淺議山區小水窖工程規劃設計與應用

2012-06-21 01:17:40胡春艷徐義軍羅利順

湖南水利水電 2012年4期

關鍵詞：設計

盛東胡春艷徐義軍羅利順

（湖南省水利水電科學研究所長沙市 410007）

1 概述

水是制約山區生產、生活發展的關鍵因素。山區生產條件除了交通不便、地塊零散、土壤瘠薄以外，主要是缺水，小水窖工程可集蓄水與科學用水為一體，做到“小水大用，一水多用”，是解決山區生產和生活用水的有效措施。

小水窖是指在地表以下人工構筑的蓄水設施，其作用是儲蓄天然降雨或通過引水管（溝）將溝溪、泉水等輸送到窖中蓄存，供山區人畜飲水或抗旱灌溉。它具有以下特點：

（1）集雨存水，調節時空分布。水窖能把自然降雨所形成的地表徑流集蓄于地下窖內，在無其他水源及干旱的冬、春季節保證人畜飲用。

（2）由于水窖把雨水集中存儲于地面以下，加上封頂加蓋，周壁襯砌抹面等特殊處理，所以水窖不易被污染、不易蒸發、不滲漏、不受氣溫的影響、不易變質，最大限度地發揮集雨存水的利用效能，保證群眾能夠飲用干凈衛生的水。

（3）水窖結構簡單，易修易成。修建水窖有挖基、襯砌、抹面、封頂、建集雨場等簡單工藝，技術難度不大，取材容易，每口窖工程量不大，施工期短。

（4）水窖管理方便，使用時間長。每年除定期清洗沉淀池、過濾料、水窖外，不需要其它管理措施及費用開支，并且水窖建成后使用年限較長，一般可用20年以上。

小水窖主要作用是供給干旱山區及丘陵缺水地區農村人畜飲水安全，解決生活和庭院經濟用水。修建小水池小水窖的最終目的是要保證：“有水裝，能裝水，易排灌，有效益”12字原則。因此，質量是根本，如何保證質量，除了上述的要十分注重選址外，還應實施規范化、標準化建設。質量標準應包括：根據地質和地形，能方則方，能圓則圓，容積大小，用石，用沙，混凝土的配合比，施工技術，安全等若干方面做到統一思想、統一組織、統一規劃、統一標準、統一質量，達到規范、美觀、牢固的要求。除此之外，在施工過程中還要加強督導和指導，切實確保工程質量。

2 小水窖工程規劃原則與內容

2.1 規劃原則

小水窖工程規劃的基本原則有：

（1）小水窖工程規劃要照顧當前利益，又要考慮長遠利益，統一規劃，分期實施；應與農村經濟發展相協調，與農民致富相結合，與水土保持及節水灌溉等項目規劃緊密結合。

（2）小水窖工程規劃應符合當地水資源條件，適度而有效地利用當地雨水資源，做到合理布局、集中成片、綜合利用。

（3）小水窖工程規劃的類型、規模、數量應根據規劃區的氣象條件、地形、土質狀況、農作物需水量、人畜飲用水量確定，防止浪費和重復建設。

（4）小水窖工程選址要具備集水容易、占地少、地質條件好、安全可靠、蓄用與管理方便等條件。工程的布設要能最有效地攔蓄坡面徑流，能充分利用泉水等其他補充水源。池、窖址應避開填方及滑坡體，水資源易污染地區。位于公路兩旁的蓄水設施應符合交通部門排水、綠化、養護等規定。

2.2 規劃內容

（1）基本資料收集：水文氣象資料、地形、土質資料、集雨面的類型及數量、農作物種類及面積、土壤資料以及當地社會經濟狀況、建筑材料、道路交通、能源供應、農業發展規劃、現有水資源開展利用狀況等。

（2）對本地區缺水狀況、雨水利用的必要性和可行性、規劃的目標與任務、工程布局和規模、工程分布形式、工程量與資金估算、分期實施計劃、經濟評價和環境影響等進行評價。

（3）規劃目標及任務應盡量滿足灌溉、生活用水需要。其發展的速度應根據當地農村經濟狀況合理確定。

3 小水窖工程規模確定

水窖容量依據缺水時間、用水人口、用水定額等參數共同確定。湖南降水量一般集中在汛期，因此水窖的窖容確定關鍵是處理汛期降水，盡可能滿足間雨期的需要。依照《農村人畜飲水工程建設項目管理辦法》的規定，即每人每日供水（40～60）L，大牲畜每頭每日供水（20～50）L。連續 70天不不雨，能保證吃上清潔水。經測算，一家4口人，用水50 L/d；一頭牛，一頭豬，各用水20 L/d；最大間雨期70天，則年需水86 400 L；按滿足最大間雨期用水量蓄水，則水窖設計容積為14 m3。

（1）水窖容積公式為

式中V——水窖容積（m3）；

N——用水人口數（人）；

I——用水定額（m3/人·d）；

T——連續缺水時間（d）。

（2）水窖規格的確定。微型水窖規格可以按5m3、10 m3、15 m3、20 m3、30 m3容量進行典型設計。

（3）集流場面積的確定。由于人畜飲水小水窖對水質要求高，在設計中采用人工集流場，其主要作用是收集雨水，同時可兼作農戶曬壩。其公式為：

式中F——集雨面積（m2）；

η——蒸發、集流等造成的降雨損失系數，綜合分析取值η=0.3；

P——年降雨量，取值依據實際情況確定。

4 小水窖工程結構形式選擇

4.1 窖址選擇

依農戶自己承包的溝坡地、果園、林場地勢，選在位置較高并且可利用路、壩、裸巖、頁巖、荒坡形成雨水徑流的地點，建成后實現“居高臨下”用水。沒有上述條件的平地，需要考慮一處（20 m2～100 m2）以上面積的坡，鋪上塑料布也可滿足蓄水要求。

4.2 設計思路

小水窖工程結構形式需要依據地形地貌、地質土壤條件以及工程規模等要求來確定。為使水窖水質得到保障，通常應將水窖設計成深埋于土體的、密封的、帶集雨坪的圓柱體或方體水池，其優點是：

（1）水窖埋于土體，近似于一個微型地下水儲存系統，對水質有利。

（2）水窖不易遭人為破壞，經久耐用。

（3）水窖密封，污染物不會落入窖內，且由于密閉不透光，水體內微生物不易生存繁衍。

（4）采用人工集雨坪集流，可使降雨進入水窖前免受污染。設計重點是通過對水質的控制，使水窖能得以有效地使用，并且便于維修。

4.3 技術要求

小水窖工程由窖體、窖口、窖蓋、集水場、截流渠、兩級沉沙池、進水口、出水口、截門、防凍井、輸水管等部分組成?？傮w要求“全地下、不蒸發、不漏水、-15℃內不結冰”。

小水窖的具體技術要求如下：

（1）水窖深度：以窖頂低于凍層為準，距地面0.5 m深，如果蓄水2 m深，應開挖（2.8～3.0）m深的基礎。

（2）水窖基礎要求：窖底全挖到巖石層或原始土層，防止蓄水后造成雨水滲透沉裂。

（3）水窖形狀：為方便窖基開挖、漿砌施工和縮短頂板橫徑長度，增加承壓力，窖體應設計為橢圓型。

（4）砌體要求：蓄水15日以內可干砌窖體，砌好后用水泥沙漿勾縫，抹兩層水泥沙漿找平，然后刷1遍水泥漿，再抹1遍，連續刷抹4遍。蓄水30日以上的水窖，砌體要用1∶4水泥沙漿砌石，以免因砌體承壓不夠，裂縫漏水，窖體抹面防水同上。漿砌順序應是先砌墻、后砌底，底要用碎石砌好后灌注水泥沙漿，也可用水泥、石子、沙子混凝土直接澆筑，厚度（15～20）cm，待墻體全部砌體完成后統一抹面，形成一體。在窖體砌筑時，窖內墻體頂部兩側各留一個寬30 cm、高10 cm的進水口，同時安好鐵紗網用以攔截雜草，在距水窖底10 cm左右的外墻埋好輸水管。

（5）防凍井：在水窖預留的輸水管外，挖溝并安裝截門，在截門處挖1 m見方的立井，用石塊干砌即可，外墻培土防凍，立井上面加蓋加鎖，保護啟用。

（6）窖頂：可以加鋼筋直接灌筑拱型窖頂，也可以加鋼筋打（12～15）cm 厚的預制板蓋頂，留好（0.8～1.0）m 見方的窖口，蓋板的縫隙要抹嚴。窖頂養護堅固后砌窖口，高度（50～60）cm，在漿砌時做預埋鐵或水泥蓋固定安裝鐵環。最好按設計窖口安裝窖蓋，同時加鎖。

（7）截流渠、集水場、沉沙池、截流渠：以水窖外沿為準，向相反方向設計“V”字型截流渠，長度按蓄1 m。水渠長（2～3）m 計算，拉線開基，截流渠規格為寬（30～40）cm，高20 cm，用石塊砌，水泥沙漿抹好表面。沉沙池第一個沉沙池設在距水窖（2～3）m的截流渠中間，規格為長1 m、寬0.8 m、深0.6 m，挖基礎后用水泥沙漿塊石砌好抹面。為了緩水并沉積泥沙，池內砌三道曲型隔墻，高（0.4～0.5）m。第二沉沙池設在水泥截流渠與土渠接合處，規格為：長0.8m，寬0.6 m，用石塊干砌抹面即可。集水場在截流渠上方，按每蓄1 m3，水設計（1.5～2）m集水場計算。開挖15 cm深的基礎，依設計面積清挖雜草灌木，再用碎石水泥沙漿灌注后抹面，或用混凝土鋪筑，厚度10cm左右，集水場可考慮利用道路、裸巖、頁巖、荒坡等容易形成雨水徑流的地點。

（8）安裝輸水管道：依水窖容水量與使用面積、用途，設計管道走向與長度，用聚丙稀塑料管鋪設，配用滴灌用出水管，每（10～15）m安裝一個出水口或噴頭，管道深埋（60～70）cm，管道應保持1 m以上落差。管道尾部要建一個放水池，入冬前將管道內積水放盡，防止管道凍裂。地上可利用出水噴頭進行管灌或滴灌。

（9）與機井配套的人畜飲水水窖也可采取以上要求，農戶居住在溝坡上的也應選在高處，以利于自己埋設地下引水管道，即保證人畜用水時不用安泵提水，又方便庭院經濟用水，同時應嚴格按技術標準進行窖口加蓋加鎖，以保證人身安全。

（10）完全是土基礎的水窖，可采用模具全窖體混凝土灌注形成一個整體后內抹面3～4次。