一种适于华北山区坎儿井式地下集水输水蓄水廊道论文和设计-张宜伟

全文摘要

一种适于华北山区坎儿井式地下集水输水蓄水廊道，涉及坎儿井式地下廊道技术领域，包括拦挡结构、泄洪渠道、暗渠、竖井、控制阀门、输出渠道及蓄水池，在整个沟谷流域内沿着沟谷的水流方向至少布置五道所述拦挡结构，所述竖井与暗渠连通且第一口竖井设置在第一道所述拦挡结构下游；所述蓄水池分为第一蓄水池和第二蓄水池两种；所述暗渠布设在地表下部，暗渠的出水端通过输出渠道与第一蓄水池连接；所述泄洪渠道通过输出渠道与第一蓄水池连通；所述控制阀门设置在蓄水池的入口、蓄水池的出口、暗渠与输出渠道的连接处以及暗渠与竖井交汇处。本实用新型解决山区缺水问题的同时兼有拦挡和分流的作用，从而起到治理中小型洪水、泥石流沟的作用。

主设计要求

1.一种适于华北山区坎儿井式地下集水输水蓄水廊道，其特征在于，包括：拦挡结构、泄洪渠道、暗渠、竖井、控制阀门、输出渠道及蓄水池，在整个沟谷流域内，沿着沟谷的水流方向至少布置五道所述拦挡结构，每道所述拦挡结构均从沟谷左岸布置到沟谷的右岸，且第一道所述拦挡结构设置在沟谷近沟源坡度连续变化20°以上处；所述竖井与暗渠连通，且第一口竖井设置在第一道所述拦挡结构下游；所述蓄水池分为第一蓄水池和第二蓄水池两种，第一蓄水池和第二蓄水池之间通过输出渠道连通；所述暗渠布设在地表下部，暗渠的出水端通过输出渠道与第一蓄水池连接；所述泄洪渠道通过输出渠道与第一蓄水池连通；所述控制阀门设置在蓄水池的入口、蓄水池的出口、暗渠与输出渠道的连接处以及暗渠与竖井交汇处。

设计方案

2.根据权利要求1所述的适于华北山区坎儿井式地下集水输水蓄水廊道，其特征在于：所述拦挡结构采用石笼或木桩栅栏。

3.根据权利要求2所述的适于华北山区坎儿井式地下集水输水蓄水廊道，其特征在于：沿着沟谷的水流方向布置五道所述拦挡结构，相邻两道拦挡结构的间距为5m～10m，第一道及第二道拦挡结构采用石笼，且设于同一道拦挡结构内的相邻两个石笼之间间隔为1m～2m；第三道拦挡结构采用木桩栅栏，相邻两个木桩之间间隔为0.5m；第四道拦挡结构采用木桩栅栏，相邻两个木桩之间间隔为0.2m；第五道拦挡结构采用木桩栅栏，相邻两个木桩之间间隔为5cm～10cm。

4.根据权利要求1所述的适于华北山区坎儿井式地下集水输水蓄水廊道，其特征在于：所述暗渠自沟谷上游至下游坡度呈3°～5°设置。

5.根据权利要求1所述的适于华北山区坎儿井式地下集水输水蓄水廊道，其特征在于：于地表下部至少布置一层暗渠。

6.根据权利要求1所述的适于华北山区坎儿井式地下集水输水蓄水廊道，其特征在于：所述暗渠的断面形状为方形或圆形。

7.根据权利要求1所述的适于华北山区坎儿井式地下集水输水蓄水廊道，其特征在于：最后一口竖井设置在沟谷出口的20m～60m范围内。

8.根据权利要求1所述的适于华北山区坎儿井式地下集水输水蓄水廊道，其特征在于：于沟谷的主沟与支沟交汇处设置有竖井。

9.根据权利要求1所述的适于华北山区坎儿井式地下集水输水蓄水廊道，其特征在于：所述竖井的井口宽度为1.5m～2.5m，深度为3m～10m。

10.根据权利要求1所述的适于华北山区坎儿井式地下集水输水蓄水廊道，其特征在于：所述输出渠道的纵向坡度小于地面纵向坡度，并垂直于地面等高线布置。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及坎儿井式地下廊道技术领域，特别是涉及一种适于华北山区坎儿井式地下集水输水蓄水廊道。

背景技术

通过对华北部分山区的调查发现，为了恢复植被和防止水土流失，修建大量的坝阶地，并种植经济作物。但是有好多地方，虽然降雨很足，但是山里依然缺水，导致需要从山下向山上饮水灌溉种植，既不经济，又费时费力，不是解决问题的长远方案。现在为了解决缺水问题，水库便成为保障城镇生活、工业、农业供水最重要的水利工程。随着大坝的建设技术的日臻完善，也使地表水库成为一种十分成熟的水利工程，然而山区工程区存在着深厚覆盖层、河流泥沙多、地形条件差等不适宜建设地表水库，若在此类河流上采用地表水库，投资往往十分巨大。地表水库所固有的水资源无效蒸发渗漏损失、泥砂淤积和所产生的生态环境问题也一直困扰着人们。而地下水库虽然有着具有不占地、库容大、投资少、蒸发损失小、同时它不会触发库岸边坡的滑坡崩塌，安全可靠等优点，但是其勘探难度大，需要苛刻的地质条件，需要地下有良好的储水介质(层状孔隙含水层、大型含水断裂带、大型岩溶储水空间等)，地下水位不易控制，管理难度大等。工程造价方面较地表水库少，但是对于一个小村庄来说也是很大的一笔财政支出。同时，我国山地面积广，对危害大的沟谷进行集中防治治理十分必要，但是小的沟谷也不能放任不管，好多沟谷，沟长不长，流域面积小，不会发生大的危害，但是也会受到洪水泥石流的侵扰，有些沟谷目前没有发生过危害，但是无法定论以后也不会有危害。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种适于华北山区坎儿井式地下集水输水蓄水廊道，用于解决山区缺水问题的同时兼有拦挡和分流的作用，从而起到治理中小型洪水、泥石流沟的作用。

为达到上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

一种适于华北山区坎儿井式地下集水输水蓄水廊道，其特征在于，包括：拦挡结构、泄洪渠道、暗渠、竖井、控制阀门、输出渠道及蓄水池，在整个沟谷流域内，沿着沟谷的水流方向至少布置五道所述拦挡结构，每道所述拦挡结构均从沟谷左岸布置到沟谷的右岸，且第一道所述拦挡结构设置在沟谷近沟源坡度连续变化20°以上处；所述竖井与暗渠连通，且第一口竖井设置在第一道所述拦挡结构下游；所述蓄水池分为第一蓄水池和第二蓄水池两种，第一蓄水池和第二蓄水池之间通过输出渠道连通；所述暗渠布设在地表下部，暗渠的出水端通过输出渠道与第一蓄水池连接；所述泄洪渠道通过输出渠道与第一蓄水池连通；所述控制阀门设置在蓄水池的入口、蓄水池的出口、暗渠与输出渠道的连接处以及暗渠与竖井交汇处。

优选的，所述拦挡结构采用石笼或木桩栅栏。

优选的，沿着沟谷的水流方向布置五道所述拦挡结构，相邻两道拦挡结构的间距为5m～10m，第一道及第二道拦挡结构采用石笼，且设于同一道拦挡结构内的相邻两个石笼之间间隔为1m～2m；第三道拦挡结构采用木桩栅栏，相邻两个木桩之间间隔为0.5m；第四道拦挡结构采用木桩栅栏，相邻两个木桩之间间隔为0.2m；第五道拦挡结构采用木桩栅栏，相邻两个木桩之间间隔为5cm～10cm。

优选的，所述暗渠自沟谷上游至下游坡度呈3°～5°设置。

进一步，于地表下部至少布置一层暗渠。

优选的，所述暗渠的断面形状为方形或圆形。

进一步，最后一口竖井设置在沟谷出口的20m～60m范围内。

进一步，于沟谷的主沟与支沟交汇处设置有竖井。

优选的，所述竖井的井口宽度为1.5m～2.5m，深度为3m～10m。

优选的，所述输出渠道的纵向坡度小于地面纵向坡度，并垂直于地面等高线布置。

通过上述设计方案，本实用新型可以带来如下有益效果：

1、本实用新型利用地下储水结合坎儿井，集灌溉用水与生活用水于一体。将蓄水构造物分散到沟谷流域内的竖井以及村民家中的蓄水池，对地质条件的要求不高，建造投资少，环境影响小，还可有效减少表面蒸发量。挖井和修建浅表层的暗渠的技术含量低，成本低，危险性小，易于管理。同时，可以起到精准有效的利用水资源。

2、本实用新型通过在沟谷流域内的竖井以及地下暗渠的作用，可以在暴雨天气，减少沟底的径流流量，进一步的降低水流的流速。通过对洪水进行分流、贮存的方式，一方面可以有效的利用水资源还可以减少水资源的时空分配不均匀问题；另一方面，可以减少很大一部分的洪水泥石流发生的可能性或者造成的危害。

综上，本实用新型提出的一种适于华北山区坎儿井式地下集水输水蓄水廊道，解决山区缺水问题的同时兼有拦挡和分流的作用，从而起到治理中小型洪水、泥石流沟的作用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型示意性实施例及其说明用于理解本实用新型，并不构成本实用新型的不当限定，在附图中：

图1为本实用新型实施例中适于华北山区坎儿井式地下集水输水蓄水廊道的平面布置示意图。

图2为本实用新型输水蓄水设施布置局部放大图。

图3为本实用新型原理说明示意图。

图4为本实用新型的拦挡结构布置局部放大示意图一。

图5为本实用新型的拦挡结构布置局部放大示意图二。

图6为本实用新型的控制阀门布置局部放大示意图一。

图7为本实用新型的控制阀门布置局部放大示意图二。

图中各标记如下：1-拦挡结构，2-泄洪渠道，3-暗渠，4-竖井，5-控制阀门，6-输出渠道，7-蓄水池。

具体实施方式

本实用新型不受下述实施例的限制，可根据本实用新型的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

在本实用新型中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图的布图方式来进行描述的，如上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。

如图1至图7所示，图中的左侧为沟谷的上游侧，本实用新型提出的一种适于华北山区坎儿井式地下集水输水蓄水廊道包括拦挡结构1、泄洪渠道2、暗渠3、竖井4、控制阀门5、输出渠道6及蓄水池7，在整个沟谷流域内，从沟谷近沟源坡度开始连续变化20°以上处开始修建，首先在地表修建拦挡结构1，拦挡结构1主要为木桩栅栏或者石笼，也可以两者兼用，沿着沟谷的水流方向至少布置五道拦挡结构1，每道拦挡结构1均从沟谷左岸布置到沟谷的右岸，拦挡结构1主要为了拦挡上游的碎石和沙土，同时，对这些物质做粗略的筛选，碎石和沙土可以作为备用材料。本实施例中布置五道拦挡结构1，最上游的一道拦挡结构1即第一道道拦挡结构1使用石笼，然后在第一道拦挡结构1下游5m～10m处布置第二道拦挡结构1，第二道拦挡结构1使用石笼，且前两道拦挡结构1设于同一道拦挡结构1内的相邻两个石笼之间间隔为1m～2m，主要为拦挡滚落的大块石；再于第二道拦挡结构1的下游5m～10m处布置第三道拦挡结构1，第三道拦挡结构1使用木桩栅栏，相邻两个木桩之间间隔为0.5m；再于第三道拦挡结构1的下游5m～10m处布置第四道拦挡结构1，第四道拦挡结构1使用木桩栅栏，相邻两个木桩之间间隔为0.2m；再向下游5m～10m，设置最后一道拦挡结构1，最后一道拦挡结构1采用木桩栅栏，相邻两个木桩之间间隔为5cm～10cm。所述竖井4与暗渠3连通，且第一口竖井4设置在第一道所述拦挡结构1下游；竖井4的井口宽度设置在1.5m～2.5m之间，深度在3m～10m之间，竖井4的深度主要取决于所在区域竖井4的主要用途，若以储水灌溉为目的，井深相对深一些；若以分流为目的，井深相对浅一些，而且要根据当地的工程地质条件，打井难易等。在沟谷的出口处附近合理位置处，即易于开挖，不影响道路通行和影响居民居住的较为空旷地带，设置一个总的蓄水池7，即第一蓄水池。沟谷的出口处为沟道坡度很缓，近平地，沟谷宽度明显变宽，沟谷两岸的山脊界线消失的区域。为了不妨碍交通，优选地，第一蓄水池修建于地下，然后在村民家中相应设置小型的蓄水池7，即第二蓄水池，同时第一蓄水池和第二蓄水池通过输出渠道6连通，在第一蓄水池和第二蓄水池的进水口与出水口处均设置有控制阀门5，保证对水量的调配。最后，要将第一蓄水池通过输出渠道6与泄洪渠道2相连，以备发生大型的洪水时起到及时的泄洪作用。

本实用新型的一个实施例为：首先确定沟谷内最上游竖井4位置，保证位于最上游的竖井4即第一口竖井4设置在第一拦挡结构1之后，然后在沟谷出口处向沟谷上游20m～60m范围内确定最下游竖井4位置即最后一口竖井4，然后在沟谷各个主沟与支沟交汇处设置竖井4，最后在已经确定的竖井4之间按照20m～40m(距离越大则分流作用更明显，距离越小则蓄水作用越明显)的间隔确定其它竖井4的位置；竖井4确定后，竖井4与暗渠3连通，暗渠3为钢筋混凝土结构，暗渠3的断面形状优选为方形或圆形，当暗渠3的断面形状为圆形时，暗渠3直径优选50cm～70cm，暗渠3优选直线开挖，暗渠3自沟谷上游至下游整个流域内坡度呈3°～5°设置；在地表下方至少设置一层暗渠3，在只设置一层暗渠3的情况下，暗渠3设置的越靠近地表，则蓄水的作用越大，设置的越靠近竖井4底部，则输水分流作用越明显，蓄水功能越弱。确定第一蓄水池的位置后，将其通过输出渠道6连接沟谷最下游暗渠3。最后确定第一蓄水池与村民家内小的第二蓄水池之间的输出渠道6的位置以及泄洪渠道2的位置。因为这些渠道要在村庄内设置，所以要考虑位置选择的合理性，不能破坏现有设施，所以输出渠道6避免采用直线开挖。尽量利用村里已经开挖的渠道进行设计，输出渠道6的纵向坡度小于地面纵向坡度,并垂直于地面等高线布置。

本实用新型的暗渠3、竖井4、输出渠道6、蓄水池7在确定施工位置后，其施工基本互不影响，可以多处同时开挖，缩短工期，便于工程的分期建设和扩建。

本实用新型中暗渠3具体的位置可以通过相应的水文地质勘探和计算所确定,竖井4的容量与个数，以及蓄水池7的容量，需要根据当地的需求和年降雨总量来合理设置。

为了使施工排水便捷，工程建设中宜由下游向上游进行,由沟谷主沟向支沟进行。如果没有排水问题的困扰，可以各处同时开挖，加快施工进度。本实用新型所涉及的输水工程主要由暗渠3和输出渠道6组成，暗渠3一般采用钢筋混凝土结构，流态为暗流，暗渠3出地面后接输出渠道6，输出渠道6为暗流和\/或明流，进行水资源的有效分配。

作为实施例的优化，根据实际需要，在竖井4与暗渠3交汇处的竖井4内设置有能够调节暗渠3出水流量的控制阀门5。设置上下两层或者多层暗渠3来调节竖井4内的水量，具体暗渠3的层数根据需求、施工难易程度和经济条件设定，控制阀门5用于精准的控制调节暗渠3的出水流量，从而可以在运行中人为控制暗渠3各段的采水量。并且通过关闭各出口的控制阀门5方便输水蓄水廊道中的各设施的检修。

其中，竖井4主要用来蓄水，分流，设置深度可以以当地地质条件确定，同时安排设计合理，还可以作为冬季的储物间。

暗渠3，主要作为输送通道和沿途过滤净水的作用。

输出渠道6，主要用来进行水的运输和调配作用，将水资源进行合理的分配。

蓄水池7，将过剩的水进行储存，作为灌溉或者饮用水源。

拦挡结构1，主要使用木桩及石笼。用于对沟谷内固体物质的拦截，筛滤作用，防止堵塞竖井4。此外，合理的设计拦挡结构1之间的间距，可以起到分级筛选的作用，将石块、砂砾进行有效分选，作为备用建材。

控制阀门5，主要用来控制蓄水、输水设施的开关，实现水资源时间和空间分配，高效利用水资源。

泄洪渠道2，主要用来排水和\/或泄洪。

经济效益：

1、本实用新型的大部分建筑材料都可以在施工当地搜集，成本低，自然、绿色环保。木材可以取当地的成年大树，石笼用当地的滚落以及挖竖井4、暗渠3等废弃的石材。修建的地面设施也不会影响当地人进入山里的路线，而且一旦以后沟谷内进行工程修建时，也可以及时的拆除和\/或掩埋而不会造成太大的浪费。

2、本实用新型通过在沟谷流域内的竖井4以及地下暗渠3的作用，可以在暴雨天气，减少沟底的径流流量，进一步的降低水流的流速。通过对洪水进行分流、贮存的方式，一方面可以有效的利用水资源还可以减少水资源的时空分配不均匀问题；另一方面，可以减少很大一部分的洪水泥石流发生的可能性或者造成的危害。

3、本实用新型提出的一种适于华北山区坎儿井式地下集水输水蓄水廊道，施工方法上自然环保，集开发利用降水，提高山区水资源利用率为一体。设置的竖井4可以蓄水，在山内种植时，可以就近取水；另外一方面，这些降水，可以通过渠道的传输和沿途净化，汇集到村庄的蓄水池7内，成为村民的生活用水。有利于减缓山区缺水的状况，促进山区种植经济的发展。

4、本实用新型提出的一种适于华北山区坎儿井式地下集水输水蓄水廊道，成本低，对于经济能力较差的地区，是一种理想有效的防治措施，有利于大规模的推广。而且该实用新型的技术门槛底，可以有效地拉动就业。

5、本实用新型提出的一种适于华北山区坎儿井式地下集水输水蓄水廊道，有助于解决现在山洪泥石流防治的一种困境。

6、本实用新型提出的一种适于华北山区坎儿井式地下集水输水蓄水廊道，可以为以后的供水自动化打下基础。

7、本实用新型提出的一种适于华北山区坎儿井式地下集水输水蓄水廊道，竖井4井口的大小根据当地的沟谷大小和集中降雨量大小进行设计；暗渠3的布置可根据当地的工程地质条件的难易进行设计；竖井4的井深和村里的蓄水池7的大小可以根据历史记录的雨季降雨总量来设计；竖井4的间隔也是根据沟谷的大小和施工难易程度进行设计。竖井4井口要放置格栅状的井盖或者警示语，防止发生危险。

8、通过本实用新型提出的一种适于华北山区坎儿井式地下集水输水蓄水廊道，一旦形成有效的水源之后，还可以对当地的生态环境形成有益的影响。在此基础上，经过当地政府和民众的改造，可以有效地改变当地的生态环境，进一步建造成旅游和休闲场所，提高人民的收益。

9、本实用新型在坎儿井式廊道输水的基础上，经过调整使得输水与蓄水相结合，提高了工作效率。而且克服了取水和输水工程不能有机地相互结合和不利于现代顶管等技术的应用的问题。同时,可将输水和集水建筑物合二为一，减少了输水工程的投资。在出水口配合近现代管道技术，即设置控制阀门5，利于水流量的精准调节和现代顶管等技术在施工中的应用，提高水资源利用率。整个廊道设施内要做好防渗和密封措施。

10、本实用新型提出的一种适于华北山区坎儿井式地下集水输水蓄水廊道，充分利用沟谷内的土地，基本不不影响原有的村庄格局与设施设置，有效的利用山区的有限土地资源；同时该实用新型的工程量小，基本不会产生次生灾害，同时可以提高当地的经济效益，做到因地适宜。

以上技术特征构成了本实用新型的实施例,其具有较强的适应性和实施效果,可根据实际需要增减非必要的技术特征,来满足不同情况的需求。

设计图

一种适于华北山区坎儿井式地下集水输水蓄水廊道论文和设计

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