第二章坡面集水保水工程.ppt
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1、第二章 坡面集水保水工程,主讲:戴全厚,主要内容,第一节 概述 第二节 水窖 第三节 涝池 第四节 山边沟渠工程 第五节 鱼鳞坑、水平沟和水平阶 第六节 保水技术,第一节 概述一、水资源分布概况地球上的水资源主要包括三个方面,一是天然降水,二是河川径流,即地表水,三是地下水。在这三种水资源中,天然降水是最基本的水资源。,地球上138.6108亿m3水体的97.5%为咸水,汇聚于海洋和成水湖泊。仅有约2.5%,即3.5108亿m3的淡水可为人类生活、生产取用。淡水的68.7%成为极圈冰盖和高山冰川,加上30.8%的深层地下水,均为难以利用的淡水资源。河流、湖泊及浅层地上水,约占总淡水量的0.5%
2、。,联合国粮农组织1994年2月公布的19502000年世界各地区人均占有水资源的情况表明,水资源匮乏问题在全球各地的发展趋势都是非常严峻的。平均每10年递减20%左右,预计2000年比1980年要减少34.5%。其中,非洲和拉 丁美洲分别减少45.7%和 42%,亚洲减少35.3%。,我国三种水资源总状况(1990年水利年鉴)(1)降水 全国多年平均降水总量为6l 889亿m3,平均年降水深为648.8mm。既小于全 世界陆地平均降水深800 mm。也小于亚洲平均年 降水深749mm;,(2)地表水 全国多年平 均年地表水资 源量7115亿m3,平均年径流深 为284mm;,(3)地下水 全
3、国多年平均 年地下水资源总 量为8 288亿m3,其中,山区6 726 亿m3,平原 1 874亿m3。,我国水资源分布(1)多雨丰水带 南方两广、江浙一带,年降水量l 600mm,年径流深超过800mm,年径流系数0.5。年降水日数160d;(2)湿润多水带 秦岭南、长白山、淮河两岸,年降水量800-1 600mm,年径流深200-800mm,年径流系数为0.25-0.5,年降水日数为120d以上;,(3)半湿润过渡带 黄淮海、东北、晋、陕、甘、青东南、四川、新疆部分地区,年降水量400-800mm,年径流深50-200mm,年径流系数为0.1-0.23,年降水日数为80-l00d;(4)半
4、干旱少水带 黄土高原及北方大部分旱农地区,年降水量为200-400mm,年径流深10-50mm,年径流系数在0.1以上,年降水日数为60-80d;,(5)干旱干枯带 西北、内蒙古等地的荒漠地区,年降水量小于200mm,径流深不足10mm,降水日数少于60d。,中国水资源主要特征(1)水资源的总量不少,但人均,亩均较少 河川径流量少于巴西、前苏联、加拿大、美国和印度尼西亚,居世界第6位。人均水量只有2 710m3,为世界人均水量的14.居世界第88位。亩均水量1 770m3,约为世界亩均水量的34,低于巴西、加拿大、日本和印度尼西亚。,(2)水资源地区分布不均匀,与人口、耕地分布不适应 南方水多
5、地少,北方地多水少。北方旱区(不含内陆区)水资源总量只占全国的14.4%,耕地却占全国58.3%;人口占全国49.2%。人均水量为938m3人(南方为 4 170m3人),亩均水量为454m3亩(南方为4 134m3亩)。南方与北方相比,南方人均水量为北方的4.4倍,亩均水量为北方的9.1倍。,二、集水技术和径流农业,集水技术是在干旱地区充分利用降水资源为农业生产和人畜生活用水服务的种技术措施。是一种把较大范围上的降水聚集到小面积的农田上使用的一种方法。,集水技术的另一术语是“雨量增值”或“降雨增效”这一术语指将非耕地里的降雨径流集中到耕地里使其获得足够的水分以种植作物。这样给耕地里的水要比直
6、接接受的雨水多,因而雨量增值。集水技术是干旱地区发展径流农业(或称聚流农业)的基础。所谓径流农业或聚流农业,就是充分利用现有的降水资源和径流资源把集水技术与农业生产相结合的农业生产技术的总称。,利用集水技术发展径流农业,在干旱地区的农业生产中是一种古老的农业生产技术,已有4000年的历史。本章主要介绍的是集水 蓄水工程包括水窖(又名旱 井)、涝池(又名蓄水池)、山边沟渠工程、鱼鳞坑和保 水技术等。,第二节 水 窖,一、水窖的定义与功能二、水窖的类型三、水窖的规划与设计,一、水窖的定义与功能(一)定义 修建于地面以下并具有一定容积的蓄水建筑物叫水窖,水窖由水源、管道、沉沙、过滤、窖体等部分组成。
7、(二)功能(1)拦蓄雨水和地表径流;(2)提供人畜饮水和旱地 灌溉的水源;(3)减轻水土流失。,二、水窖的类型 水窖可分为井窖、窑窖、竖井式圆弧形混凝土水窖和遂洞形(或马鞍形)浆砌石 水窖等形式。水窖可根据实 际情况采用修建单窖、多窖 串联或并联运行使用,以发 挥其调节用水的能。,水窖的类型,缸式水窖设计图,瓶式土窖设计图,混凝土窖,圆柱形水窖,混凝土球形窖,崖窑窖典型设计图,井窖,(1)窖筒(上接地面窖口,供取水用):直径0.60.7m,深1.52m。(2)旱窖(不蓄水部分):上部与窖筒相连,深23m。直径向下逐步 放大,到散盘处直径34m。(3)水窖(蓄水部分):深35m,从散盘(旱窖与水
8、窖连接的地方)处下,直径逐步缩小,到底部直径23m。,地面建筑物由窖口、沉沙池、进水管三部分组成,各部尺寸如下:(1)窖口:直径0.60.7m,用砖或石砌成,高出地面0.30.5m。(2)沉沙池:位于来水方向路旁,距窖口46m。池体成矩形,长23m,宽12m,深1.01.5m。四周坡比11。(3)进水管:圆形,直径0.20.3m,在沉沙池从地表向下深约2/3处,以11坡度向下与旱窖相连。,三、水窖的规划与设计,(一)水窖的规划原则 1在有水源保证的地方,修建水窖以分配(或调节)用水量,根据地形及用水地点,修建多个水窖,用输水管(渠)串联或并联运行供水。2在无水源保证的地方,可修建容积较大的水窖
9、,其蓄水调节能力,一般应满足当地3-4个月的供水。,(二)水窖的设计,1、设计原则(1)因地制宜,就地取材,技术可靠,保证水质、水量,节省投资。(2)充分开发利用各种水资源(包括现有水利设施),使 灌溉与人畜饮水结合。(3)要防止冲刷,确保工程安全。,(4)为了调节水源,可将水窖串联联合运行。供饮水的水窖,一般要求人均3-5m3,兼有水浇地任务的是人均5-7m3,以l户l窖或3-5户联窖为宜。,2设计所需材料(1)气象资料,附近雨量站(气象站)的多年降雨量(以月为单位),年最大24h平均降雨量,以及年最低、最高气温,日照天数,最大蒸发量等。(2)水源的水位资料,包括枯流量、基流量、丰水期流量及
10、最大洪水流量,干旱期实测值和水质化验告。,(3)水源工程、输水工程及窖体的地质、地形图。(4)当地建材的分布调查。(5)当地的社会经济情况调查。(6)l:10000或1:50OOO地形图。(7)灌溉面积(需水)分布情况及人畜饮用需求调查。(8)现有水利设施情况。,3工程布置原则(1)以饮用水为主的窖池,应远离污染源。(2)水源地(或调节池)应置 于高位点,以便自压水。(3)应避开不良地质地段。,4水源工程 水窖的水源有雨水、泉水、裂隙水、山沟水、库水以及提水入窖(池)等。(1)雨水作为水窖水源 在没有地表水源的情况下,直接拦蓄雨水时,需要有集雨坪、汇流沟等水源配套工程。此项工程可利用现有的房屋
11、、晒坝(坪)、冲沟、道路等集水,也可修建集雨坪、拦山沟等工程拦截雨水,汇流入窖。,传统的混凝土集流面,土壤固化剂集流面,南方典型屋面雨水集流,移动式集雨面,集雨坪位置的选择 根据地形情况,集雨坪的位置应选定在高于水窖进水口lm以上。集雨坪的面积可利用自然的山坡,修建一定长度的拦水沟。将一定面积内的雨水拦入水窖;也可人工平整土地,水泥砂浆抹面防渗。,集雨坪面积的计算 A云南巧家县采用以下公式计算:(2-1)B贵州省毕节地区采用以下公式计算:(2-2)式中:F-集雨坪有效集水面积;V水窖的有效容积;V 水窖年蓄 水量;W年均降水量,mm,可查水文手册;a-降雨(或径流)利用 系数,对于透水平坦地面
12、取O3,对于天然不透水山坡取0506,较好屋面及人工集雨坪取08;08降雨利用系数;15-考虑 到干旱年份或特别干旱年份等情况的加大系数。,集水池 在集雨坪面积较大、拦截雨水较多的情况下,应在集雨坪下方建一个集水池。集水容积建议用下式计算:,(2-3)(2-4),拦山沟 利用天然山坡作为集雨坪时。在山坡的下方应挖凿拦截雨水的拦山沟。拦山沟要拦截的集雨面积,应用公式(2-1)、(2-2)计算。拦山沟的过水断面,应根据过水流量计算确定。始端断面可稍小,随着拦截降雨面积的增大(或水量的增大)可逐步加大。考虑山坡陡峻或拦截面积上水土流失等对山沟的淤塞和冲刷,拦山沟的过水断面应比计算断面大50左右。,(
13、2)库水作为水窖水源 水库就是水窖的调节池、沉淀池。水库的水通过管、渠进入水窖。(3)泉水、裂隙水、河水作为水窖水源 在水源处修建一集水池或取水口,将水集中起来,通过输水管或暗(明)渠进入水窖。(4)渠水作为水窖水源 一般来说,渠水水源均能满足水窖对水量的要求,作为饮用水,浑浊度小于10的可不考虑过滤设施,这样进水池和沉沙池可合二为一。,(5)输配水工程 输配水工程的作用是将水源水输入水窖(池),由水窖(池)最后分配到用水点。该工程一般可位于净化设施之后,也可位于净化设施之前。输水形式,一般采取暗渠、陡坡、管道三种形式输水。应注意防止水质污染,避免水量损失。(6)净化设施 利用自然山坡汇集雨水
14、,必须经沉沙过滤后方能进入水窖。,(三)水窖容积的确定,根据地形土质条件确定水窖容积 当土质为质地密实,坚硬的红胶土、硬黄土时,其容积可适当大一些;当土质比较疏松时,如砂土、黄绵土等,水窖容积不宜过大,一些地方因土质过差甚至不宜建窖。,根据使用要求选择窖型和容积 人蓄饮水的水窖大都采用传统的缸式窖、瓶式窖,其容积一般为15-30m3。一般尺寸为水窖深等于旱窖深等于水旱窖连接处的直径,这种水窖称为“三头停窖”,经久耐用,防渗性能好。用于农田灌溉的水窖一般要求容积较大,窖身需要采取加固措施。常用的窖型为水泥薄壳窖和蓄水池,其容积一般为50-100m3。对于土质条件好的崖面可挖窑窖,这种窖施工方便,
15、投资省,容积一般为50-100m3,个别容积可达数百方。,根据当地经济水平和投入能力确定水窖容积 水窖的窖型和容积不同,建窖成本差异很大。各地的建筑材料价格各异,不同窖型其建材用量又各不相等。因此,修建水窖既要考虑适宜的窖型和容积,又要考虑当地政府的投入和农户经济状况。,不同土质条件适宜的窖型和容积,(四)水窖窖址的选择,有足够的水源。有深厚而坚硬的土层,水窖一般应设在质地均匀的土层上,以黏性土壤最好,黄土次之。在石质山区,多利用现有地形条件,在无泥石流危害的沟道两侧的不透水基岩上,加上修补,做成水窖。窖址应便于人蓄用水和灌溉农田。,圆形水窖,水窖成型,方口水窖,多沉沙池水窖,坡耕地雨水集流,
16、(五)水窖的施工,1、窖体开挖(1)从窖口开始,按照各部设计尺寸垂直向下挖,在窖口处吊一中心线,每向下挖深1m,校核一次直径。(2)对需用胶泥防渗的水窖和水窑,在窖体开挖完成后,还需开挖供钉胶泥用的码眼。码眼在窖壁呈现“品”字形分布,上下左右眼距各约20cm,口径5-8cm,深10-15cm,眼深略向下方倾斜。(3)地面部分的沉沙池、取水管、取水井筒都按设计要求开挖,及时校核断面尺寸。,2、窖体防渗(1)胶泥捶壁防渗 a.取胶泥与黄土拌合均匀(沙粒粉粒粘粒的体积比为121),制成长18cm,直径约5-8cm的胶泥钉和直径约20cm、厚2-5cm的胶泥饼。b.将胶泥钉用力塞入码眼,外留3cm,将
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