李彩霞?陳金軍

摘 要：生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目截排水設(shè)施是水土流失防治措施體系中非常重要的工程措施，也是工程防洪排澇體系的重要組成部分?，F(xiàn)階段不同設(shè)計(jì)人員對截排水設(shè)施的排水標(biāo)準(zhǔn)、降雨歷時(shí)、溝道比降等參數(shù)選擇主觀性較強(qiáng)，相對缺乏科學(xué)性。筆者通過查閱相關(guān)的截排水設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等，并結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案中截排水設(shè)施的設(shè)計(jì)流程、排水標(biāo)準(zhǔn)確定、過流能力計(jì)算等進(jìn)行了科學(xué)合理分析，最后通過一個(gè)案例說明截排水設(shè)施的設(shè)計(jì)流程和參數(shù)選擇，本文意在使生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的截排水設(shè)施設(shè)計(jì)更科學(xué)合理，減少人為主觀性。

關(guān)鍵詞：生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目；截排水設(shè)施；排水標(biāo)準(zhǔn)； 徑流量計(jì)算；過流能力

一、引言

水土流失防治措施設(shè)計(jì)是生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案的重點(diǎn)與核心，合理可行的措施設(shè)計(jì)可使工程防治責(zé)任范圍內(nèi)的水土流失得到有效控制，減少水土流失對項(xiàng)目區(qū)及周邊環(huán)境的影響，改善生態(tài)環(huán)境，確保項(xiàng)目區(qū)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的全面、協(xié)調(diào)發(fā)展，并為水行政主管部門的監(jiān)督、檢查和管理提供可靠的依據(jù)。即措施設(shè)計(jì)合理與否直接影響生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失控制，并影響水土保持投資計(jì)算和效益分析的準(zhǔn)確性。 本文經(jīng)查閱截排水設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等，并結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案中截排水設(shè)施的設(shè)計(jì)流程、排水標(biāo)準(zhǔn)確定、過流能力計(jì)算等進(jìn)行分析，并通過一個(gè)案例說明截排水設(shè)施的設(shè)計(jì)流程和參數(shù)選擇。

二、截排水設(shè)施設(shè)計(jì)流程

截排水設(shè)施設(shè)計(jì)流程一般包括5個(gè)步驟：

（1）在一定比例尺的地形圖上量測匯水面積；

（2）根據(jù)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目所屬行業(yè)的規(guī)定和要求，并考慮防護(hù)對象重要性等因素，確定排水標(biāo)準(zhǔn)，確定降雨歷時(shí)，計(jì)算降雨強(qiáng)度；

（3）根據(jù)不同行業(yè)的要求，計(jì)算設(shè)計(jì)徑流量；

（4）結(jié)合同類工程經(jīng)驗(yàn)，初步確定截排水設(shè)施斷面材質(zhì)、尺寸，計(jì)算過流能力；

（5）判斷過流能力是否滿足設(shè)計(jì)徑流量要求，若不滿足，則需重新選擇斷面尺寸，直至過流能力滿足徑流量，并確保工程量最小。

三、截排水設(shè)施排水標(biāo)準(zhǔn)分析

1. 降雨重現(xiàn)期的確定。筆者參與過的水土保持方案涉及行業(yè)有水電、水利、公路、城市軌道交通、風(fēng)電、輸變電、園區(qū)類項(xiàng)目（如學(xué)校、工廠、開發(fā)區(qū)等），主要針對這些行業(yè)的截排水設(shè)施排水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析。

目前水土保持方案截排水設(shè)施設(shè)計(jì)依據(jù)的規(guī)范主要有《開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)規(guī)范》（GB 50433-2008）＼《水電建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案技術(shù)規(guī)范》（DL/T5419-2009）、《水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范》（SL575-2012），《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T D33-2012），《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50014-2006）等，這些規(guī)范對永久截排水設(shè)施的排水標(biāo)準(zhǔn)，即設(shè)計(jì)降雨重現(xiàn)期取值一般有明確規(guī)定，但對于臨時(shí)排水設(shè)施的設(shè)計(jì)卻較少提及，導(dǎo)致不同設(shè)計(jì)人員在選擇降雨重現(xiàn)期時(shí)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，以個(gè)人主觀判斷為主，使得項(xiàng)目現(xiàn)場內(nèi)臨時(shí)匯水不能有效排導(dǎo)，發(fā)生水土流失問題，即水土保持方案設(shè)計(jì)的臨時(shí)排水設(shè)施不能有效為項(xiàng)目現(xiàn)場服務(wù)。

筆者根據(jù)多年水土保持方案設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并在對已開工項(xiàng)目現(xiàn)場調(diào)查的基礎(chǔ)上，對不同行業(yè)的臨時(shí)排水設(shè)施設(shè)計(jì)進(jìn)行分析：

（1） 由于水電水利類項(xiàng)目建設(shè)工期長，其樞紐、交通道路及施工臨時(shí)設(shè)施場地周邊臨時(shí)排水設(shè)施的設(shè)計(jì)降雨重現(xiàn)期宜按5年一遇計(jì)算，若規(guī)模較大、占地較大的項(xiàng)目，宜按10年一遇計(jì)算；

（2） 公路項(xiàng)目因線路長度、等級(jí)不同而工期有1年、2年……不等，其路基兩側(cè)臨時(shí)排水設(shè)施的降雨重現(xiàn)期宜按大于工期一年進(jìn)行確定；

（3） 城市軌道交通項(xiàng)目建設(shè)工期較長，通常為5年左右，相應(yīng)地其車站施工作業(yè)區(qū)等施工場地的臨時(shí)排水設(shè)施的降雨重現(xiàn)期宜按5年一遇計(jì)算；

（4） 園區(qū)類項(xiàng)目即點(diǎn)型項(xiàng)目，建設(shè)工期通常為1～2年，其場地周邊臨時(shí)排水設(shè)施的設(shè)計(jì)降雨重現(xiàn)期宜按3年一遇計(jì)算；

（5） 風(fēng)電、光伏、輸變電等項(xiàng)目建設(shè)工期一般為1年，其臨時(shí)排水設(shè)施的設(shè)計(jì)降雨重現(xiàn)期宜按2年一遇計(jì)算。

經(jīng)初步分析，筆者認(rèn)為生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目臨時(shí)排水設(shè)施設(shè)計(jì)的降雨重現(xiàn)期宜大于自身建設(shè)工期，但不可太大，否則確定的臨時(shí)排水設(shè)施斷面尺寸偏大，工程量大，不利于工程造價(jià)。

2.降雨歷時(shí)的確定。截排水設(shè)施排水標(biāo)準(zhǔn)確定時(shí)，除需確定降雨重現(xiàn)期，還需要明確降雨歷時(shí)取值，根據(jù)《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 018-97），降雨歷時(shí)即設(shè)計(jì)控制點(diǎn)的匯流時(shí)間，包括匯水區(qū)最遠(yuǎn)點(diǎn)到排水設(shè)施處的坡面匯流歷時(shí)t1與排水溝管內(nèi)的匯流歷時(shí)t2之和，計(jì)算見公式1：

。

計(jì)算排水溝（管）內(nèi)匯流歷時(shí)t2時(shí)，先在斷面尺寸變化點(diǎn)、坡度變化點(diǎn)或者有支溝（支管）匯入處分段，分別計(jì)算各段的匯流歷時(shí)后再疊加而得，按公式2計(jì)算：

筆者試算時(shí)初步選擇的參數(shù)為：粗度系數(shù)m1按針葉樹林取大值（0.8），坡降is取小值（0.2），流速取小值（按漿砌石矩形斷面計(jì)算，凈寬×凈深=0.3m×0.3m，糙率取0.025，坡降取0.3%，相應(yīng)流速 =0.47 m/s）。

根據(jù)公式1，在坡面長度Ls一定的條件下，當(dāng)m1取大值，is取小值，vi取小值的情況下，求得匯流歷時(shí)t1相應(yīng)較大。即當(dāng)粗度系數(shù)減小，坡降增加，流速增加，匯流時(shí)間將相應(yīng)減小。

3.徑流量計(jì)算分析。目前在確定某一范圍的徑流量時(shí)，設(shè)計(jì)人員一般都根據(jù)《開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)規(guī)范》中的公式計(jì)算，但經(jīng)筆者分析，該公式中i為平均1小時(shí)平均降雨強(qiáng)度，單位為mm/h；F為山坡集水面積，單位為km2，即該公式適用于匯水范圍較大的流域性徑流量計(jì)算。對于占地面積較小的具體項(xiàng)目，其適用性有限。筆者在查閱《水電建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案技術(shù)規(guī)范》、《水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范》、《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》、《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》等技術(shù)規(guī)范基礎(chǔ)上，總結(jié)了不同行業(yè)適用的徑流量計(jì)算公式。

4. 徑流量計(jì)算分析。目前在確定某一范圍的徑流量時(shí)，設(shè)計(jì)人員一般都根據(jù)《開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)規(guī)范》中的公式計(jì)算，但經(jīng)筆者分析，該公式中i為平均1小時(shí)平均降雨強(qiáng)度，單位為mm/h；F為山坡集水面積，單位為km2，即該公式適用于匯水范圍較大的流域性徑流量計(jì)算。對于占地面積較小的具體項(xiàng)目，其適用性有限。筆者在查閱《水電建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案技術(shù)規(guī)范》、《水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范》、《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》、《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》等技術(shù)規(guī)范基礎(chǔ)上，總結(jié)了不同行業(yè)適用的徑流量計(jì)算公式，見表2。

四、截排水設(shè)施設(shè)計(jì)分析

1.材質(zhì)選擇。水土保持截排水設(shè)施常用的材質(zhì)有：土質(zhì)、漿砌片石、現(xiàn)澆混凝土、預(yù)制混凝土、磚砌、溝壁鋪植草皮以及排水管，不同的材質(zhì)在施工工藝、造價(jià)等方面各有優(yōu)缺，筆者結(jié)合實(shí)際調(diào)查，對截排水設(shè)施常用材質(zhì)的特點(diǎn)及適用條件進(jìn)行了總結(jié)。

2.比降。截排水設(shè)施過流能力計(jì)算中，溝道比降i的取值缺乏統(tǒng)一性，相對較隨意。比降的定義為溝（管）道水流沿水流方向的高程差與相應(yīng)溝（管）道長度的比值，以千分率或萬分率表示。比降可在帶等高線的平面布置圖上量取。

在水土保持截排水設(shè)施設(shè)計(jì)中，為避免溝道內(nèi)泥沙淤積，排水溝內(nèi)比降最小取值一般不小于5.0‰，另考慮防沖問題，比降最大取值不應(yīng)大于5%，經(jīng)總結(jié)，常用比降值有： 3‰、5‰、2%和3%，部分截水溝的比降可取5%，但需考慮跌水消能措施。

3.截排水設(shè)施過流能力計(jì)算

在滿足過流量要求情況下，截排水設(shè)施斷面設(shè)計(jì)采用最優(yōu)斷面法，即襯砌材料就近取材，易于施工，投資省，具體計(jì)算一般采用謝才公式計(jì)算，即公式3、公式4。

五、案例計(jì)算

前文介紹了截排水設(shè)施排水標(biāo)準(zhǔn)確定及具體設(shè)計(jì)方法，筆者以曾參與過的杭州市閑林水庫石龍山棄渣場的截排水設(shè)施設(shè)計(jì)進(jìn)行方法應(yīng)用。

石龍山棄渣場位于杭州市轉(zhuǎn)塘鎮(zhèn)石龍山內(nèi)，現(xiàn)狀為廢棄的石礦場，占地面積4.92hm2。堆渣設(shè)計(jì)坡比為1：2.0，渣場底高程為65.0m，設(shè)置一級(jí)馬道（高程75.0m），渣頂高程為85.0m，最大堆渣高度約20m，容渣量約42.46萬m3，設(shè)計(jì)堆渣量約29.30萬m3。

1. 防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。棄渣場防洪標(biāo)準(zhǔn)主要與渣場規(guī)模、渣場位置、渣場失事環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)程度、渣場對主體工程影響等方面有關(guān)，本棄渣場為中型渣場，根據(jù)《水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范》防洪標(biāo)準(zhǔn)取20年一遇，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查，溝道較小，不設(shè)置擋水壩等設(shè)施進(jìn)行排洪，溝水匯入截水溝再引排至下游。棄渣場馬道排水溝排水標(biāo)準(zhǔn)按5年一遇10min短歷時(shí)暴雨設(shè)計(jì)。

2. 截排水設(shè)施設(shè)計(jì)。棄渣場截排水設(shè)施主要包括截水溝和馬道排水溝。

（1） 截水溝過流能力分析：

① 徑流量計(jì)算，根據(jù)公式計(jì)算

a. 徑流系數(shù)，按起伏的山地取值，=0.7；

b. 降雨強(qiáng)度，由地形圖量測最大匯水坡長為300m，根據(jù)表2，降雨歷時(shí)取30min，依據(jù)杭州市降雨強(qiáng)度公式，按TE=20年，t=30min計(jì)算，i=1.76mm/min；

c. 匯水面積，在工程平面布置圖上量測渣場上游最大匯水面積F=0.065km2；

d. 徑流量=16.67×0.7×1.75×0.065=1.33m3/s，雙向排水。

② 過流量計(jì)算

a. 斷面設(shè)計(jì)，截水溝采用梯形斷面，尺寸為0.5m（底寬）×0.5m（深），溝壁坡比1：0.5，漿砌片石襯砌厚0.3m；

b. 漿砌石糙率n=0.025；

c. 溝道比降，在工程平面布置圖上量測并計(jì)算得，溝道比降i=3%；

d. 根據(jù)公式3，公式4計(jì)算，截水溝最大流速為2.60m/s，單側(cè)過流量Q=0.99m3/s，徑流為雙向排導(dǎo)，截水溝總過流量為1.98m3/s>1.33m3/s滿足上游徑流量排導(dǎo)需求。

（2） 馬道排水溝過流能力分析：

① 徑流量計(jì)算，根據(jù)公式計(jì)算

a. 徑流系數(shù)按軟質(zhì)巖石坡面取值，=0.6；

b. 降雨強(qiáng)度，根據(jù)杭州市降雨強(qiáng)度公式，按TE=5，t=10min計(jì)算，i=2.35mm/min；

c. 匯水面積，在工程平面布置圖上量測得，馬道上游渣體坡面最大匯水面積F=0.004km2；

d. 徑流量 =16.67×0.6×2.35×0.004=0.09m3/s，雙向排水。

② 過流量計(jì)算

a. 斷面設(shè)計(jì)，排水溝采用梯形斷面，尺寸為0.3m（底寬）×0.3m（深），溝壁坡比1：0.5，漿砌石襯砌厚0.3m；

b. 漿砌石糙率n=0.025

c. 溝道比降，在工程平面布置圖上量測并計(jì)算得，溝道比降i=0.3%，

d. 根據(jù)公式3，公式4求得排水溝單側(cè)過流量Q=0.08m3/s，徑流為東西雙向排導(dǎo)，排水溝總過流量為0.16 m3/s>0.09m3/s，滿足坡面徑流量排導(dǎo)需求。

六、結(jié)論

黨的十八大確立了全面建成小康社會(huì)的目標(biāo)，將生態(tài)文明列入“五位一體”的社會(huì)主義總體布局中，水土保持的目標(biāo)是保護(hù)水土資源，改善生態(tài)環(huán)境。在水土保持實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，由于不同的水土保持方案編制單位及不同設(shè)計(jì)人員對截排水設(shè)施的設(shè)計(jì)參數(shù)及計(jì)算方法較不統(tǒng)一，排水標(biāo)準(zhǔn)、降雨重現(xiàn)期、降雨歷時(shí)、溝道比降等參數(shù)選擇依靠經(jīng)驗(yàn)，主觀性較大，相對缺乏科學(xué)性。本文對生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失防治措施體系中截排水設(shè)施的設(shè)計(jì)參數(shù)選取、排水標(biāo)準(zhǔn)確定、截排水設(shè)施材質(zhì)選擇、過流量計(jì)算方法等進(jìn)行了分析總結(jié)，意在使截排水設(shè)施的設(shè)計(jì)更尊重自然規(guī)律，起到保護(hù)自然生態(tài)的作用，減少主觀性，達(dá)到生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益均科學(xué)合理的雙重目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

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