新型坡面截排水溝及其設計方法
【專利摘要】本發明公開了新型坡面截排水溝及其設計方法。本發明所述的新型坡面截排水溝，其特征在于，包括滲水層、溝底層和截水層，所述滲水層、溝底層和截水層組成槽狀結構，所述滲水層位于所述溝底層左側，所述截水層位于所述溝底層右側；所述溝底層設置于所述滲水層和所述截水層下部或底端；所述滲水層由網籠與顆粒狀填充物組成；所述顆粒狀填充物填充于所述網籠內。在實際應用中通過設置滲水層，可有效排出壤中流，阻隔地表侵蝕與面源污染的擴散途徑，并通過迅速收集坡面地表徑流與壤中流，增加坡面徑流排導，將坡面無效徑流變成可利用的水資源，提高水資源利用率。
【專利說明】
新型坡面截排水溝及其設計方法
技術領域
[0001 ]本發明屬于水土保持領域，為新型坡面截排水溝及其設計方法。
【背景技術】
[0002]坡面徑流調控技術體系及配置模式是坡面徑流高效利用及坡面土壤侵蝕控制研究領域中的熱點和難點。從國內外研究現狀來看，盡管坡面徑流調控研究在圍繞解決旱作地區的人畜飲水問題和旱地農業生產發展兩方面取得了一些進展，但由于這些調控措施本身的布局和設計合理性有限，在一定程度上限制了在生產實際中的推廣和應用。特別是由于長江中上游地區以巖石風化土 “紫色土”為代表的主要侵蝕性土壤具有上覆薄層土壤、下伏相對隔水母巖的巖土二元結構特點，抗蝕抗沖性強、土壤層薄、總蓄水量低，壤中流普遍存在且在總徑流量中占有相當的份額。以往坡面徑流調控多針對地表徑流而忽視對壤中流的調控因此，徑流調控效率和土壤侵蝕控制效果并不理想。
【發明內容】
[0003]本發明目的是為了解決現有技術中的技術問題，提供一種新型坡面截排水溝及其設計方法。
[0004]為了實現上述目的，本發明采用如下具體技術方案:
[0005]新型坡面截排水溝，其特征在于，包括滲水層、溝底層和截水層，所述滲水層、溝底層和截水層組成槽狀結構，所述滲水層位于所述溝底層左側，所述截水層位于所述溝底層右側;所述溝底層設置于所述滲水層和所述截水層下部或底端;所述滲水層由網籠與顆粒狀填充物組成;所述顆粒狀填充物填充于所述網籠內。
[0006]根據本發明的一個實施例，所述網籠包括骨架和編織網；所述編織網設置在所述骨架上。
[0007]根據本發明的一個實施例，所述顆粒狀填充物填充在所述骨架與所述編織網圍成的空間內。
[0008]根據本發明的一個實施例，所述網籠與所述顆粒狀填充物之間設置有過濾膜。
[0009]根據本發明的一個實施例，所述過濾膜設置于所述截水層的左側。
[0010]根據本發明的一個實施例，還包括固定粧，所述固定粧與所述滲水層連接，并向左側突出于所述滲水層。
[0011]本發明的另一個目的是為了解決現有技術中的技術問題，提供一種新型坡面截排水溝的設計方法。
[0012]為了實現上述目的，本發明采用如下具體技術方案:
[0013]新型坡面截排水溝設計方法，其特征在于，根據公式計算截水溝容量;所述截水溝容量計算公式為:V = W+Vs+Vi;其中:V為截水溝容量，單位m3; Vw為次暴雨徑流量，單位m3; Vs為土壤侵蝕量，單位Hi35V1為次暴雨中的壤中流流量，單位Hi35V1根據紫色土坡面壤中流占總降雨量的百分比，Vi = 0.3-0.5%。
[0014]根據本發明的一個實施例，Vw計算公式為:Vw= 3MsF，其中，Ms為次暴雨徑流量，單位m3/hm2; F為截排水溝集水面積，單位hm2。
[0015]所述次暴雨徑流模數可查閱當地水文手冊獲得，排水溝防御暴雨標準按10年一遇24h最大降雨量。
[0016]根據本發明的一個實施例，所述截水溝縱向間距根據公式L= 0.0OSJ2-0.6J+
11.25計算獲得，所述J為地表平均坡度，單位為° O優選地是，地表平均坡度為15°以下。
[0017]根據本發明的一個實施例，所述Vs為次降雨土壤侵蝕量，單位m3，計算公式為Vs=3MsF，其中Ms為年土壤侵蝕模數，可根據《土壤侵蝕分類分級標準》(SL 190-2007)確定，單位m3/hm2; F為截排水溝集水面積，單位hm2。
[0018]根據本發明的一個實施例，所述Vi為次暴雨中的壤中流流量，單位m3;Vi根據紫色土坡面壤中流占總降雨量的百分比取值，V1 = OJUVbV^值根據降雨強度大小，雨強越大，取值取低值，雨強越小，取值取高值。優選地是，雨強大于50mm/24h，V1 = 0.3VW;優選地是，雨強大于等于25mm/ 24h小于等于50mm/24h，Vi = 0.4Vw:優選地是，雨強小于25mm/24h，Vi= 0.5Vffo
[0019]本發明的有益效果:根據坡面細溝侵蝕最小坡長設計截排水溝的縱向間距，可阻隔侵蝕路徑，縱向間距根據實際計算獲得，具有精確度高、水土保持效果突出的優點；通過設計截排水溝的滲水層，可有效排出壤中流，增加入滲速率、減少地表徑流量，提高坡面徑流排導效率，可有效阻隔地表侵蝕與面源污染的擴散途徑，適用多方面的需求。
[0020]本發明針對坡耕地細溝侵蝕出現后土壤侵蝕急劇增加的特點，提出了基于壤中流普遍存在及細溝侵蝕臨界坡長的截排水溝設計、布局技術，核心原理是通過調整截排水溝縱向間距，即坡面單元的地塊坡長，攔截地表徑流與壤中流，減少細溝形成的坡面徑流量，防止坡面細溝侵蝕的產生。在實際應用中通過設置滲水層，可有效排出壤中流，阻隔地表侵蝕與面源污染的擴散途徑，并通過迅速收集坡面地表徑流與壤中流，增加坡面徑流排導，將坡面無效徑流變成可利用的水資源，提高水資源利用率。能應用于長江上游坡耕地改造坡面水系的科學合理布設，以及國家土地整治和生態建設等相關工程。通過本發明的應用，既能起到截、排地表徑流的作用，又能起到排、蓄壤中流的作用，坡面徑流調控效率得到有效提高的同時，也減少了細溝形成的坡面徑流量，防止了坡面細溝侵蝕的產生，從而達到減少坡面水土流失的目的。本發明能夠解決南方坡耕地地區壤中流排導問題，適用于南方坡耕地地區坡面水土流失治理，特別是紫色土與紅壤地區，通過設計一種新型截排水溝，可有效排出土壤壤中流，減少地表徑流量，減緩坡面水土流失與面源污染。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明中的新型坡面截排水溝結構及應用狀態示意圖。
[0022]圖2為圖1的俯視圖。
[0023]圖3為本發明中的滲水層結構示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本發明進一步詳細說明。
[0025]如圖1、圖2所示，一種新型坡面截排水溝，包括滲水層1、溝底層2和截水層3，所述滲水層1、溝底層2和截水層3組成槽狀結構。所述滲水層I位于所述溝底層2左側，所述截水層3位于所述溝底層2右側。所述溝底層2設置于所述滲水層I和所述截水層3下部或底端。滲水層1、溝底層2和截水層3埋設在土壤層5內，滲水層I位于上坡面，即位于左側;截水層3位于下坡面，即右側。在如圖1所示的坡面土壤層5中，土壤層5左側高于右側。
[0026]如圖3所示，所述滲水層I由網籠11與顆粒狀填充物12組成;所述顆粒狀填充物12填充于所述網籠11內。所述網籠11包括骨架13和編織網14;所述編織網14設置在所述骨架13上。所述顆粒狀填充物12填充在所述骨架13與所述編織網14圍成的空間內。網籠11與所述顆粒狀填充物12之間設置有過濾膜15。所述過濾膜15設置于所述顆粒狀填充物12的一偵U。骨架11可采用鋼筋制成，編織網14可采用鐵絲編織，焊接于骨架13上。顆粒狀填充物12可采用石子或者塑料制成。
[0027]滲水層I還包括固定粧4，所述固定粧4與所述滲水層I連接，并向左側突出于所述滲水層I。固定粧4數目為多個，沿所述截排水溝長度方向間隔設置。
[0028]滲水層I外部由網籠11呈三面包裹、內部由滲水層填充物12填充。滲水層過濾膜15位于網籠11與顆粒狀滲水層填充物12之間，一方面用于過濾一定粒徑的沙粒，防止滲水層I被細砂堵塞，另一方面用于排出坡面壤中流，延長截排水溝的使用期限；為保證滲水層I的穩定性，顆粒狀填充物12應均勻填滿。固定粧4呈間隔式鑲嵌于坡面截排水溝的滲水層I間，起到穩定滲水層I的作用。
[0029]本發明中的滲水層填充物(i2)可由塊石、石子、片石、聚乙烯等填充;滲水層過濾膜15可由聚乙烯濾網等組成;截排水溝固定粧主體部件可采用漿砌石組成。
[0030]新型坡面截排水溝設計方法，根據公式計算截水溝容量;所述截水溝容量計算公式為:V = W+Vs+Vi;其中:V為截水溝容量，單位m3。Vw為次暴雨徑流量，單位m3，計算公式為:Vw=MwF，其中，Mw為次暴雨徑流模數，單位m3/hm2;F為截排水溝集水面積，單位hm2C3Vs為土壤侵蝕量，單位m3，計算公式為Vs = 3MsF，其中Ms為年土壤侵蝕模數，可根據《土壤侵蝕分類分級標準》(SL 190一2007)確定，單位m3/hm2 ;F為截排水溝集水面積，單位Iim2c3Vi為次暴雨中的壤中流流量，單位m3 ； Vi根據紫色土坡面壤中流占總降雨量的百分比取值，Vi = 0.3-
0.5Vw，力取值根據降雨強度大小，雨強越大，取值取低值，雨強越小，取值取高值。
[0031]根據本發明的一個實施例，所述截水溝縱向間距根據公式L= 0.0OSJ2-0.6J+
11.25，計算獲得，所述J為地表平均坡度，單位為° ;本方法尤其適用于15°以下坡面計算，。
[0032]本專利主要是依托科技支撐課題“坡地高效生態農業的基礎設施配套技術研究”，在重慶忠縣石寶寨開展了系列試驗分析。在石寶寨蝦子嶺選擇平均坡度為12°的坡面，修建Ikm截排水溝，并按20年一遇暴雨設計，設計截排水溝縱向間距為5.2米、Vw為257.1m3、Vs為36.6m3、￥〗為102.8m3 ；則截水溝容量V為396.5m3，比傳統截排水溝提高了30.5 %的徑流調控效率，而坡面土壤流失量減少了 10.2m3、降低了 21.7 %，如果按1年、5年一遇暴雨則降雨徑流調控效率可分別增加46.2%,34.9%,坡面土壤流失量可分別減少34.1 %、46.2 %。徑流調控與水土流失防治具有顯著效果。
[0033]本發明所述的左、右，為清楚說明本發明技術方案以圖1、圖2為參考使用的相對概念。
【主權項】
1.新型坡面截排水溝，其特征在于，包括滲水層、溝底層和截水層，所述滲水層、溝底層和截水層組成槽狀結構，所述滲水層位于所述溝底層左側，所述截水層位于所述溝底層右側;所述溝底層設置于所述滲水層和所述截水層下部或底端;所述滲水層由網籠與顆粒狀填充物組成;所述顆粒狀填充物填充于所述網籠內。2.根據權利要求1所述的新型坡面截排水溝，其特征在于，所述網籠包括骨架和編織網；所述編織網設置在所述骨架上。3.根據權利要求2所述的新型坡面截排水溝，其特征在于，所述顆粒狀填充物填充在所述骨架與所述編織網圍成的空間內。4.根據權利要求1所述的新型坡面截排水溝，其特征在于，所述網籠與所述顆粒狀填充物之間設置有過濾膜。5.根據權利要求4所述的新型坡面截排水溝，其特征在于，所述過濾膜設置于所述截水層的左側。6.根據權利要求1所述的新型坡面截排水溝，其特征在于，還包括固定粧，所述固定粧與所述滲水層連接，并向左側突出于所述滲水層。7.新型坡面截排水溝設計方法，其特征在于，根據公式計算截水溝容量;所述截水溝的容量計算公式為:V = W+Vs+Vi;其中:V為截水溝容量，單位m3; W為次暴雨徑流量，單位m3; Vs為土壤侵蝕量，單位Hi35V1為次暴雨中的壤中流流量，單位Hi35V1根據紫色土坡面壤中流占總降雨量的百分比，Vi = 0.3-0.5W。8.根據權利要求7所述的新型坡面截排水溝設計方法，其特征在于，所述截水溝縱向間距根據公式L = 0.008J2-0.6J+11.25計算獲得，所述J為地表坡度，單位為°。9.根據權利要求7所述的新型坡面截排水溝設計方法，其特征在于，Vw計算公式為:％=MwF，其中，Mw為次暴雨徑流模數，單位m3/hm2;?為坡面集水面積，單位hm2。10.根據權利要求7所述的新型坡面截排水溝設計方法，其特征在于，所述Vs為土壤侵蝕量，單位m3，計算公式為Vs = 3MsF，其中Ms為年土壤侵蝕模數，根據《土壤侵蝕分類分級標準》(SL 190—2007)確定，單位m3/ha ； F為坡面集水面積，單位hm2。11.根據權利要求7所述的新型坡面截排水溝設計方法，其特征在于，所述^為次暴雨中的壤中流流量，單位m3 ； Vi根據坡面壤中流占總降雨量的百分比取值，Vi = 0.3-0.5Vw，Vi取值根據降雨強度大小，雨強越大，取值取低值，雨強越小，取值取高值。
【文檔編號】E02B11/00GK105839605SQ201610271914
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月28日
【發明人】張平倉, 胡波, 丁文峰, 李昊潔, 嚴冬春, 童曉霞, 孫蓓, 王奔, 潘曉穎
【申請人】長江水利委員會長江科學院