明沟排水系统设计浅析.pdf

1引言 摘要 关键词 明沟排水系统设计浅析 张学明 ( 岚皋县水利局 陕西 岚皋7 2 5 4 0 0 ) 文章以岚皋县基本情况为例 ， 阐明了在降水较多， 易产生涝、 渍灾害地区做好排水工作的重要 性。 同时， 简要介绍了明沟排水系统规划设计的方法和规划设计要点， 可为相关地区水利工作者 提供参考。 明沟排水 ； 规划； 设计 ； 流量 ； 水位 中图分类号 ： $ 2 7 6 7 + 1 文献标识码 ： A 适宜的土壤水分含量是农作物正常生长 的必要条件之一。农 田水分长期过多或地面 长期积水，会造成作物生长不良甚至窒息而 死。土壤水分过多 ， 排水不 良， 常常引起土壤 的沼泽化和盐碱化。因此， 要使农作物具有 良 好的生长环境 ， 排水和灌溉 同样重要 ， 要重视 解决排水除涝防渍的问题 ， 做到灌排并重。 明沟排 水是水平排水拭 的种 ，其 目的 就是建立一套完整的地面排水系统， 把地上 、 地下和土壤 中多余的水排走，控制事宜的地 下水位和土壤水分。按照排水任务的不同， 明 沟排水也可分为除涝 、防渍和防止土壤盐碱 化等三种明沟排水系统。排水沟间距 、 深度随 排水沟的排水任务 、 作物的品种与种类 、 土壤 结构与质地等不 同而不同。虽然明沟排水丁 程量大 、 占地面积较多 ， 但是其排水速度快、 排 水效果好， 设 i r 施工简单， 易于推广。 2岚皋县概况 岚皋 县位 于 陕西 省南 部 ，地 处大 巴 山北麓， 属于汉江流域的中游。 县内地形 以山地 为 主 ， 坡 谷纵 横 ， 属亚 热带 季 风气 候区。县内雨量充沛， 多年平均降雨量超 过 1 0 0 0 m m， 且多集中于夏、 秋两季。 水利资 源 十分丰富 ， 河 网密布 ， 在 1 8 5 1 k m 总面积 上分布有常年河流6 4 6 条， 其中岚河、 滔河 、 四季河 、大道河 和洞河 等 5条河流流 域面 积均超过 l O O k m 。 由于水量充沛 ， 岚皋县洪 涝灾害频 发，例如近年来较为典型的 2 0 0 7 年“ 8 7 ” 短时特大暴雨洪水 灾害和 2 0 1 0年 “ 7 l 8 ” 暴 雨洪水灾害 ， 严重危害 了当地的农 业生产 ，影响了县域经济 的发展 和社会稳 定 。因此 ， 搞好排水 系统的规划设计 ， 对促 进岚皋县 经济社会 的发展意义重大。 3明沟排水系统的设计 在排水系统规划设计时，一般只对较 大的主干排水沟道进行逐条设计 ，而对较 小的斗、农沟则通常采用根据当地经验或 通过典型沟道计算而得 的标准 断面 ，而无 须进行设计 。进行排水沟设计前 ， 必须对排 水区的地形 、 气象 、 水文 、 地质 、 土壤 、 _ _】二 程 、 社会经济等进行调查研究 ，收集必要的资 料 ， 以此作为排水系统设计 的依据 。 排水系统设计的内容有 ： 设计流量的 计算 、 设计水位的确定 、 断面尺寸的确定以 及断面尺寸的绘制等。 3 1 设计流量的计算 排 水沟的设计 流量是确定排水 沟断面 和沟道上各种建筑物规模的依据。正确按 照排水设计标准计算排水沟设计 流量是排 水沟设计的首要任务。排水沟设计流量分 为： 排涝设计流量、 排渍设计流量和日常排 水设计流量。 一般而言， 排涝设计流量用以 确定 排水沟断 面尺寸 ；排渍设计 流量用 以 校核排水沟的最小流速 ；而 日常排 水设 计 流量则是用来确定有控制地下水位要求的 排水 沟沟底 高程和沟底宽度的。 3 1 1 排涝设计流量 排涝设 计流量系指排水沟为满 足排涝 标准要求所须保证通过 的流量 。它通常为 设计暴雨形成的最大流量。 从理论上讲， 排 涝设计流量应根据排水区域 内实 测的径流 资料推求，但由于排水地区一般水文站少 或径流资料年限短 ， 因此 ， 排水沟 道的排水 地制宜采取 不同方 法加 以处理。 3 2加固处理措施 小型水库坝体或库岸 的滑坡处 理应尽 量争取在滑坡 的初期进行 ，此 时由于发生 滑坡的面积和体积有 限，相对来说 处理难 度和工程量要小一些 。 但一旦发生滑坡 ， 应 当采取一些 紧急措施 ，防止进一 步坍塌和 扩大险情。待具备条件后， 进行彻底处理。 根据 国内外水库坝坡和库岸 的滑坡治 理经验 ，主要有以下几种处理措施 ： ( 1 ) 当 整个坝体已经失稳，而局部 f J 现滑动的预 兆 ， 这时应对坝体进行彻底 的加 固 ， 采取前 削后培的方法 。此法虽 工程量太太 ， 但较为 安全。 ( 2 ) 当滑坡的滑弧 已经趋 于稳定 ， 这 时可以只进行表层开挖 回填 ，清 除滑弧 表 层并恢复原状即可。 ( 3 ) 当滑坡体只是暂时 趋于稳定 ， 这时必须采用开挖 回填 的方 案 ， 并且 放缓边坡和压重坡脚 ， 进一步加 固， 此 法的土方开挖 比较困难 ，施工 中容易 再次 产生小范围滑坡，但坝坡结构布置对今后 的水库运行有利 。( 4 ) 当滑坡和水库戴帽加 高有关 ， 这时采用上减下压的方法。上减是 在滑坡体上部， 陡坡部分进行削坡 ， 然后尽 量挖出滑坡部分松土 ，下压是在 滑坡 体前 沿处作压重固脚并放缓坝体坡度 ，此法丁 程量较大 ， 由于削坡 ， 坝顶 以及 防浪墙 都需 要重新设计 ， 但对坝体稳定有利 ， 可 以彻底 解决坝体的滑坡。 4结语 小型水库的坝体或库岸滑坡的除险加 固工程 ， 应先查明滑坡的具体原 因 ， 然 后对 可研的各种方案进行比较，选 最优的方 案进行大坝的加固处理，若能结合当地T 程的地质和水文条件 ，因地制宜地进 行施 T， 便可以更有效地保证水库的安全。 水库 的滑坡加 固T程 是一个 很危险 的T程 ， 所 以在施 工过程 中一定要 严格遵守 规范 ， 把 好质量关 ， 确保T程 的优质安全 ， 并建立完 整的管理机制 ， 加大对水库的管理力 度 ， 防 患于未然 。陕西水利 参考文献 1牛运光 病险水库加 固实例 I M1 北京 ： 中国水利水电 出版社 2 0 0 2 2 王萍 ，夏仲 平 病 险水库 除险加 固中的 主要技术措 施m人 民长江， 2 0 0 6 3盛金保 ， 李 雷， 王昭升 我国小型水库大 坝安全 问题探 讨 中国水利 ， 2 0 ( 1 6 ( 2 ) 4 邓祥辉 等效连续岩体的渗流应力耦合 模 型研 究及 应用 o 1西安 工业 大学 学报 ， 2 0 ( ) 9 2 9 ( 6 ) ( 责任编辑 ： 黄 灵芝 ) C C 沟设计流量一般难以根据实测径流资料进行 统计分析确定，而往往是由设计暴雨按地区 经验公式法 、平均排 除法和推理公式 法计算 求得 。 目前 ， 应用最多的为地区经验公式法 。 地区经验公式可表述为 ： Q I P ( 1 ) 式中， 0 书 涝设计流量( n l 2 s ) ； l ： 流域面积 ( k m 2 ) ； K， 、 n 与频率和地区有关的经验 性参 数 。 和 n反应 的是 暴 雨统 计 特性 和 下垫面因素的平均情况 ，对岚皋县而言， 可 取 n = 0 8 3 ， KI ： 0 2 5 6 。 3 1 2排渍设计流量 由于根系层土壤含水量过大而使作物处 于不利生长环境的现象为“ 渍” ， 为使作物免 受 渍 害而 需要 的 排水 流量 称 为排 渍设 计 流 量。单位面积上的排渍设计流量叫排渍模数， 排渍模数可根据地下水补给类型、 地区气候 特点 、 降雨、 蒸发条件、 土质条件 、 水文地质条 件和排水系统的密度等因素具体分析确定。 排渍设计流量的公式可表述为： p = g F ( 2 ) 式中， p 排涝设计流量( m ) ； 卜流域面积( k m ) ； q 为排渍模数 ( m2 s ) k “ ， 与设计 降雨量 、 土壤特性等因素有关。 3 1 3日常设计流量 地下水位达 到设 计控制要求 时的地下水 排水流量称为日常设计流量。单位面积上的 日常排水 流量称 为 日常排水模 数 ，用 q一 表 示 ， 其 大小决定于土壤 质地 、 水文地质 条件和 排水系统的密度等因素。日常排水模数应根 据实测 或调 查资料确定 ， 无实测资料时 ， 也 可 根据土质情况 ，在 O 0 0 20 0 0 7范围内选取。 岚皋县内大部分地区土质松散，土壤多为山 地石渣土， 属蓄满产流地区， 可取口H = 0 0 0 4 。 日常 设计流量的公式可表述为 ： Q_ l -q I1 F ( 3 ) 式中 ， Q 日常设计流量( m 2 s ) ； 卜流域 面积 ( k m ) ； q l为日 常排 水f ( m z s ) k m 1 。 3 2排水沟 的设计水位 恰当地确定排水沟的设计水位是正确设 计排水沟的前提。排水沟的设计必须满足两 个条件： 第一， 在发生内涝的情况下， 排水沟道 能够将地面径流顺利的排入容泄区， 此时要求 排水沟道需要足够高的水位； 第二， 在正常情 况下， 排水沟道能够将排水区地下水位控制到 一 定的埋藏深度， 此时要求排水沟具有相当低 的水位 。排水沟的设计水位分 为最高设计水 位和 日常设计 水位两种 。 3 2 _ 1 最高设计水位 相应于排水沟最大设计流量时的水位称 为最高设计水位 ， 也称为排涝水位。根据容泄 区水位的高低和排水区内部的排水规划， 最高 设计水位的确定可分为： 自流外排时的最高 设计水位。当容泄区设计水位相对较低 ， 如汛 期干沟出口处排涝设计水位始终高于容泄区 水位， 即沟道具备自流外排条件， 为保证顺利 排水 ， 通过设计 流量时 ， 各级排水 沟汇交点上 的水位和沟底 的衔接要求是 ： 汇入排水沟出 口 水位比下一级沟道水位高 0 1 m， 沟底高 0 2 m ； 通过校核流量 时 ， 汇人排水沟允许来 自下一级 沟道的暂时顶托； 干沟出口处的最高水位比容 泄区的设计洪水位要高或至少相平。此时， 可 以沟口最高水位作控制， 按排水沟比降和水位 衔接要求 ， 自下而上逐级上推 ， 从而确定各级 排水沟的最高水位。无内排站的最高水位。 容泄区水位很高，长期顶托无法实现 自 流外 排， 在无内排站的情况下， 通常将沟道最高水 位设计为与地面平齐。为安全排涝， 排水沟最 高水位通常以低于地面0 2 m一 0 3 m为宜。 抽水强排 ， 同时有内排 站的最高水位 。在有内 排站的情况下， 排水沟最高水位可以超出地面 一 定高度 。相应沟道两岸亦需筑堤 ， 各级排水 沟最高水位 的推求与 自流外排时基本相 同， 所 不同的是排水沟水位为设计前池水位 ， 它 比容 泄区洪水位低 。 3 2 2日常设计水位 为控制地下水埋藏深度， 排水沟经常需要 维持的水位称17 1 常设计水位。它的大小主要 取决于控制地下水位的要求。日常设计水位 的确定方法可参照自 排最高水位的推求进行。 3 _3排水沟的断面设计 排水 沟断面设计主要任务 是确定排水 沟 纵横断面尺寸和水位衔接条件， 校核排水沟排 涝能力和不 冲不淤条件。一般情况下 ，干 、 支 沟需 进行设计和校 核 ； 斗沟仅需设计 ， 不必校 核； 农级 以下排水沟不 需要设计 ， 而根 据当地 经验 拟定断面尺寸 即可 。对于有综合 利用要 求的排水沟 ， 尚应 以日常流量相应 的排水沟断 面尺 寸校核 。 在进行排水沟断面设计 时， 应注意 以下几 点： 排水沟的糙率较大， 对于那些难免要滋 生杂草的沟道， 糙率一般取为 0 0 2 5 0 。0 3 ； 当排涝流量和排渍 流量相差悬殊时 ， 可考虑采 取复式断面； 有其它特殊要求如通航、 养殖、 滞涝 、 灌溉引水的排水沟， 其水深和底宽的确 定要根据特定的条件满足其相应的要求， 例如 满足养殖要求的水深不宜小于 l m 1 5 m； 在设计 排水沟纵断面时 ， 一般要求在 日常流量 时不得发生壅水现象， 在上、 下级沟道相交处， 其水位差一般取为 0 1 m一 0 2 m。 3 4排水容泄区 排水系统的容泄区也 q 承泄 区， 它的规划 设计 是排水 系统规 划设计 的重 要组 成部分 。 往往因为没有适当的排水出路， 使一个地区的 排水计 划难 以实施 。一个地 区排水 出 口的排 出流量有时要受到下游 区通过能力的限制 ， 会 因此引起上下游之间的排水纠纷， 所以在进行 一 个大型排水T程的规划设计时， 应同时研究 和分析因该地区排水计划 的而实施而 引起容 泄区周围的农田淹没、 河床淤积、 河岸冲毁或 造成容泄区附近的生态环境恶化等不利影响。 所以， 对容泄区的规划和整治应与排水T程的 规划与实施同步进行。 4结语 土壤水分过多或地面积水对农作物的生 长不利， 甚至引发灾害。对于像岚皋县这水量 充沛且多发暴雨的地区， 往往因排水得不到有 效解决而引发一定程度的涝 、 渍灾害， 因此排 水问题必须引起人们足够的重视。科学合理 地进行明沟排水系统的规划设计 ， 是解决好这 一 问题的关键。陕西承利 ( 责任 编辑 ： 黄灵芝 ) 胆量霪曩圈匝田I 套管缝隙封闭必须严密， 在 网柱 形插销上焊接 角钢 ，防止插设 过程 中土 压力把淤泥压入套管。沉管前先使管端与 沙垫层压紧， 再启动振动锤沉管。施打套管 至设计高程后* D il 停留， 再缓慢匀速提升。 ( 5 ) 塑料排水管的插入导管长度须考虑 回带长度 。 ( 6 ) 采用 专用探 测仪 检测 塑料排 水板 插 设 深度 ， 抽检率为 1 0 。 ( 7 ) 认 真做好沉降观测 ， 控制填土加载 速率 。 6结语 塑料排水板堆载预压法在定家湾海堤地 基处理取得很好的效果， 能有效提高地基的稳 定性， 减少后期沉降， 加快_T程进度， 减少工程 投资， 较砂井有较大的优越性， 在沿海软土地 基处理有着很好的应用前景。陕西水利 参考文献 1 杨建 民 塑料排水板处理软基沉降分析 】 q - 南公路工程， 1 9 9 9 ， ( 1 ) ： 5 6 f 2 1 许莹 塑料排水板在软土地基中的应用探讨 卟 公路 ， 1 9 9 5 ， ( 9 ) ： 1 3 1 4 I 3 】3苏云 塑料排水板处理软基的效果分析 l l公 路 与汽运 ， 1 9 9 9 ， ( 3 ) ： 1 4 1 6 ， f 4 】 高瑞 民 塑料排水板在软 土堤基加 固中的应 用U 1 湖南水利水电， 2 0 0 9 ， ( 1 ) ：4 3 4 5 f 5 】 林春岳 塑料排 水板在 滨海软基 围垦 中的应 用 】 浙江水利科技 ， 2 0 1 1 ， ( 3 ) ： 3 4 3 6 ( 责任编辑 ： 黄灵芝 )