平定理家莊水土保持監(jiān)測徑流小區(qū)設(shè)計(jì)

陳 剛

（山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 項(xiàng)目區(qū)概況

項(xiàng)目區(qū)位于陽泉市平定縣岔口鄉(xiāng)理家莊村，距平定縣城約45km，地處太行山中部西側(cè)，為中等切割的中山區(qū)，溝谷發(fā)育。因位于硯水河與溫河分水嶺處，地勢起伏不平，為四周高、中間低的盆地地形。村東老峪山標(biāo)高1261.8m，村南最低標(biāo)高830m，相對高差為431.8m。地形大致可分為土石山區(qū)、石質(zhì)山區(qū)、土丘河谷區(qū)3個(gè)地形單元。流域位于黃土高原與太行山脈交匯地區(qū)，總面積14.0km2。

項(xiàng)目區(qū)土壤隨地形呈規(guī)律性分布，大體上可分為紅土、白土、砂土、黑土4種類型，易于農(nóng)耕；項(xiàng)目區(qū)植物資源豐富，分布有油松、側(cè)柏等大量水土保持先鋒樹種，以及紅棗、核桃、柿子、花椒等山區(qū)經(jīng)濟(jì)樹種。

土壤侵蝕以水力侵蝕為主。坡耕地一般為細(xì)溝侵蝕，溝坡地帶為鱗片狀侵蝕，山區(qū)、丘陵區(qū)多為層狀面蝕和淺溝侵蝕，河谷階地多為沖溝侵蝕，河谷地帶為山洪沖蝕。

2 徑流小區(qū)布置及配套設(shè)施

水土保持監(jiān)測與原形觀測區(qū)工程建設(shè)包括水土保持效益監(jiān)測、水土流失原型觀測設(shè)施。

本監(jiān)測徑流小區(qū)屬全國水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)與信息系統(tǒng)建設(shè)二期工程監(jiān)測點(diǎn)，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，應(yīng)用現(xiàn)代測量技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)和信息傳輸技術(shù)等手段，建成水土流失原型觀測半自動(dòng)化測報(bào)系統(tǒng)。

2.1 徑流小區(qū)設(shè)計(jì)及要求

徑流場設(shè)徑流小區(qū)3個(gè)，面積均為5m×20m。布置在西坡附近一側(cè)的自然山坡上，為自然坡度徑流小區(qū)（15°）。其中，標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)1個(gè)，自然坡面徑流小區(qū)1個(gè)，有林地監(jiān)測徑流小區(qū)1個(gè)。自然坡面徑流小區(qū)地面采用原地貌現(xiàn)狀，并要長期不施肥處理。

小區(qū)修筑及保護(hù)帶：小區(qū)邊界采用水泥板，邊墻高出地面20cm，埋入地下30cm，上緣向小區(qū)外呈60°。小區(qū)邊界外側(cè)設(shè)置保護(hù)帶，寬2m，保護(hù)帶處理與徑流小區(qū)相同。

集流槽、集流桶：集流槽斷面槽底向下及中間傾斜，斜度達(dá)到土壤不發(fā)生沉積。比降2%，導(dǎo)流管采用金屬管，直徑10cm。集流槽加蓋子，防止雨水進(jìn)入。量水設(shè)施為R35鍍鋅鐵皮集流桶，鐵皮厚1mm。

徑流池設(shè)計(jì)：徑流池池底進(jìn)行平整防滲處理，池壁外設(shè)量水尺（與池內(nèi)相連通），池底設(shè)排水孔，以便于測量蓄水容積和排水排沙。徑流池按當(dāng)?shù)乜赡馨l(fā)生的最大暴雨（50年一遇，24h暴雨207mm）徑流量設(shè)計(jì)。徑流池設(shè)計(jì)尺寸：4m×2m×1.4m（容積 11.2m3，含10cm超高）。池底為現(xiàn)澆混凝土，墻體用M10砂漿砌條石，厚度0.6m，并用M10砂漿抹面。

砌筑要求：池底要低于集流槽地20cm，池頂要設(shè)溢流口（10cm×10cm），池底設(shè)排水孔（安裝閥門），池墻外設(shè)量水設(shè)施（與池內(nèi)連接）。

小區(qū)隔離：每個(gè)徑流小區(qū)采用生物隔離，隔離寬度1.2m，其中設(shè)置40cm寬人行道，采用機(jī)磚鋪設(shè)，同時(shí)沿坡度設(shè)臺(tái)階，臺(tái)階約150個(gè)。

徑流場防護(hù)：徑流場邊界防護(hù)采用刺絲圍欄進(jìn)行防護(hù)，防護(hù)長度約450m。

2.2 配套設(shè)施

觀測房：理家莊徑流場設(shè)觀測房1間，面積10m2，供觀測過程中觀測人員的臨時(shí)避雨、臨時(shí)管理使用。

觀測區(qū)道路建設(shè)：示范園內(nèi)已經(jīng)布設(shè)有水泥路面道路，交通較為方便，但通往監(jiān)測區(qū)道路為人工踩踏出的山區(qū)小路，需要修整，修整長度300m，另新建沙石道路300m。共計(jì)修建道路600m。

3 排水及水文計(jì)算

3.1 徑流小區(qū)水文計(jì)算

根據(jù)水文經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行洪峰流量的計(jì)算。

設(shè)計(jì)暴雨量的計(jì)算公式：

式中：H24·p——頻率為P的24h暴雨量，mm；

Kp——頻率為P的皮Ⅲ型曲線模比系數(shù)；

H24——最大24h暴雨均值，mm。

徑流小區(qū)位于陽泉市平定縣，屬于土石山區(qū)，查表取H24為75mm，Cv值為0.60，由此查得皮爾遜Ⅲ型頻率曲線模比系數(shù)Kp2%為2.76。

設(shè)計(jì)洪峰流量的計(jì)算公式：

式中：Qp——頻率為P的洪峰流量，m3/s；

C1——洪峰地理參數(shù)，取0.16；

H24·p——頻率為P的24h暴雨量，mm；

F——徑流小區(qū)以上控制面積，這里為0.01km2。

水文計(jì)算成果見表1。

3.2 徑流小區(qū)頂部截水設(shè)計(jì)

截水溝過流量復(fù)核：在降雨初期，截水溝以均勻流的形式排水。

截水溝過流量為：

式中：Q——通過流量，m3/s；

ω——過水?dāng)嗝婷娣e，m2；

C——謝才系數(shù)，m1/2/s；

R——水力半徑，m；

i——底坡，i=0.02（頂面）。

根據(jù)上述公式核算，設(shè)計(jì)的截水溝可通過最大流量為2.72m3/s，小區(qū)50年一遇設(shè)計(jì)流量1.81m3/s，100年一遇校核流量為2.10m3/s。頂面截水溝可通過100年一遇校核流量。

根據(jù)洪峰流量計(jì)算，排水溝為矩形斷面，底寬1.0m，渠深1.0m，壁厚0.3m，長60m。

根據(jù)水文計(jì)算，排水及集流桶尺寸符合設(shè)計(jì)要求。小區(qū)尺寸、集流桶等制作尺寸根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行，但考慮到施工和制作過程中存在誤差因素，觀測過程中，應(yīng)對各集流桶進(jìn)行量測，根據(jù)實(shí)際尺寸，對觀測成果進(jìn)行分析計(jì)算。

4 結(jié)語

徑流小區(qū)的建成實(shí)施，為進(jìn)行水土流失預(yù)測、預(yù)報(bào)提供了科學(xué)依據(jù)，為當(dāng)?shù)睾侠淼拈_展水土保持工作提供了數(shù)字依據(jù)，為改善局部地區(qū)生態(tài)環(huán)境提供了治理依據(jù)。

表1 徑流場水文計(jì)算表