一種濕陷性黃土地區雨洪集蓄梯級人工湖系統和設計方法與流程

本發明涉及一種濕陷性黃土地區雨洪集蓄梯級人工湖系統和設計方法，是一種水利設施及設計方法。

背景技術：

濕陷性黃土廣泛分布于中國東北、西北、華中和華東部分地區。這些地區的全年雨量并不稀少，但其中有60%以上的降雨集中在7~9三個月，降雨徑流的時空分配極不均衡。集中的雨量對濕陷性黃土層完全是破壞性的。濕陷性黃土是一種特殊性質的土，其土質較均勻、結構疏松、孔隙發育。在未受水浸濕時，一般強度較高，壓縮性較小。當在一定壓力下受水浸濕，土結構會迅速破壞，產生較大附加下沉，強度迅速降低。在大量雨水的沖刷下，濕陷性黃土的缺陷表露無遺，其表面被浸潤后，強度下降，迅速崩塌，形成溝壑，溝壑又進一步增加了浸潤和崩塌，形成惡性循環。雨季來臨時，洪水泛濫，雨水根本無法積存利用，也無法形成濕地等濕潤環境的生態環境。雨季過后，地面迅速干枯，形成了干旱。因此，盡管雨季雨量相對豐沛，但濕陷性黃土區域是水資源十分缺乏的干旱地區。

由于濕陷性黃土在水的浸潤下強度很低，一旦浸潤就會崩塌，因此，千百年來，無論是自然或是人工都難以在濕陷性黃土區域形成較大規模的水儲存系統。在一些濕陷性黃土層很厚的地區，設置大規模的儲水設施十分的艱難。例如：儲水用的人工湖，其湖底必須十分謹慎的做防水，一旦泄露將是災難性的，底部土層在湖水的壓力下會更加快速的崩塌，并迅速形成洪流。與一般人工湖不同的是：一般人工湖只是在水壩的位置會出現安全隱患，只需監控水壩，則基本上不會出現大的災難，而濕陷性黃土上建立的人工湖卻處處都是安全隱患。由此看來，在濕陷性黃土區域建立人工湖需要進行系統化研究設計。

現代防水技術雖然在一定程度上可以解決地下滲漏和對土層的浸潤問題，但對于濕陷性黃土區域這種特殊的地形地貌還遠遠不夠，必須在整體結構上予以考慮，綜合解決浸潤崩塌的問題。

技術實現要素：

為了克服現有技術的問題，本發明提出了一種濕陷性黃土地區雨洪集蓄梯級人工湖系統和設計方法。所述的人工湖系統和方法使用階梯型設置，盡量減少湖水對土層的壓力，設置的安全措施將浸潤崩塌的危險降得最低。

本發明的目的是這樣實現的：一種濕陷性黃土地區雨洪集蓄梯級人工湖系統，包括：進口調節沉沙池，所述進口調節沉沙池與至少兩個以上具有防濕陷層和防滲層的人工湖泊連接，所述各人工湖泊依次按豎向高度排列形成階梯并連接，最低水位的湖泊還設有退水子系統。

進一步的，所述的進口調節沉沙池上游設有分流控制子系統，所述的分流控制子系統包括：控制涵閘和涵閘自動控制分系統，所述的控制涵閘上游與城市雨水集水管網連接，所述的控制涵閘下游分岔為與退水系統連接和與進口調節沉沙池連接。

進一步的，所述的人工湖包括：深水區、淺水區、緩坡區、灘地區。

進一步的，所述防濕陷層包括：人工翻夯層和10%水泥土層或三七灰土層，壓實系數大于等于0.95，地基處理深度大于等于80cm。

進一步的，所述的防滲層包括：復合土工膜和上墊層，所述的上墊層為30~50cm厚的壓實素土。

進一步的，所述的復合土工膜為：大于等于700g/m²兩布一膜復合土工膜，膜材厚度大于0.3mm。

進一步的，所述的人工湖系統還設有循環子系統，所述的循環子系統是：最高水位的上游湖泊與最低水位的下游湖泊之間通過管道連接循環泵站。

進一步的，所述的退水子系統包括：溢流堰、泄洪閘和消力池。

一種設計上述人工湖系統的設計方法，所述的設計方法步驟如下：

一、人工湖體系統規模確定：

（1）集雨效率和集雨徑流量：

根據上游集雨場區地勢分布以及雨水管網分區布置條件、不同材料集流面在不同年降雨量地區的年集流效率，采用各集雨分區集雨面積加權平均法確定整個集雨場的集流效率；

設計年頻率條件下的各集雨分區可集蓄徑流量計算如下：

W= F×φ×P_p

式中：W——集雨面年可集蓄徑流量，單位m³；F——集雨面積，單位m²；j——集流效率；P_p——降雨頻率為p的年降雨量，單位m；

（2）設計洪峰流量及洪量：

在濕陷性黃土地區用于雨洪集蓄的梯級人工湖體系統各集雨分區均屬小流域，分別采用地區經驗公式法、推理公式法和地區暴雨強度公式法計算設計洪水，再通過綜合比較分析論證，確定設計洪水計算方法和計算成果；

（3）集蓄雨水資源利用方案：

集蓄水資源配置原則：在滿足生活用水、生態需水的前提下安排生產用水；生產用水中，優先考慮農業用水，保證糧食安全；多余水量可進行工業用水與商業用水配置；

人工湖體系統興利計算原則：

雨水集蓄利用、水土保持是人工湖系統建設的兩大主要目標；

人工湖體系統防洪調蓄原則：

人工湖系統雨洪水集蓄為年調節，興利調節計算選取中等枯水年；

集蓄雨水資源利用方案每年提供一定數量的灌溉水資源；

興利調節計算：根據工程區域水文氣象條件，以及水資源利用條件，興利調節計算選取中等枯水年工況進行年內調節計算；人工湖面蒸發損失按當月水面積乘以水面蒸發水深計算；滲漏損失按月末湖體水量的0.5%~10%計算；

二、梯級數量的選擇：

梯級數量的確定取決于進水系統設計洪峰流量、梯級人工湖水系調洪庫容和退水系統設計下泄流量，計算方法如下：

…….

式中，Q_p為設計頻率p所對應的入庫洪峰流量；

W_p為設計頻率p所對應的入庫洪量；

V_n為第n梯級人工湖調洪庫容；

q_n,p為設計頻率p所對應的第n梯級人工湖下泄流量。

通過上述計算過程，結合各級人工湖庫容曲線和最高洪水位的設計，以進水系統設計洪峰流量Q_p通過反復迭代計算推求滿足退水系統設計下泄流量的最優梯級數量及各梯級庫容，下泄流量的設定需滿足下游河道及建筑物的設計要求；

三、人工湖體結構布置：

按照濕陷性黃土地區人工湖水深和功能的不同，分為深水區、淺水區、緩坡區和灘地區四大類型，各區均需進行防濕陷性處理和防滲處理，所述各區具體分布如下：

深水區：主要功能是形成蓄水庫容，構造人工湖區主要湖體，除滿足護坡護砌結構要求條件外，還應考慮湖體防滲層結構的穩定布置，布置在人工湖底深水平底區域；

淺水區：淺水區除滿足護坡護砌結構要求條件外，更多地應考慮充分利用淺水植物、濕生植物、淺水型大緩坡構造生態型水景觀空間，布置在人工湖區正常蓄水位以下的淺水區域，設計正常水深0.1~0.7m；

緩坡區：設計開挖邊坡盡量緩，但需要考慮占地面積問題，布置在淺水區以上的緩坡區，坡度取為1:3.0~1:5.0；

灘地區：底坡皆設計砂礫石濾層，設計坡度為1:5.0~1:10.0。

進一步的，所述防濕陷性處理和防滲處理為：

防濕陷性處理：

在巖土工程勘察的地基濕陷等級基礎上對人工湖各區基礎應進行消除地基土濕陷性處理；地基處理深度不小于80cm，采用整片深挖碾壓夯填的地基處理方案，先行對湖底基礎向下進行翻夯處理，再鋪設不小于30cm厚的10%水泥土或三七灰土，壓實系數不小于0.95；

防滲處理：

防濕陷性地基處理后鋪設復合土工膜，以上鋪設30~50cm厚的壓實素土作為上墊層，用以保護復合土工膜；濕陷性黃土地區人工湖湖底防滲材料設計選用不小于700g/m²兩布一膜復合土工膜，膜材厚度大于0.3mm。

本發明產生的有益效果是：針對濕陷性黃土這一十分特殊的地質條件，本發明在使用現代防滲、防漏措施的同時，在儲存系統的整體結構上采用的階梯人工湖的方式，控制單個人工湖的體積，使濕陷性黃土有限的承載能力，承載更大的儲水量。在蓄水防洪的同時，利用人工湖培育水生植物和陸生植物，形成人工灘地和濕地，并利用水流落差建造人工水景觀，在改善環境的同時為人們提供觀賞游覽的場所。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

圖1是本發明的實施例一、七所述人工湖系統的原理示意圖；

圖2是本發明實施例二所述帶有分流控制子系統的人工湖系統原理示意圖；

圖3是本發明的實施例四、五所述防濕陷性層和防滲層的結構示意圖。

具體實施方式

實施例一：

本實施例是一種濕陷性黃土地區雨洪集蓄梯級人工湖系統，如圖1所示。本實施例包括：進口調節沉沙池，所述進口調節沉沙池與至少兩個以上具有防濕陷層和防滲層的人工湖泊（圖1中人工湖A、人工湖B、人工湖C。限于制圖的限制，圖1中只畫出了3個人工湖，實際還可以有4個、5個，或者更多）連接，所述各人工湖泊依次按豎向高度排列形成階梯并連接，最低水位的湖泊還設有退水子系統。

本實施例所述的人工湖體系統根據濕陷性黃土地區土質的特點，設計為梯級人工湖水系結構。由于濕陷性黃土地土質在水流流動的作用下，特別容易被切割，迅速形成溝壑，一旦形成溝壑，加速了水流的流動，形成惡性循環，因此，在濕陷性黃土大量存在的黃土高原形成大量的溝壑，這也是在濕陷性黃土地建立儲水設施的難題之一。濕陷性黃土地的另一個問題是承載能力較差，大量的湖水可能導致湖底的崩塌。雖然現代防水和湖底工程可以有效的解決這個問題，但限于成本和現場環境的限制，大型的儲水工程不能完全用鋼筋混凝土建造。根據這一特點，本實施例提出了階梯型人工湖的方案。將儲水區域分割為多個，避免大量儲水對湖底的過大壓力，同時設置了退水子系統，一旦出現過量水，盡快排出。

為解決水流沖擊溝壑的問題，在人工湖中設置深水區、淺水區、緩坡區、灘地區，利用湖邊側深淺的變化，隔斷水流，使水流難于形成對已經形成溝壑的不斷沖擊，避免溝壑進一步擴大。同時淺水區和灘地區還可以形成濕地，種植大量水生植物，并形成親水地帶，供游人觀賞。

所述的人工湖系統主要由進水子系統、梯級人工湖子系統、水體循環子系統、退水子系統組成。

1）進水子系統：

進水子系統取水口位置通常選定位于規劃區雨水管網局部末端，同時也是雨洪水地面徑流流向的低洼區域；下游側布置雨水匯集集雨口，使上游規劃區內集雨面積集雨場的雨洪水皆可自流匯集進入位于人工水系首部的分流控制系統；下游設進口調節沉砂池，將收集后的雨洪水進行預調節、沉砂，然后直接引入梯級人工湖系統；調節沉砂池還可連接處理后達標中水、灌溉過境水源或其他水源進水口，作為必要時的補水水源進水系統。

2）梯級人工湖子系統：梯級人工湖系統構建主要人工水體，主湖區根據工程區地形條件自高向低梯級布置，各梯級人工湖體之間水體直接或間接連通，共同構成一體湖的水域景觀。人工湖區可設置中心島、人工濕地等景觀型公共設施，增加人工湖系統的親水性、游覽性。

梯級人工湖系統各人工湖體設計庫容和設計水位應根據工程區集蓄雨水資源利用方案進行調洪計算和興利調節計算后確定，以保證人工湖系統滿足消減下泄洪峰、保塬防汛的同時，還充分考慮到利用人工湖水系改善區域水生態環境的重要作用。

3）水體循環子系統：為保證整個人工水系運行期間的水體循環，維系良好的水體水質，同時構建人工水系各人工水體之間的不同設計水位與設計水頭，控制水系運行流量，在梯級人工湖系統下游低位人工湖體與上游高位人工湖體之間布設小型水體循環泵站，從而構建完整的人工水系水體循環系統，同時，人工水系循環棄水可二次循環利用于周邊農業及綠化灌溉用水。

水體循環的設計流量計算：

在非汛期的水系正常運行期，為保證整個人工湖水系運行期間的水體循環，維系良好的湖體水質，在下游低位人工湖體與上游高位人工湖體之間設水體循環泵站，將水體從低水位抽回高水位，實現整個人工水系運行期間的水體循環；水體循環泵站主要在非汛期使用，以20~30天內經將人工湖水體整體交換完畢、每年交換水體8~10次作為運行方案；在水體交換的同時，形成流水景觀和跌水景觀，促進水體曝氣增氧，利于水質改善。

按照水系正常運行期（非汛期）滿足各溢流壩及跌水形成必要的瀑布水流景觀設計，溢流壩上水頭應≥0.10m。按寬頂堰流公式計算流量為：

式中：σ ——淹沒系數；

ε ——側收縮系數；

m ——流量系數；

b ——溢流壩頂寬；

H。——堰上水頭（計入行近流速水頭）。

設計時，取最寬的過水建筑物頂寬計算；同時，按照水系正常運行期（非汛期）常水位條件下每20~30天水體完整循環一次設計，水體循環泵站以每天平均工作12小時考慮，通過迭代計算，可得出泵站滿足水體循環的設計流量。水體循環的設計流量取上述兩個計算流量的較大值。

4）退水子系統：梯級人工湖系統下游末端設置退水系統，以保證人工水系的超標準洪水正常下泄，經由泄洪明渠或排洪管道組成的泄洪系統排放，必要時退水系統還可作為整個人工湖系統的運行放空通道。退水系統主要由溢流堰、泄洪閘、消力池等設施構成，設計退水下泄流量應滿足人工水系超標準洪水正常下泄的設計要求。

各個人工湖之間可以直接通過明渠或暗涵直接連接，也可以通過濕地、水跌、灘地、溢流堰等水景觀間接連接。

人工湖底部進行防滲層和防濕陷層處理，以避免滲漏。

實施例二：

本實施例是實施例一的改進，是實施例一關于人工湖的細化。本實施例的進口調節沉沙池上游設有分流控制子系統，所述的分流控制子系統包括：控制涵閘和涵閘自動控制分系統，所述的控制涵閘上游與城市雨水集水管網連接，所述的控制涵閘下游分岔為與退水系統連接和與進口調節沉沙池連接，如圖2所示。

人工湖系統所匯集的雨水可以來自于城市或其他自然環境中，本實施例主要來自于城市集雨區，雨洪水通過城市雨水管網和硬化地面匯集進入人工湖集蓄。降雨初期通常有大量污染物通過地表雨水徑流沖刷和大氣沉降進入水體，城市人工湖蓄水后，將嚴重影響水體水質狀況，已成為許多雨洪集蓄型人工湖工程不可避免的問題。因此，本實施例在人工湖水系首部的雨水匯集集雨口下游設分流控制系統，使水質較差的雨水分流調控排出至退水子系統，而水質較好的水體全部進入人工湖水系。分流控制系統主要由控制涵閘、自控設備、分流泄洪管道等組成。

2）分流控制系統設計原理及方法：

根據國內外城市集雨區雨洪水水質分析研究成果，由于城市高密度的建筑物及大量被硬化不透水或透水性很差的地面，使得城市降雨徑流形成過程與農村的降雨徑流形成過程顯著不同。首先表現為洪峰值增加，暴雨徑流入河時間縮短。其次，污染物成分復雜、濃度高。因此用普通的流域水質模型難以準確計算城市的暴雨徑流的水量和水質。

城市集雨區雨洪水集蓄主要來源于屋面雨水徑流和路面雨水徑流，下墊面材質和其上的沉積物是城市雨水徑流污染物的主要來源，主要有屋面和路面材料溶出物、城市垃圾、化學藥品、空氣沉降物和汽車散落物。徑流污染物受城市地表使用功能的影響，城市工業區徑流污染與工業生產活動有關；路面徑流污染物與交通流量有關；居住區徑流污染物與生活垃圾和生活習慣有關；商業區徑流污染物與商業活動類型有關。屋面徑流的BOD₅/COD值一般為0.1-0.2，可生化性差，不宜采用生物方法凈化處理，應采用物化處理。

屋面雨水徑流受屋頂材料和沉積物的污染，有調查顯示因屋頂材料、結構的不同引起屋面徑流細菌的不同，屋頂材料污染程度由低到高依次為：鐵質、塑料、石棉、紅瓦。波浪形屋頂易沉積灰塵鳥類糞便等，因此屋面初期徑流COD值可高達3000mg/l，SS可達1000mg/l左右，石油類、酚、合成洗滌劑等都超過地下水人工回灌標準。后期的水質較好，通常降雨來水10~20分鐘左右后COD和SS降低至20-100mg/l和0-50mg/l的水平。

路面是城市的主要組成部分，路面徑流對城市雨水徑流污染起著重要作用。路面徑流污染物包括重金屬、固態顆粒物、有毒有機物和無機物等。其主要來自汽油不完全燃燒、車輛泄漏物、部件磨損、化學品泄露、除雪劑和路面磨損等。如北京市繁華路面初期徑流中的COD和SS值為1000-2000 mg/l,居民區道路初期徑流的COD和SS值僅為300-500 mg/l和300-700 mg/l。若持續降，通常降雨來水10分鐘左右后的COD和SS值均穩定在300mg/l以下。下表以北京市為例的降雨期間屋面徑流和路面徑流COD和SS值的變化值。

北京市各種雨水徑流中的COD和SS濃度值 （mg/l）

綜上所述，只要解決降雨初期大量污染物通過地表雨水徑流沖刷和大氣沉降進入水體的問題，就能基本保證城市人工湖集蓄的雨水水體水質，本實施例在人工湖系統首部設分流控制子系統，使水質較差的雨水分流調控排出至退水子系統，而降雨來水后期水質較好的水體全部進入人工湖水系。

分流控制系統具體設計方法：首先根據進入人工湖水系首部的雨水匯集集雨口設計頻率洪水過程，將從開始降雨來水至到達洪峰的整個前期洪水歷時過程按照Dt不大于5分鐘進行細分計算；然后，根據分流控制系統的分流設計流量，分別選取不同設計頻率洪水工況計算滿足分流設計流量條件的分流調控時間進行綜合比選。通常，分流調控時間不大于30分鐘；調控來水時間最短，投資最節省，但同時由于控制時間短，對分流運行自控系統響應要求高。

實施例三：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關于人工湖的細化。本實施例所述的人工湖包括：深水區、淺水區、緩坡區、灘地區。

本實施例按照濕陷性黃土地區人工湖水深和功能的不同，分為深水區、淺水區、緩坡區和灘地區四大類型，各區具體分布如下：

1）深水區：主要功能是形成蓄水庫容，構造人工湖區主要湖體，除滿足護坡護砌結構要求條件外，還應考慮湖體防滲層結構的穩定布置，布置在人工湖底深水平底區域；

2）淺水區：考慮規劃成為可供游人活動的生態型淺水區域，是營造人工湖水景觀的主要部位，因此，淺水區除滿足護坡護砌結構要求條件外，更多地應考慮充分利用淺水植物、濕生植物、淺水型大緩坡構造生態型水景觀空間，布置在人工湖區正常蓄水位以下的淺水區域，設計正常水深0.1~0.7m。

3）緩坡區：湖岸緩坡區屬于重要的游人親水活動區域；除滿足一定的護坡要求以及湖體防滲層結構的穩定布置條件外，為構造方便人們舒適活動的濱水空間，設計開挖邊坡應盡量緩，但需要考慮占地面積問題，布置在淺水區以上的緩坡區，坡度取為1:3.0~1:5.0為宜。

4）灘地區：屬于人工湖區設計高水位影響范圍以上區域，可不考慮護坡護砌結構要求，但要便于周邊雨水較平穩地匯集、下滲流入主湖區，主要布置于人工湖岸外側地形較高處的集流灘地區，為便于周邊雨水匯集流入，底坡皆設計砂礫石濾層，設計坡度取為1:5.0~1:10.0為宜。

實施例四：

本實施例是實施例三的改進是實施例三關于防濕陷層的細化。本實施例所述防濕陷層包括：人工翻夯層1和10%水泥土層或三七灰土層2，壓實系數大于等于0.95，地基處理深度大于等于80cm，如圖3所示。

人工湖底部需要夯實，特別是濕陷性黃土層較厚的地帶，地基處理不小于50厘米，必要是還有可以使用鋼筋混凝土加固。

實施例五：

本實施例是實施例三的改進是實施例三關于防滲層的細化。本實施例所述的防滲層包括：復合土工膜3和上墊層4，所述的上墊層為30~50cm厚的壓實素土，如圖3所示。

上墊層組成了湖底5，淤積一定的泥土后，可以種植水生植物。壓實素土的作用是保護復合土工膜免受破壞。

實施例六：

本實施例是實施例三的改進是實施例三關于防滲層的細化。本實施例所述的復合土工膜為：大于等于700g/m²兩布一膜復合土工膜，膜材厚度大于0.3mm。

復合土工膜是一種土工合成材料，是用聚乙烯或聚氯乙烯和土工布熱合而成的材料，具有抗拉、抗頂破、抗撕、強度高、延伸性能好、變形模量大、耐老化、使用期長等特點，它具有較好的防滲效果。

實施例七：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關于人工湖的細化。本實施例所述的人工湖系統還設有循環子系統，所述的循環子系統是：最高水位的上游湖泊與最低水位的下游湖泊之間通過管道連接循環泵站，如圖1所示。

為防止儲水過程水質腐化，本實施例設置了水循環子系統。水循環子系統可以是最高水位的人工湖與最低水位的人工湖之間通過泵站連接的循環系統，也可以是各個人工湖之間的循環系統。

實施例八：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關于退水子系統的細化。本實施例所述的退水子系統包括：溢流堰、泄洪閘和消力池。

退水子系統關系到整個人工湖系統的安全，必要是還可以設立泵站，加快排水，以保證安全。

實施例九：

本實施例是一種設計上述實施例所述人工湖系統的設計方法。

所述的設計方法步驟如下：

一、人工湖體系統規模確定：

（1）集雨效率和集雨徑流量：

在濕陷性黃土地區用于雨洪集蓄的梯級人工湖體系統的水源主要來自于上游集雨場，包括按照設計條件可以通過地面徑流匯入人工湖水系的集雨面積以及湖體本身的水面面積兩部分。根據上游集雨場區地勢分布以及雨水管網分區布置條件對整體集雨區進行劃分，具體劃分時應確保各集雨分區全部集雨面積內地面雨洪水皆可自流匯入進水系統。

各集雨面上可產徑流量主要取決于降雨量和集雨面集流效率，根據《雨水集蓄利用工程技術規范》（GBT50596-2010）確定不同材料集流面在不同年降雨量地區的年集流效率。綠化面積占比大的集雨分區集流效率小、硬化地面占比大的集雨分區集流效率大，人工湖水面集流效率為100%，最后采用各集雨分區集雨面積加權平均法確定整個集雨場的集流效率。

根據上游集雨場區地勢分布以及雨水管網分區布置條件、不同材料集流面在不同年降雨量地區的年集流效率，采用各集雨分區集雨面積加權平均法確定整個集雨場的集流效率。

設計年頻率條件下的各集雨分區可集蓄徑流量計算如下：

W = F×j ×P_p

式中：W——集雨面年可集蓄徑流量，單位m³；F——集雨面積，單位m²；j——集流效率；P_p——降雨頻率為p的年降雨量，單位m。

（2）設計洪峰流量及洪量：

在濕陷性黃土地區用于雨洪集蓄的梯級人工湖體系統各集雨分區均屬小流域，分別采用地區經驗公式法、推理公式法和地區暴雨強度公式法計算設計洪水，再通過綜合比較分析論證，確定設計洪水計算方法和計算成果。

（3）集蓄雨水資源利用方案：

集蓄雨水資源主要用于生活、生產輔助用水，生態園林用水和農灌用水。集蓄水資源配置原則：在滿足生活用水、生態需水的前提下安排生產用水；生產用水中，優先考慮農業用水，保證糧食安全；多余水量可進行工業用水與商業用水配置。

人工湖體系統興利計算原則：

雨水集蓄利用、水土保持是人工湖系統建設的兩大主要目標。因此，通過降低梯級人工湖汛前水位，設置調蓄庫容，以消減下泄洪峰流量，從而減少暴雨徑流對濕陷性黃土面的切割。人工湖體系統防洪調蓄原則如下：

人工湖系統雨洪水集蓄為年調節，興利調節計算選取中等枯水年（p=75%）工況。

集蓄雨水資源利用方案每年提供一定數量的灌溉水資源；

梯級人工湖之間水體通過連通暗涵、臺階跌水、溢流堰等連接，超標準洪水通過退水系統排泄，整個人工水系的調洪作用由梯級人工湖聯合調節來實現。

消減下泄洪峰、保塬防汛的同時，應預留人工湖水面面積用于水系水生態環境的重要作用，各人工湖死庫容同時滿足泥沙淤積庫容和0.5~1.0m水深的景觀庫容。

調洪演算起始點：新建慶陽湖充分考慮預留足夠的人工湖水面面積，慶陽湖從正常蓄水位開始起調；已建天湖重點考慮人工湖水系的度汛安全，天湖從星湖溢流堰堰頂開始起調。

退水系統設置泄洪閘門，汛前根據防洪調度需要選擇1/4開度、半開度或全開度開閘迎汛。

濕陷性黃土地區人工湖每年有一定的泥沙淤積，需要定期清淤。

運行年初根據未來一年的來水預測情況制定全年景觀用水和水資源利用供水計劃，在運行調度中根據實際來水量，滾動修正。

興利調節計算：根據工程區域水文氣象條件，以及水資源利用條件，興利調節計算選取中等枯水年（P=75%）工況進行年內調節計算。人工湖面蒸發損失按當月水面積乘以水面蒸發水深計算。滲漏損失按月末湖體水量的0.5%~10%計算。興利調節計算人工湖合并來水量來自于上游集雨場和人工水系項目區當地集雨場雨洪水匯集，根據各月的來水、用水、蒸發和滲漏水量的計算，推求興利庫容和正常蓄水位。

二、梯級數量的選擇：

梯級人工湖構建系統的主要人工水體，各人工湖主湖區根據工程區地形條件自高向低梯級布置。梯級數量的確定取決于進水系統設計洪峰流量、梯級人工湖水系調洪庫容和退水系統設計下泄流量，計算方法如下：

…….

式中，Q_p為設計頻率p所對應的入庫洪峰流量；

設計頻率：與設計水工建筑物等工程時所采用的設計標準相應的頻率；

W_p為設計頻率p所對應的入庫洪量；

V_n為第n梯級人工湖調洪庫容；

q_n,p為設計頻率p所對應的第n梯級人工湖下泄流量。

通過上述計算過程，結合各級人工湖庫容曲線和最高洪水位的設計，以進水系統設計洪峰流量Q_p通過反復迭代計算推求滿足退水系統設計下泄流量的最優梯級數量及各梯級庫容，下泄流量的設定需滿足下游河道及建筑物的設計要求。

三、人工湖體結構布置：

按照濕陷性黃土地區人工湖水深和功能的不同，分為深水區、淺水區、緩坡區和灘地區四大類型，各區均需進行防濕陷性處理和防滲處理，所述各區具體分布如下：

深水區：主要功能是形成蓄水庫容，構造人工湖區主要湖體，除滿足護坡護砌結構要求條件外，還應考慮湖體防滲層結構的穩定布置，布置在人工湖底深水平底區域；

淺水區：淺水區除滿足護坡護砌結構要求條件外，更多地應考慮充分利用淺水植物、濕生植物、淺水型大緩坡構造生態型水景觀空間，布置在人工湖區正常蓄水位以下的淺水區域，設計正常水深0.1~0.7m；

緩坡區：設計開挖邊坡盡量緩，但需要考慮占地面積問題，布置在淺水區以上的緩坡區，坡度取為1:3.0~1:5.0；

灘地區：底坡皆設計砂礫石濾層，設計坡度為1:5.0~1:10.0。

實施例十：

本實施例是實施例九的改進，是實施例九關于湖底的處理方法。本實施例所述的湖底處理方法為防濕陷性處理和防滲處理。所述防濕陷性處理和防滲處理為：

防濕陷性處理：

在巖土工程勘察的地基濕陷等級基礎上對人工湖各區基礎應進行消除地基土濕陷性處理。地基處理深度不小于80cm，采用整片深挖碾壓夯填的地基處理方案，先行對湖底基礎向下進行翻夯處理，再鋪設不小于30cm厚的10%水泥土或三七灰土，壓實系數不小于0.95。

防滲處理：

防濕陷性地基處理后鋪設復合土工膜，以上鋪設30~50cm厚的壓實素土作為上墊層，用以保護復合土工膜。濕陷性黃土地區人工湖湖底防滲材料設計選用不小于700g/m²兩布一膜復合土工膜，膜材厚度大于0.3mm。

最后應說明的是，以上僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳布置方案對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案（比如各人工湖階梯的排列方式、湖底的處理方法、步驟的先后順序等）進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍。