生产建设项目水土流失防治措施

李彩霞?陈金军

摘 要：生产建设项目截排水设施是水土流失防治措施体系中非常重要的工程措施，也是工程防洪排涝体系的重要组成部分。现阶段不同设计人员对截排水设施的排水标准、降雨历时、沟道比降等参数选择主观性较强，相对缺乏科学性。笔者通过查阅相关的截排水设施设计规范、设计手册、设计标准等，并结合实际工作经验，对生产建设项目水土保持方案中截排水设施的设计流程、排水标准确定、过流能力计算等进行了科学合理分析，最后通过一个案例说明截排水设施的设计流程和参数选择，本文意在使生产建设项目的截排水设施设计更科学合理，减少人为主观性。

关键词：生产建设项目；截排水设施；排水标准； 径流量计算；过流能力

一、引言

水土流失防治措施设计是生产建设项目水土保持方案的重点与核心，合理可行的措施设计可使工程防治责任范围内的水土流失得到有效控制，减少水土流失对项目区及周边环境的影响，改善生态环境，确保项目区生态、经济、社会的全面、协调发展，并为水行政主管部门的监督、检查和管理提供可靠的依据。即措施设计合理与否直接影响生产建设项目水土流失控制，并影响水土保持投资计算和效益分析的准确性。 本文经查阅截排水设施设计规范、设计手册、设计标准等，并结合实际工作经验，对生产建设项目水土保持方案中截排水设施的设计流程、排水标准确定、过流能力计算等进行分析，并通过一个案例说明截排水设施的设计流程和参数选择。

二、截排水设施设计流程

截排水设施设计流程一般包括5个步骤：

（1）在一定比例尺的地形图上量测汇水面积；

（2）根据生产建设项目所属行业的规定和要求，并考虑防护对象重要性等因素，确定排水标准，确定降雨历时，计算降雨强度；

（3）根据不同行业的要求，计算设计径流量；

（4）结合同类工程经验，初步确定截排水设施断面材质、尺寸，计算过流能力；

（5）判断过流能力是否满足设计径流量要求，若不满足，则需重新选择断面尺寸，直至过流能力满足径流量，并确保工程量最小。

三、截排水设施排水标准分析

1. 降雨重现期的确定。笔者参与过的水土保持方案涉及行业有水电、水利、公路、城市轨道交通、风电、输变电、园区类项目（如学校、工厂、开发区等），主要针对这些行业的截排水设施排水标准进行分析。

目前水土保持方案截排水设施设计依据的规范主要有《开发建设项目水土保持技术规范》（GB 50433-2008）＼《水电建设项目水土保持方案技术规范》（DL/T5419-2009）、《水利水电工程水土保持技术规范》（SL575-2012），《公路排水设计规范》（JTG/T D33-2012），《室外排水设计规范》（GB50014-2006）等，这些规范对永久截排水设施的排水标准，即设计降雨重现期取值一般有明确规定，但对于临时排水设施的设计却较少提及，导致不同设计人员在选择降雨重现期时标准不统一，以个人主观判断为主，使得项目现场内临时汇水不能有效排导，发生水土流失问题，即水土保持方案设计的临时排水设施不能有效为项目现场服务。

笔者根据多年水土保持方案设计经验，并在对已开工项目现场调查的基础上，对不同行业的临时排水设施设计进行分析：

（1） 由于水电水利类项目建设工期长，其枢纽、交通道路及施工临时设施场地周边临时排水设施的设计降雨重现期宜按5年一遇计算，若规模较大、占地较大的项目，宜按10年一遇计算；

（2） 公路项目因线路长度、等级不同而工期有1年、2年……不等，其路基两侧临时排水设施的降雨重现期宜按大于工期一年进行确定；

（3） 城市轨道交通项目建设工期较长，通常为5年左右，相应地其车站施工作业区等施工场地的临时排水设施的降雨重现期宜按5年一遇计算；

（4） 园区类项目即点型项目，建设工期通常为1～2年，其场地周边临时排水设施的设计降雨重现期宜按3年一遇计算；

（5） 风电、光伏、输变电等项目建设工期一般为1年，其临时排水设施的设计降雨重现期宜按2年一遇计算。

经初步分析，笔者认为生产建设项目临时排水设施设计的降雨重现期宜大于自身建设工期，但不可太大，否则确定的临时排水设施断面尺寸偏大，工程量大，不利于工程造价。

2.降雨历时的确定。截排水设施排水标准确定时，除需确定降雨重现期，还需要明确降雨历时取值，根据《公路排水设计规范》（JTJ 018-97），降雨历时即设计控制点的汇流时间，包括汇水区最远点到排水设施处的坡面汇流历时t1与排水沟管内的汇流历时t2之和，计算见公式1：

。

计算排水沟（管）内汇流历时t2时，先在断面尺寸变化点、坡度变化点或者有支沟（支管）汇入处分段，分别计算各段的汇流历时后再叠加而得，按公式2计算：

笔者试算时初步选择的参数为：粗度系数m1按针叶树林取大值（0.8），坡降is取小值（0.2），流速取小值（按浆砌石矩形断面计算，净宽×净深=0.3m×0.3m，糙率取0.025，坡降取0.3%，相应流速 =0.47 m/s）。

根据公式1，在坡面长度Ls一定的条件下，当m1取大值，is取小值，vi取小值的情况下，求得汇流历时t1相应较大。即当粗度系数减小，坡降增加，流速增加，汇流时间将相应减小。

3.径流量计算分析。目前在确定某一范围的径流量时，设计人员一般都根据《开发建设项目水土保持技术规范》中的公式计算，但经笔者分析，该公式中i为平均1小时平均降雨强度，单位为mm/h；F为山坡集水面积，单位为km2，即该公式适用于汇水范围较大的流域性径流量计算。对于占地面积较小的具体项目，其适用性有限。笔者在查阅《水电建设项目水土保持方案技术规范》、《水利水电工程水土保持技术规范》、《公路排水设计规范》、《室外排水设计规范》等技术规范基础上，总结了不同行业适用的径流量计算公式。

4. 径流量计算分析。目前在确定某一范围的径流量时，设计人员一般都根据《开发建设项目水土保持技术规范》中的公式计算，但经笔者分析，该公式中i为平均1小时平均降雨强度，单位为mm/h；F为山坡集水面积，单位为km2，即该公式适用于汇水范围较大的流域性径流量计算。对于占地面积较小的具体项目，其适用性有限。笔者在查阅《水电建设项目水土保持方案技术规范》、《水利水电工程水土保持技术规范》、《公路排水设计规范》、《室外排水设计规范》等技术规范基础上，总结了不同行业适用的径流量计算公式，见表2。

四、截排水设施设计分析

1.材质选择。水土保持截排水设施常用的材质有：土质、浆砌片石、现浇混凝土、预制混凝土、砖砌、沟壁铺植草皮以及排水管，不同的材质在施工工艺、造价等方面各有优缺，笔者结合实际调查，对截排水设施常用材质的特点及适用条件进行了总结。

2.比降。截排水设施过流能力计算中，沟道比降i的取值缺乏统一性，相对较随意。比降的定义为沟（管）道水流沿水流方向的高程差与相应沟（管）道长度的比值，以千分率或万分率表示。比降可在带等高线的平面布置图上量取。

在水土保持截排水设施设计中，为避免沟道内泥沙淤积，排水沟内比降最小取值一般不小于5.0‰，另考虑防冲问题，比降最大取值不应大于5%，经总结，常用比降值有： 3‰、5‰、2%和3%，部分截水沟的比降可取5%，但需考虑跌水消能措施。

3.截排水设施过流能力计算

在满足过流量要求情况下，截排水设施断面设计采用最优断面法，即衬砌材料就近取材，易于施工，投资省，具体计算一般采用谢才公式计算，即公式3、公式4。

五、案例计算

前文介绍了截排水设施排水标准确定及具体设计方法，笔者以曾参与过的杭州市闲林水库石龙山弃渣场的截排水设施设计进行方法应用。

石龙山弃渣场位于杭州市转塘镇石龙山内，现状为废弃的石矿场，占地面积4.92hm2。堆渣设计坡比为1：2.0，渣场底高程为65.0m，设置一级马道（高程75.0m），渣顶高程为85.0m，最大堆渣高度约20m，容渣量约42.46万m3，设计堆渣量约29.30万m3。

1. 防护标准。弃渣场防洪标准主要与渣场规模、渣场位置、渣场失事环境风险程度、渣场对主体工程影响等方面有关，本弃渣场为中型渣场，根据《水利水电工程水土保持技术规范》防洪标准取20年一遇，结合现场调查，沟道较小，不设置挡水坝等设施进行排洪，沟水汇入截水沟再引排至下游。弃渣场马道排水沟排水标准按5年一遇10min短历时暴雨设计。

2. 截排水设施设计。弃渣场截排水设施主要包括截水沟和马道排水沟。

（1） 截水沟过流能力分析：

① 径流量计算，根据公式计算

a. 径流系数，按起伏的山地取值，=0.7；

b. 降雨强度，由地形图量测最大汇水坡长为300m，根据表2，降雨历时取30min，依据杭州市降雨强度公式，按TE=20年，t=30min计算，i=1.76mm/min；

c. 汇水面积，在工程平面布置图上量测渣场上游最大汇水面积F=0.065km2；

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

② 过流量计算

a. 断面设计，截水沟采用梯形断面，尺寸为0.5m（底宽）×0.5m（深），沟壁坡比1：0.5，浆砌片石衬砌厚0.3m；

b. 浆砌石糙率n=0.025；

c. 沟道比降，在工程平面布置图上量测并计算得，沟道比降i=3%；

d. 根据公式3，公式4计算，截水沟最大流速为2.60m/s，单侧过流量Q=0.99m3/s，径流为双向排导，截水沟总过流量为1.98m3/s>1.33m3/s满足上游径流量排导需求。

（2） 马道排水沟过流能力分析：

① 径流量计算，根据公式计算

a. 径流系数按软质岩石坡面取值，=0.6；

b. 降雨强度，根据杭州市降雨强度公式，按TE=5，t=10min计算，i=2.35mm/min；

c. 汇水面积，在工程平面布置图上量测得，马道上游渣体坡面最大汇水面积F=0.004km2；

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

② 过流量计算

a. 断面设计，排水沟采用梯形断面，尺寸为0.3m（底宽）×0.3m（深），沟壁坡比1：0.5，浆砌石衬砌厚0.3m；

b. 浆砌石糙率n=0.025

c. 沟道比降，在工程平面布置图上量测并计算得，沟道比降i=0.3%，

d. 根据公式3，公式4求得排水沟单侧过流量Q=0.08m3/s，径流为东西双向排导，排水沟总过流量为0.16 m3/s>0.09m3/s，满足坡面径流量排导需求。

六、结论

党的十八大确立了全面建成小康社会的目标，将生态文明列入“五位一体”的社会主义总体布局中，水土保持的目标是保护水土资源，改善生态环境。在水土保持实际设计工作中，由于不同的水土保持方案编制单位及不同设计人员对截排水设施的设计参数及计算方法较不统一，排水标准、降雨重现期、降雨历时、沟道比降等参数选择依靠经验，主观性较大，相对缺乏科学性。本文对生产建设项目水土流失防治措施体系中截排水设施的设计参数选取、排水标准确定、截排水设施材质选择、过流量计算方法等进行了分析总结，意在使截排水设施的设计更尊重自然规律，起到保护自然生态的作用，减少主观性，达到生态效益与经济效益均科学合理的双重目标。

参考文献：

[1] 周广利，王彦玲.公路排水系统设计探讨[J].山西建筑，2011，（32）：125～126.

[2] 姜德文.生态文明新时代的水土保持探索[J].中国水土保持，2013，（4）：10～13.