小流域綜合治理—再造良田新技術(shù)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種小流域綜合治理—再造良田新技術(shù)，通過(guò)設(shè)置數(shù)道由透水的塊石網(wǎng)箱構(gòu)成的弧形攔擋壩，對(duì)洪水、滑坡、泥石流進(jìn)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(guò)地下水庫(kù)將大氣降水、地表徑流、地下徑流最大限度地?cái)r蓄在地下水庫(kù)之中；合理利用地下水庫(kù)中淡水資源，形成擁有自主灌溉功能的良田。
【專利說(shuō)明】
小流域綜合治理一再造良田新技術(shù)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及小流域的水利建設(shè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、地質(zhì)災(zāi)害治理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 小流域通常是指二、三級(jí)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(duì)獨(dú)立和封閉的自然匯水區(qū)域。在我國(guó)，小流域面積約占15%左右，即 150萬(wàn)km 2。這些地域是水土流失及許多自然災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害，例如山洪、崩塌、滑坡、泥石流 等災(zāi)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(shí)會(huì)引起水土流失及山洪暴發(fā)，進(jìn) 而可能導(dǎo)致滑坡、泥石流等災(zāi)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(shì)能轉(zhuǎn)化為較大的動(dòng)能，而產(chǎn)生巨大的沖擊力和破壞力。因此，小流 域地區(qū)開(kāi)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(shù)問(wèn)題是提供一種小流域綜合治理一再造良田新技術(shù)，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(shí)增加耕地面積。
[0004] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是小流域綜合治理一再造良田新技術(shù)，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(gòu)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(zāi)害裹挾的石塊、泥沙、淤泥等固體物質(zhì)或人工搬運(yùn)土方，固淤 形成良田；
[0005] 攔擋壩下游設(shè)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?chē)荚O(shè)有集輸管，集輸管外圍連通過(guò)濾層。
[0007] 集輸管呈輻射狀分布于輻射井周?chē)?br>[0008] 所述阻水壩壩體左右連接兩側(cè)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(duì)應(yīng)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(jí)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(gòu)筑形成，網(wǎng)箱材料為經(jīng)防腐處理 的高強(qiáng)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(kāi)挖攔滲溝，攔滲溝最 下端抵達(dá)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(shè)有過(guò)濾層。
[0012] 所述攔擋壩阻擋地質(zhì)災(zāi)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(kāi)挖帶來(lái)的土方造成良田。
[0013] 所造耕地可通過(guò)抽取輻射井儲(chǔ)存的水進(jìn)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(guò)設(shè)置數(shù)道由透水的塊石網(wǎng)箱構(gòu)成的弧形攔擋壩，對(duì)洪 水、滑坡、泥石流進(jìn)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(guò)地下水庫(kù)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(kù)之中；合理利用地下水庫(kù)中淡水資源，形成擁有自主灌溉功能的良田。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為本發(fā)明攔擋壩和阻水壩建設(shè)布局示意圖。
[0016] 圖2為攔擋壩和阻水壩與地表徑流位置關(guān)系圖。
[0017]圖3為壩體截留洪水示意圖。
[0018]圖4為攔滲溝結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖5為壩體受力分析圖。
[0020] 圖中標(biāo)記為：1_攔擋壩，2-阻水壩，3-攔滲溝，31-過(guò)濾層，4-輻射井，71-小流域區(qū) 域，
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)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(gòu)成，網(wǎng)箱材料為經(jīng)防腐 處理的高強(qiáng)度鋼絲，或其它具有一定強(qiáng)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(dāng)?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(shí)，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(gòu)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(shí)現(xiàn)固液分離，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)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(wèn)題。攔擋壩分級(jí)布置，逐級(jí)抗擊洪水沖擊，也可以逐 級(jí)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(shì)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(gè)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(dāng)洪水沖下，壩體中間部分不會(huì)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(dǎo)下，沖擊到壩體的洪水沿圓弧運(yùn)動(dòng)， 遇到山體折返，在壩體前形成漩渦，對(duì)洪水進(jìn)行了分流，也進(jìn)一步消解洪水能量。人字形的 壩體應(yīng)對(duì)洪流的抗沖擊能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jì)算：
[0025] F直=qXl
[0026] q:單位壩長(zhǎng)沖擊力
[0027] 1:壩長(zhǎng)
[0028]人字型壩體與流體前進(jìn)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(jì)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?qū)挾?br>[0032]當(dāng)弧形為V2時(shí)，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(gè)剛性壩體，每個(gè)塊石網(wǎng)箱都是相互獨(dú)立 單元，堆疊在一起時(shí)形成一道穩(wěn)定的壩體，遇到?jīng)_擊時(shí)，相鄰的兩個(gè)塊石網(wǎng)箱可能會(huì)稍有挪 動(dòng)，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(dòng)后塊石 之間也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)錯(cuò)動(dòng)，間隙和位置產(chǎn)生相應(yīng)改變以適應(yīng)網(wǎng)箱的整體移動(dòng)，因此相對(duì)現(xiàn)有 鋼筋水泥的壩體，攔擋壩1是一種柔性的壩體。當(dāng)沖擊力較大時(shí)，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(gè)壩體不會(huì)立即坍塌，而且柔性壩體通過(guò)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(jié)構(gòu)上，也從壩體結(jié)構(gòu)材料上做到了應(yīng)對(duì)洪流的 最大抗沖擊化的設(shè)計(jì)，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(shè)置一道阻水壩2,阻水壩2的壩體左右連接兩側(cè)溝崖， 向下深入阻水邊界，低端深入隔水層，達(dá)到有效阻斷地下徑流作用。經(jīng)過(guò)上面多道攔擋壩1 的過(guò)濾，泥沙被阻隔在上面，雨水繼續(xù)向下流動(dòng)，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(shè)計(jì)時(shí)考慮被動(dòng)土壓力，受力更均勻合理，在保證壩體強(qiáng)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(shè)置其數(shù)量，通常2-5道，固液混合物 通過(guò)數(shù)道攔擋壩的攔截逐級(jí)消能，當(dāng)流體到達(dá)最后一道阻水壩，其能量?jī)H為原有總能量的 1 /5左右。因此，整個(gè)流體中無(wú)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(shè)有集輸管，集輸管外圍包裹有過(guò)濾層，過(guò)濾層由碎石沙土筑成，過(guò)濾降水中的雜物， 集輸管呈輻射狀分布于輻射井周?chē)?，加快地表水入滲地下含水層的速度，同時(shí)也方便旱季 時(shí)抽取利用地下淡水。
[0039] 輻射井4周?chē)€可以開(kāi)挖若干攔滲溝3,攔滲溝3上方設(shè)有一道過(guò)濾層31，盡量過(guò)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(dá)含水層或者與集輸管相 連通，經(jīng)過(guò)濾的淡水，經(jīng)攔滲溝3進(jìn)入集輸管，并通過(guò)集輸管進(jìn)入輻射井4。阻水壩2攔截的淡 水資源被存儲(chǔ)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(shí)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(zāi)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(zhǎng)條件，進(jìn)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(kāi)挖攔滲溝，攔滲溝最下端抵達(dá)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(shè)有過(guò)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(guān)系，當(dāng)生態(tài)環(huán)境向良性環(huán)境發(fā)展時(shí)， 其小氣候環(huán)境亦是向良性發(fā)展;無(wú)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(dú)立發(fā)展的，而是相互制約、相互作用環(huán)境進(jìn)入一個(gè)良性循環(huán)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 小流域綜合治理一再造良田新技術(shù)，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(gòu)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(zāi)害裹挾的石塊、泥沙、淤泥等固體物質(zhì)或人工搬運(yùn)土方，固淤形成良田； 攔擋壩下游設(shè)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(quán)利要求1所述的小流域綜合治理一再造良田新技術(shù)，其特征在于:在阻水壩前方 建有輻射井，輻射井周?chē)荚O(shè)有集輸管，集輸管外圍連通過(guò)濾層。3. 如權(quán)利要求2所述的小流域綜合治理一再造良田新技術(shù)，其特征在于:集輸管呈輻射 狀分布于輻射井周?chē)?. 如權(quán)利要求1所述的小流域綜合治理一再造良田新技術(shù)，其特征在于:所述阻水壩壩 體左右連接兩側(cè)溝崖，嵌入隔水層，下部深入隔水層。5. 如權(quán)利要求1所述的小流域綜合治理一再造良田新技術(shù)，其特征在于:所述攔擋壩弧 形壩體所對(duì)應(yīng)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(jí)布置。6. 如權(quán)利要求1所述的小流域綜合治理一再造良田新技術(shù)，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(gòu)筑形成，網(wǎng)箱材料為經(jīng)防腐處理的高強(qiáng)度鋼絲。7. 如權(quán)利要求1所述的小流域綜合治理一再造良田新技術(shù)，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(kāi)挖攔滲溝，攔滲溝最下端抵達(dá)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(shè)有過(guò)濾層。8. 如權(quán)利要求1所述的小流域綜合治理一再造良田新技術(shù)，其特征在于:所述攔擋壩阻 擋地質(zhì)災(zāi)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(kāi)挖 帶來(lái)的土方造成良田。9. 如權(quán)利要求7所述的小流域綜合治理一再造良田新技術(shù)，其特征在于:所造耕地可通 過(guò)抽取輻射井儲(chǔ)存的水進(jìn)行灌溉，形成具有自主灌溉功能的良田。
【文檔編號(hào)】E02D29/12GK105862665SQ201610201213
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月31日
【發(fā)明人】盧明全, 柳玉印, 林偉, 劉臣
【申請(qǐng)人】大連久鼎祥瑞特種工程技術(shù)研究院有限公司