小流域綜合治理—再造良田新技術的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種小流域綜合治理—再造良田新技術，通過設置數(shù)道由透水的塊石網(wǎng)箱構成的弧形攔擋壩，對洪水、滑坡、泥石流進行分流、消能、攔截，減少或消弭其危害，將固體物質(zhì)(礫石、泥沙)攔蓄、固淤在壩內(nèi)形成“山間小平原”；通過地下水庫將大氣降水、地表徑流、地下徑流最大限度地攔蓄在地下水庫之中；合理利用地下水庫中淡水資源，形成擁有自主灌溉功能的良田。
【專利說明】
小流域綜合治理一再造良田新技術
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及小流域的水利建設、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、地質(zhì)災害治理技術領域。
【背景技術】
[0002] 小流域通常是指二、三級支流以下以分水嶺和下游河道出口斷面為界，集水面積 在100km2以下的相對獨立和封閉的自然匯水區(qū)域。在我國，小流域面積約占15%左右，即 150萬km 2。這些地域是水土流失及許多自然災害、地質(zhì)災害，例如山洪、崩塌、滑坡、泥石流 等災害頻發(fā)的區(qū)域，其原因在于這些地區(qū)往往是溝壑縱橫、荒灘遍布、土地貧瘠、生態(tài)環(huán)境 惡劣，由于小流域特定的地貌條件，即上高下低，在降雨時會引起水土流失及山洪暴發(fā)，進 而可能導致滑坡、泥石流等災害發(fā)生。其根本原因在于液態(tài)物質(zhì)(水)裹挾固態(tài)物質(zhì)如塊石、 礫石、泥沙，并由最初的勢能轉化為較大的動能，而產(chǎn)生巨大的沖擊力和破壞力。因此，小流 域地區(qū)開發(fā)利用的難度很大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所解決的技術問題是提供一種小流域綜合治理一再造良田新技術，保持小 流域水土，改善地質(zhì)水文環(huán)境及生態(tài)環(huán)境，同時增加耕地面積。
[0004] 本發(fā)明采用的技術方案是小流域綜合治理一再造良田新技術，在小流域地區(qū)由上 至下建立若干道由塊石網(wǎng)箱筑成的透水性攔擋壩，塊石網(wǎng)箱由在網(wǎng)箱片圍合成的箱體內(nèi)干 砌塊石構成，每道透水性攔擋壩由左右兩道弧形壩體連接而成，攔擋壩整體呈人字形，頂端 朝向上游;攔擋壩阻擋地質(zhì)災害裹挾的石塊、泥沙、淤泥等固體物質(zhì)或人工搬運土方，固淤 形成良田；
[0005] 攔擋壩下游設置一道由隔水材料建成的阻水壩，阻水壩向地下延伸至隔水層且左 右各貼合于山體。
[0006]在阻水壩前方建有輻射井，輻射井周圍布設有集輸管，集輸管外圍連通過濾層。
[0007] 集輸管呈輻射狀分布于輻射井周圍。
[0008] 所述阻水壩壩體左右連接兩側溝崖，嵌入隔水層，下部深入隔水層。
[0009] 所述攔擋壩弧形壩體所對應的弧度為31/4至31/2,兩段壩體中間連接處形成尖角， 攔擋壩分級布置。
[0010] 所述透水性攔擋壩的塊石網(wǎng)箱由網(wǎng)箱內(nèi)干砌石構筑形成，網(wǎng)箱材料為經(jīng)防腐處理 的高強度鋼絲。
[0011]所述透水性攔擋壩阻擋的泥土沉積形成耕地，在耕地邊界開挖攔滲溝，攔滲溝最 下端抵達含水層或人造蓄水層，攔滲溝下層填充有大塊碎石，碎石層上設有過濾層。
[0012] 所述攔擋壩阻擋地質(zhì)災害裹挾的石塊、泥沙、淤泥等固體物質(zhì)固淤造成良田，或收 納邊坡修整、土方開挖帶來的土方造成良田。
[0013] 所造耕地可通過抽取輻射井儲存的水進行灌溉，形成具有自主灌溉功能的良田。
[0014] 本發(fā)明的有益效果是，通過設置數(shù)道由透水的塊石網(wǎng)箱構成的弧形攔擋壩，對洪 水、滑坡、泥石流進行分流、消能、攔截，減少或消弭其危害，將固體物質(zhì)(礫石、泥沙)攔蓄、 固淤在壩內(nèi)形成"山間小平原"；通過地下水庫將大氣降水、地表徑流、地下徑流最大限度地 攔蓄在地下水庫之中；合理利用地下水庫中淡水資源，形成擁有自主灌溉功能的良田。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明攔擋壩和阻水壩建設布局示意圖。
[0016] 圖2為攔擋壩和阻水壩與地表徑流位置關系圖。
[0017]圖3為壩體截留洪水示意圖。
[0018]圖4為攔滲溝結構圖。
[0019]圖5為壩體受力分析圖。
[0020] 圖中標記為：1_攔擋壩，2-阻水壩，3-攔滲溝，31-過濾層，4-輻射井，71-小流域區(qū) 域，
【具體實施方式】
[0021] 下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0022] 如圖1、圖2所示，在小流域區(qū)域的溝谷地帶由上至下建立若干道由塊石網(wǎng)箱筑成 的透水性攔擋壩1，塊石網(wǎng)箱由在網(wǎng)箱片圍合成的箱體內(nèi)填充塊石構成，網(wǎng)箱材料為經(jīng)防腐 處理的高強度鋼絲，或其它具有一定強度和韌性的材料制成。每道透水性攔擋壩1由左右兩 道弧形壩體連接而成，攔擋壩1整體呈人字形，頂端朝向上游，左右的壩體尾端貼合于山體。 攔擋壩1數(shù)量和位置，需要根據(jù)當?shù)厮牡刭|(zhì)和工程地質(zhì)條件確定。
[0023] 如圖3所示，遇到山洪時，雨水裹挾固態(tài)物質(zhì)如塊石、礫石、泥沙形成固液混合物， 上游的透水性攔擋壩1可以攔截一部分混合體，透水性攔擋壩的塊石網(wǎng)箱由網(wǎng)箱內(nèi)干砌石 構筑形成，其中的雨水就可以從塊石網(wǎng)箱緩慢滲出，雨水排出后，泥沙等固體物質(zhì)留在這道 透水性攔擋壩1前，實現(xiàn)固液分離，經(jīng)過長時間積累，透水性攔擋壩1前沉積的泥沙可以形成 耕地，有效解決山區(qū)耕地面積匱乏的問題。攔擋壩分級布置，逐級抗擊洪水沖擊，也可以逐 級沉積泥土形成良田，每道攔擋壩1均可以攔截一部分固液混合物，將其攜帶的巨大能量逐 層消解。否則，洪水順勢而下，裹挾更多的泥土石塊或者植被，匯集更多洪水，造成不可以抵 擋的洪流。
[0024] 攔擋壩1由左右兩段弧形壩體連接而成，最好左右各為四分之一圓，兩個圓弧于連 接處相切，使攔擋壩1整體呈人字形，頂端朝向上游。當洪水沖下，壩體中間部分不會正面迎 接沖擊，減少被擊垮的可能性，而且在弧形壩體的引導下，沖擊到壩體的洪水沿圓弧運動， 遇到山體折返，在壩體前形成漩渦，對洪水進行了分流，也進一步消解洪水能量。人字形的 壩體應對洪流的抗沖擊能力遠遠高于現(xiàn)行的一字壩、梳齒壩。如圖5所示，人字形所受到的 沖擊力由下式計算：
[0025] F直=qXl
[0026] q:單位壩長沖擊力
[0027] 1:壩長
[0028]人字型壩體與流體前進方向呈曲線斜交，流體一分為二，流體沖擊力也被一分為 二，人字型壩所承受的沖擊力可按照下式計算。
[0029] f分=q X Δ 1 X cos9
[0030] Θ:受力位置與人字壩圓心連線與沖擊方向夾角
[0031] Δ1:受力單元體垂直沖擊力方向寬度
[0032]當弧形為V2時，人字型壩受到垂直壩體方向分力總和。
[0033]
[0034]因此，人字型壩所受垂直于壩體方向力較一字型壩小，是較為合理的壩形，平行于 壩體方向的分力產(chǎn)生渦流。
[0035] 攔擋壩1由塊石網(wǎng)箱堆疊而成，它并非一個剛性壩體，每個塊石網(wǎng)箱都是相互獨立 單元，堆疊在一起時形成一道穩(wěn)定的壩體，遇到?jīng)_擊時，相鄰的兩個塊石網(wǎng)箱可能會稍有挪 動，因此若干塊石網(wǎng)箱組成的壩體是具有一定變形空間的，塊石網(wǎng)箱之間發(fā)生移動后塊石 之間也會產(chǎn)生相應錯動，間隙和位置產(chǎn)生相應改變以適應網(wǎng)箱的整體移動，因此相對現(xiàn)有 鋼筋水泥的壩體，攔擋壩1是一種柔性的壩體。當沖擊力較大時，即使將壩體某部分產(chǎn)生一 定變形或向后推出一段距離，整個壩體不會立即坍塌，而且柔性壩體通過變形和位移可以 消弭一部分沖擊能量。攔擋壩1不僅從整體結構上，也從壩體結構材料上做到了應對洪流的 最大抗沖擊化的設計，而且蓄水固淤，截能消能，形成良好的地質(zhì)和生態(tài)環(huán)境。
[0036] 如圖3所示，攔擋壩1最下方設置一道阻水壩2,阻水壩2的壩體左右連接兩側溝崖， 向下深入阻水邊界，低端深入隔水層，達到有效阻斷地下徑流作用。經(jīng)過上面多道攔擋壩1 的過濾，泥沙被阻隔在上面，雨水繼續(xù)向下流動，阻水壩2將截留地面徑流和地下水流。地下 阻水壩2部分設計時考慮被動土壓力，受力更均勻合理，在保證壩體強度的前提下，體量可 大幅度減少，利用注漿或高壓旋噴等方法即可完成，施工的成本、難度和工程量都較低。 [0037]上游的數(shù)道人字型壩攔擋壩1可以根據(jù)情況設置其數(shù)量，通常2-5道，固液混合物 通過數(shù)道攔擋壩的攔截逐級消能，當流體到達最后一道阻水壩，其能量僅為原有總能量的 1 /5左右。因此，整個流體中無論是固態(tài)物質(zhì)還是液態(tài)物質(zhì)均已被攔截在壩區(qū)內(nèi)。
[0038] 參考圖1、圖3,在阻水壩2前方建有輻射井4,輻射井4連通于地下含水層，輻射井周 圍布設有集輸管，集輸管外圍包裹有過濾層，過濾層由碎石沙土筑成，過濾降水中的雜物， 集輸管呈輻射狀分布于輻射井周圍，加快地表水入滲地下含水層的速度，同時也方便旱季 時抽取利用地下淡水。
[0039] 輻射井4周圍還可以開挖若干攔滲溝3,攔滲溝3上方設有一道過濾層31，盡量過濾 掉水中雜物泥沙，攔滲溝3下部分填充有大塊碎石，而且下方要抵達含水層或者與集輸管相 連通，經(jīng)過濾的淡水，經(jīng)攔滲溝3進入集輸管，并通過集輸管進入輻射井4。阻水壩2攔截的淡 水資源被存儲到地下含水層或人造蓄水層中，充分地利用寶貴的大氣降水、地表水、地下水 資源，同時也將改善地質(zhì)環(huán)境。隨著地質(zhì)環(huán)境的改善，水土流失和地質(zhì)災害減少，直至消弭。 區(qū)域內(nèi)地下水位上升，植物根系帶與常年地下水位之間的間距縮小，為植被(農(nóng)作物)提供 了必要的生長條件，進而使得生態(tài)環(huán)境得到改善。沉積的泥土形成新的耕地后，在耕地邊界 開挖攔滲溝，攔滲溝最下端抵達含水層或人造蓄水層，同樣，攔滲溝下層填充有大塊碎石， 碎石層上設有過濾層，加快地表水入滲地下含水層。
[0040] 植被的繁茂與否與小氣候環(huán)境有著密切的關系，當生態(tài)環(huán)境向良性環(huán)境發(fā)展時， 其小氣候環(huán)境亦是向良性發(fā)展;無論是地質(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境還是小氣候環(huán)境都不是單一存 在、獨立發(fā)展的，而是相互制約、相互作用環(huán)境進入一個良性循環(huán)發(fā)展狀態(tài)。
【主權項】
1. 小流域綜合治理一再造良田新技術，其特征在于：在小流域地區(qū)由上至下建立若干 道由塊石網(wǎng)箱筑成的透水性攔擋壩，塊石網(wǎng)箱由在網(wǎng)箱片圍合成的箱體內(nèi)干砌塊石構成， 每道透水性攔擋壩由左右兩道弧形壩體連接而成，攔擋壩整體呈人字形，頂端朝向上游;攔 擋壩阻擋地質(zhì)災害裹挾的石塊、泥沙、淤泥等固體物質(zhì)或人工搬運土方，固淤形成良田； 攔擋壩下游設置一道由隔水材料建成的阻水壩，阻水壩向地下延伸至隔水層且左右各 貼合于山體。2. 如權利要求1所述的小流域綜合治理一再造良田新技術，其特征在于:在阻水壩前方 建有輻射井，輻射井周圍布設有集輸管，集輸管外圍連通過濾層。3. 如權利要求2所述的小流域綜合治理一再造良田新技術，其特征在于:集輸管呈輻射 狀分布于輻射井周圍。4. 如權利要求1所述的小流域綜合治理一再造良田新技術，其特征在于:所述阻水壩壩 體左右連接兩側溝崖，嵌入隔水層，下部深入隔水層。5. 如權利要求1所述的小流域綜合治理一再造良田新技術，其特征在于:所述攔擋壩弧 形壩體所對應的弧度為31/4至31/2,兩段壩體中間連接處形成尖角，攔擋壩分級布置。6. 如權利要求1所述的小流域綜合治理一再造良田新技術，其特征在于:所述透水性攔 擋壩的塊石網(wǎng)箱由網(wǎng)箱內(nèi)干砌石構筑形成，網(wǎng)箱材料為經(jīng)防腐處理的高強度鋼絲。7. 如權利要求1所述的小流域綜合治理一再造良田新技術，其特征在于:所述透水性攔 擋壩阻擋的泥土沉積形成耕地，在耕地邊界開挖攔滲溝，攔滲溝最下端抵達含水層或人造 蓄水層，攔滲溝下層填充有大塊碎石，碎石層上設有過濾層。8. 如權利要求1所述的小流域綜合治理一再造良田新技術，其特征在于:所述攔擋壩阻 擋地質(zhì)災害裹挾的石塊、泥沙、淤泥等固體物質(zhì)固淤造成良田，或收納邊坡修整、土方開挖 帶來的土方造成良田。9. 如權利要求7所述的小流域綜合治理一再造良田新技術，其特征在于:所造耕地可通 過抽取輻射井儲存的水進行灌溉，形成具有自主灌溉功能的良田。
【文檔編號】E02D29/12GK105862665SQ201610201213
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月31日
【發(fā)明人】盧明全, 柳玉印, 林偉, 劉臣
【申請人】大連久鼎祥瑞特種工程技術研究院有限公司