少水利設(shè)施，耕地產(chǎn)量低且不穩(wěn)定，平均產(chǎn)量為3000kg/公頃。增加水利設(shè)施后，耕地的產(chǎn)量提高了 10%，糧食單價(jià)為2.6元/kg。治理后年經(jīng)濟(jì)效益的增加值為27萬元。
【權(quán)利要求】
1.適用于季節(jié)性積水采煤沉陷地治理的新方法，其特征是首先根據(jù)沉陷區(qū)的地形條件、氣象特征和作物灌溉要求，計(jì)算治理區(qū)集水坑塘總庫容，然后結(jié)合集水坑塘(5)的服務(wù)半徑，計(jì)算出治理區(qū)需要修建的集水坑塘(5)個(gè)數(shù)，集水坑塘(5)在空間上應(yīng)根據(jù)地形條件盡可能采用“梅花”型布局，沿梯田田坎⑴和田間道路⑷修建排水溝(2)，集水坑塘(5)之間布設(shè)地埋管(3)，在地埋管(3)上安裝給水栓￠)，集水坑塘(5)配備柴油機(jī)和潛水泵(7)用于水量調(diào)空和灌溉。
【文檔編號(hào)】A01B79/00GK104499469SQ201510004597
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月6日
【發(fā)明者】陳秋計(jì) 申請人:西安科技大學(xué)