文山县丘陵地区塘坝工程应用技术

1 文山县丘陵地区塘坝工程应用技术文山县丘陵地区塘坝工程应用技术 农村 五小 水利工程培训教材 前前言言 塘坝是丘陵地区灌溉 抗旱 解决人畜用水 发展 水产养 殖 的重要水利基础设施 它分布范围广 数量多 作用大 投工 投资少 能够当年投资 当年受益 由于塘坝工程多属群众自建 自 管 自用 难免存在布局不够合理 规划设计不够规范 工程标准质 量不高 管理运用不善 效益发挥不好等问题 同时近年来 一些地 方新建塘坝 一些地方对老塘坝进行改造 主要还是除险加固和补漏 还有一些地方要求对塘坝进行综合开发利用和产权制度的改革 这 对塘坝建设和管理提出了更新更高的要求 为了使塘坝建设和管理更 加科学合理 成效更加显著 配合好文山县 三项扶贫 大会战 的按质按量顺利完成 我们本着与基层干部 水利技术人员及广大农 民共同研究 互相提高的愿望 根据文山县县委政府 扶贫局 计划 发展局 县水务局及有关单位要求 并参考部分外地资料 用通俗易 懂的语言 结合图表和实例 编写了这份讲义 需要做出解释的是 丘陵地区小拦河坝较少 本讲义重点针对塘坝进行编写 希望各地根 据实际情况 因地制宜参考采用 下面我们就塘坝涉及到的基本常识 技术要求以及应该注意的问题分别进行讲解 一一 塘塘坝坝的的分分类类与与作作用用 塘坝 在我们这些地方俗称 2 坝塘 一般称拦截和贮存当地地表径流的蓄水量大于10 万 m3 的叫水库 蓄水量不足10 万 m3大于 5 0 万 m3的蓄水设施叫小水 库 蓄水量小于和等于1 0 万 m3的叫小塘坝 另外 习惯上把蓄 水量超过 1 0 万 m3的塘坝叫当家 塘 又叫大塘 与小塘坝相比 当家塘的蓄水量和灌溉面积大 调蓄能力强 作用大 成效好 塘坝以其水源和运行方式分为孤立塘坝 包括联塘 和反调节塘 坝两类 孤立塘坝的水源主要是拦蓄自身集水面积内的当径流 独立 运行 包括联塘运行 自成灌溉体系 反调节塘坝除拦蓄当地径 流外 还依靠渠道引外水补给 渠水灌塘 塘水灌田 渠 塘联合运 行 长藤结瓜 起反调节作用 丘陵地区耕地面积较多 而灌溉水源相对较少 干旱缺水问题比 较突出 塘坝是这一地区农田灌溉 人畜用水和水产养殖的重要水源 工程和水利基础设施 它在文山县境内分布较之其它地区数量虽然不 多 但它工程规模小 投资少 用工少 可就地取材 施工技术简单 群众能够自办 一般能当年收效 其作用不可忽视 1 塘坝可以充分拦蓄当地径流 分散蓄水 就近灌溉 就地 受益 供水及时 管理方便 适应丘陵地区地形起伏 岗冲交错中分 散农田的灌溉 同时 还可缩短输水距离与灌水时间 减少水量损失 提高灌溉水效率 并有利于节水灌溉措施的推广 2 利用塘坝蓄水灌溉 可以减小灌区提 引外水工程的规模 同时可减小渠首及各级渠道和配套建筑物的设计流量 相应减小渠道 断面和建筑物孔径 从而节省其工程量和投资 3 3 塘坝可以拦蓄一部分灌废弃水和灌溉回归水 增加灌区供 水量 缓解灌区水量不足的矛盾 同时还可调节水量 削减引用外 水高峰 减少用水矛盾 提高灌溉保证率 扩大灌溉面积 并能节 水节能 降低灌溉成本 减轻农民负担 4 塘坝蓄浅 水温高 在低温季节引塘水灌田有利农用物生 长 5 塘坝可以缓洪减峰 防治水土流失 减轻农田洪涝灾害损 失 6 利用塘坝进行综合开发 解决人畜用水 发展 塘口 经济 可以促进当地农 林 牧 副 渔业的发展 增加农民收 入 扩大农村就业门路 发展农村经济 改变农村面貌 二 塘塘坝坝规规划划 丘陵地区现有的大量塘坝 在灌溉抗旱 解决人畜用水 发展 多种经营等方面发挥了很大的作用 但由于种种原因 不少塘坝的 布局不够合理 建设规模不太科学 质量标准不高 效益发挥不好 随着农业的发展和农作物种植结构的调整 灌溉面积不断扩大 加 之复种指数提高 需水量逐年增加 从而出现有些地方现有塘坝数 量不足 有些地方塘坝的规模和质量标准已不适应 两高一优 农业发展的需求 有些地方原来没有灌溉习惯的旱作区 现在为了 旱改水 坡改梯 提高抗旱能力 增产增收 也提出了灌溉要求 另外 有的地方为了解决人畜饮水水源 发展不产养殖事业等 确 实需要新建 扩建 改建一批塘 4 坝 来提高灌溉抗旱能力 满足各方面用水需求 现在缺少塘坝 的地方 特别是 水利死角 地区 兴建大型水利工程不太可能 调引外水有困难 建泵站提水费用又高 只有脚踏实地建塘 扩 塘 改塘 充分拦蓄并利用当地径流才是上策 另外 在现有的 或计划兴建的灌区内 为了充分利用当地水资源 利用塘坝调蓄提 引来的水量 解决水量不足的问题 也需要新建 改建 扩建塘坝 塘坝建设的原则要因地制宜 讲求实效 新建与改造相结合 充分利用当地有利条件和水土资源 挖掘现有水利设施潜力 做到 有水可蓄 有田可灌 注重综合利用 省地 省工 省钱 不搞无 效塘坝 不搞形式主义 花架子工程 需要注意的是 塘坝规划还 要具备三个要素 要有一定有集水面积 即来水量 或有足 够的补给水量 包括引水 提水 要有一定的调蓄容量 即 合适的塘容 要有一定的灌溉面积 包括提塘水灌溉面积 尽量做到自流灌溉 另外 规划时必须根据水量供需平衡的原理 算清来水 补水 蓄水 需水三笔账 科学合理地确定塘坝的布 局 蓄水量和灌溉面积 优化配置水资源 做到统筹兼顾 综合利 用 合理安排 配合得当 大小适宜 宜大则大 充分发挥塘坝效 益 塘坝规划要符合当地水利 农业 林业 村庄 道路 农电的 总体规划 做到10 个结合 即 1 与农田基本建设中 5 的沟 渠 田 林 路综合治理相结合 2 与灌区渠系布置相结合 建成 长藤结瓜 式灌溉 系统 3 与人畜用水 消防用水相结合 4 与水产养殖 畜禽养殖 种植业 林果业相结合 发 展 塘口经济 增加农民收入 5 与小康村建设相结合 绿化 美化环境 调节小气候 改善生态条件 促进农村两个文明建设 6 与发展乡镇企业 旅游业相结合 7 与筑堤 修渠 挖沟 修路 建房 建窑 小砖瓦窑 相结合 8 与灌区配套 小区治理 洼地改造 中低产田治理相 结合 9 与农业种植结构调整 旱 地 改水 田 坡改 梯相结合 10 与发展 两高一优 农业 节水灌溉 喷灌 微灌 渠道防渗 管道输水等 相结合 合理布局塘坝应遵循以下几个原则 在灌区下游 边缘地 区和多级提水灌区 以及干旱缺水 缺少骨干工程和塘坝的 水利死角 地区 要多建新塘 大塘 提高拦蓄当地径流程度 增强调蓄提 引外水能力 在口小 肚大 底平 位置较高的 山谷修建山塘 在冲的顶部 6 修冲顶塘 在大冲可沿冲节节建塘 层层拦蓄 高塘高蓄高灌 低塘低蓄低灌 做到既能灌溉下游冲田 又能减轻洪水下泄冲毁 和淹没下游农田的危害 沿排水沟 包括路沟 撇洪沟沟尾 和沟侧修建塘坝 做到能引沟水 蓄洪水 拦蓄灌溉回归水 沿灌渠渠尾和渠侧建反调节塘 形成 长藤结瓜 非灌溉期 或灌溉用水低峰期引渠水灌塘 灌溉用水高峰期放塘水灌田 提高 塘的复蓄次数 调节灌溉用水高峰 减轻渠道灌溉压力 利 用有利地形修建塘坝 拦引河 溪 泉水 利用荒地 废弃地 低洼沼泽地 低产地以及取土塘建塘 沿岗坡坡腰 坡脚修塘 开 挖截流沟 将坡面径流拦蓄入塘 沿岗坡坡腰 坡脚修塘 开 挖截流沟 将坡面径流拦蓄入塘 塘坝坝址选择的条件和基本要求是 地形条件好 位置高 塘坝蓄水量尽可要大 自流灌溉面 积大 淹没占地少 有适宜修建溢洪道位置 工程简单 土方和配 套建筑物少 费用省 用工少 要注意选择两岗夹一洼中间打个坝 这种集水面积大 筑坝较容易的地方 多修建一些容量较大的当家 塘 地质条件好 工程安全可靠 渗漏损失小 能蓄住水 水源条件好 集水面积大 来水量丰富 无严重污染源 淤积源 靠近灌区 塘跟田走 连接渠道短 输水损失小 施工 交通及管理方便 7 附近有合适的筑塘土料 取土运土方便 最好能利用挖塘土筑 坝埂 这样可一举两得 行政区划单一 确权界定清楚 尽量避免水源 用水占地 矛盾 综合利用效益大 有人畜用水要求的 尽量靠近村庄 管道引水距离短 方 便管理 或选择位置高处 能自压供水 判断一个塘坝工程是否经济合理 一般以土水比与淹灌比的大 小来衡量 即筑塘的土方量与塘的蓄水量之比 淹没耕地与灌溉面 积之比 越大越好 根据部分塘坝修建统计资料分析表明 蓄 水量大于 3 0 万 m3的当家塘 要求土方量与蓄水量的比应大于 1 3 淹没耕地与灌溉面积的比应大于1 5 达到 1 4 的也可 以 当然 这两者的比只是相对而言 条件好的该优先兴修 如果 需要 即使当地条件稍差 其比值低一点也可以兴修 三三 塘塘坝坝设设计计 一一 主主要要术术语语 1 无粘性土 Cohesionless Soil 粘粒 粒径小于0 005mm 含量 质量 不大于3 塑性 指数不大于3 颗粒间不具有粘结力的土 2 砾石土 Gravelly Soil 含有碎石 砾 砂 粉粒 粘粒等组成的宽级配土 有冰碛的 风化的和开挖的风化岩石或软岩 8 经碾压后形成的及人工掺合的各种砾石土 3 膨胀土 Expansive Soil 富含亲水矿物并具有明显吸水膨胀与失水收缩特性的高塑性粘 土 4 软粘土 Soft Soil 天然含水率大 呈软塑到流塑状态 具有抗剪强度低 压缩性 大 透水性小 灵敏度高的粘土 一般采用以下标准评定 液性指 数 IL 0 75 无侧限抗压强度qu 50kPa 标准贯入击数 N63 5 4 灵敏度 St 4 当 IL 1 0 孔隙比 e0 1 5 为淤泥 当 IL 1 0 1 0 e0 1 5 为淤泥质土 5 湿陷性黄土 Collapsible loess 主要由粉粒组成 呈棕黄或黄褐色 具有大孔隙或垂直节理特 征 遇水产生自重湿陷的土 称自重湿陷性黄土 不产生自重湿陷 性的黄土称为非自重湿陷性黄土 6 流土 Soil flow 在渗流作用下 局部土体表面隆起 顶穿或粗细颗粒同时浮动 而流失的现象 7 管涌 Piping 土体中细颗粒在渗流作用下从骨架孔隙通道流失的现象 8 压实度 Degree Of Compaction 填土压实的干密度相应于试 9 验室标准击实试验所得最大干密度的百分率 二二 基基础础知知识识 1 地表径流 降水以后 除土壤渗透 地面截留和蒸发等各种损失以外的剩 余水量 由于受重力作用和地面坡度的影响 必将向低处汇流 这 种汇流叫地表径流 对塘坝而言叫当地径流 2 年径流量 年径流量 就是年径流通过某断面的总水量 常用单位为万 m3 3 年径流深 年径流量平均分布在集水面积上所得的水层深度 常用单位为 mm 4 年径流模数 年单位集水面积 1 0km2 上的径流量 常用单位为万 m3 km2 5 年径流系数 年径流深与年降水量的比值 6 集水面积 塘坝的集水面积是指降水后 产生的地表径流流入塘坝的面积 它的周边必须实地调查 按当地地形分水线或分水岭划定 分水线 或分水岭包括的面积即集水面积 集水面积一般以平方公里为单位 km2 1km2 1500 亩 即 10 1000 公顷 hm2 1 亩 666 7m2 有地形图时 可从图上量 算得出 三三 基基本本技技术术参参数数的的确确定定 1 地表径流的确定 丘陵地区每平方公里地表径流量的数值 是随地形 地貌 地 质 地面坡度 林草覆盖 水田与旱地比重以及降水量不同而有很 大差异 它的分析比较复杂 所以它一般要根据各地的年平均降雨 量以及可靠水文资料分析成果和文山县境内水文经验资料估算得出 这部分涉及到具体工程的时候可找县水务局规划办 水勘队或是相 关设计单位进行咨询 它的整个计算和整理过程在此就不做专门的 讲解 2 塘坝来水量的确定 塘坝来水量包括旱地和非耕地的地表径流量 水田排水量以及 塘面降水量三部分 新建的孤立塘坝选定塘址以后 这第一步首先就要弄清塘址以 上的集水面积 F 第二步是求出多年的平均年径流量 R 第三步按下式计算出塘坝的多年平均年来水量 W FRW 式中 F 集水面积 km2 R 每平方公里多年平均年径流量 万m3 km2 W 多年平均来水量 万m3 3 的有效容量和实际蓄水量的确定 11 为了充分利用水资源 要求所建塘坝应可能地使当地的多年平 均地表径流拦蓄起来 但降雨 径流在全年中是一次次单独发生的 塘坝的来水量也是逐次累积的 而农田灌溉是季节性的用水 不是 连续性用水 因此孤立塘坝的水有一个不断消涨的变化过程 所以 塘坝的有效容量它不等同于塘坝的实际来水量 而应该小于实际来 水量 即 式中 V 塘坝的有效容量 万m3 W 塘坝多年平均年来水量 万m3 n 系数 根据实际情况确定 一般用1 5 2 0 如果塘坝多年平均年来水量比计算的灌溉总用水量大很多时 则应按计算的灌溉总用水量来确定塘坝的有效容量 此时 塘坝有 效容量可视具体情况按计算的灌溉总用水量的40 50 来确定 当塘坝的容量确定以后 则应按塘的地形 计算不同蓄水位时 的淹没面积及其蓄水量 它的计算方法是 在有地形图的地方 可 按地形高程 由低到高逐一量出不同高程的淹没面积 进而计算出 每个相邻高程之间的蓄水量 并按设计蓄水位求出总的蓄水量 如 无图可量时 也可以用简易方法测量若干断面进行计算 或通过实 际丈量确定 四四 塘塘坝坝形形式式与与断断面面尺尺寸寸的的确确定定 n W V 12 塘坝的形式与断设计要根据塘坝高度 筑坝材料 塘址的地形 和地基条件 以及当地的水文 气象 施工 劳动力等因素 因地 制宜 进行综合分析 初选几种形式 拟定断面尺寸 进一步比较 工程量 投资 最后选择技术安全可靠 经济合理可行 便于施工 的塘坝形式与断面 塘坝一般为土坝 通常设计成梯形断面 塘坝坝顶高程应高于 塘内正常蓄水位1 0 1 5m 土质塘坝形式与断面设计必须满足以下要求 不会发生漫 顶溢流 塘坝的迎 背水坡要稳定 不会发生滑坡 坍塌 坝基和坝身不会发生严重渗漏 管涌和流土 就地取材 因材设计 构造简单 适应塘址的地形 地基条件 方便人工或 机械施工 工期短 质量好 省工 省料 省钱 土质塘坝形式与断面主要有以下几种 1 均匀土质塘坝 图3 1 13 适用范围 塘址附近有足够的好土 最好是用粘粒含量 10 30 的壤土 这种土最适宜建筑该种塘坝 这是一种最常用的塘坝形式 它结构简单 便于人工和机械施 工 标准质量容易控制 对地基要求也较低 另外 这种坝型的渗 透系数不得大于1 10 4cm s 2 粘土心墙塘坝 图3 2 适用范围 塘址附近如没有足够的好土 或好土在较远的地方 可考虑做这种塘坝 即在塘坝的中央用好土 最好是用粘粒含量 20 40 的壤土筑一道心墙防渗 心墙顶部厚度大于 0 8m 底部厚度大于上游水深的1 6 1 10 并不小于2 0m 靠心墙两 侧用较细密的土料可粗一点 并且用较容易透水的土料做背水坡 这种形式的塘坝多用于高度比较大的塘坝 14 3 粘土斜墙塘坝 图3 3 适用范围 同粘土心墙塘坝 做法是在塘坝的迎水坡用微透水 性的粘土或弱透水性的壤土做一道防渗斜墙 斜墙厚度 垂直于坝 坡 顶部不小于0 5m 底部不小于上游水深的1 6 1 8 并不 小于 2 0m 上铺保护层 斜墙下用透水性小的较细密的土 离斜墙 愈远土料颗粒可愈大 并用较透水的土料做背水坡 这种形式的塘坝多用于老塘加高培厚 做防渗处理 该种坝型 心墙和斜墙的渗透系数不大于1 10 5cm s 土质塘坝断面是随塘坝高度而变化的 并受填土土质及密实度 影响 均匀土质塘坝的一般标准见表表 3 1 15 表表 3 1 均均匀匀土土质质塘塘坝坝一一般般标标准准 五五 筑筑坝坝材材料料的的选选择择与与填填筑筑要要求求 根据水利部 碾压式土石坝设计规范 Design code for rolled earth rock fill dams SL274 2001 和水利水电工程强制性 条文有关规定 1 防渗土料应满足下列要求 渗透系数均质坝不大于 1 10 4cm s 心墙和斜墙不大于1 10 5cm s 水溶盐含量 指易 塘坝高 m 塘坝顶宽 m 迎水坡背水坡 3 以下 3 5 6 10 1 5 2 0 2 5 2 5 3 0 1 1 5 1 2 0 1 2 0 1 2 5 1 2 5 1 3 0 1 1 5 1 1 5 1 2 0 1 2 0 1 2 5 16 溶盐和中溶盐 按质量计 不大于 3 有机质含量 按质量计 均质坝不大于5 心墙和 斜墙不大于2 超过此规定需进 行论证 2 用于填筑防渗体的砾石土 粒径大于5mm 的颗粒含量不 宜超过 50 最大粒径不宜大于150mm 或铺土厚度的 2 3 0 075mm 以下的颗粒含量不应小于15 填筑时不得发生 粗料集中架空现象 3 反滤料 过渡层料和排水体料应符合下列要求 质地致密 抗水性和抗风化性能满足工程运用条件的要求 具 有要求的级配 具有要求的透水性 反滤料和排水体料中粒径小于 0 075mm 的颗粒含量应不超过5 4 粘性土的压实度应符合下列要求 小塘坝属于3 级低坝 则其压实度应为96 98 5 砂砾石和砂的填筑标准应以相对密度为设计控制指标 并应 符合下列要求 砂砾石的相对密度不应低于0 75 砂的相对密 度不应低于0 70 反滤料宜为0 70 砂砾石中粗粒料的含量小于 50 时 应保证细料 小于5mm 的颗粒 的相对密度也符合上述 要求 六六 塘塘坝坝放放 泄泄水水建建筑筑物物的的设设计计 新建的塘坝为了放水灌溉 就设置放水涵 放水涵一般用砼管 其位置 数量 大小可按实际需 17 要确定 如塘坝的两旁都有灌区 应在塘坝两头埋设 埋设高程 一要考虑充分利用塘坝水 二要使自流灌溉面积尽量大 无压流 放水涵流量大 涵洞尺寸与灌溉面积可参见 表表 3 2 表表 3 2 无无压压流流放放水水涵涵流流量量 涵涵洞洞尺尺寸寸与与灌灌溉溉面面积积表表 注注 本表灌溉面积按1 0m3 s 流量灌溉1 万亩计算 对集水面积大的塘坝泄洪应引起注意 要防止塘坝蓄满水后又 遇暴雨造成洪水漫溢塘坝 解决的办法是在塘坝一侧选择稍低洼的 1 1001 200比降 尺寸 流量 m3 s 圆涵直径 cm 圆涵直径 cm 灌溉面积 亩 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 07 0 08 0 09 0 10 20 20 25 25 30 30 30 35 35 20 25 25 30 30 35 35 35 40 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 18 地形处开溢洪道 溢洪道的底要与塘内正常最高蓄水位齐平 溢 洪道堰顶宽度按下式计算 23 MH Q B 式中 B 溢洪道堰顶宽度 m Q 溢洪道流量 m3 s H 溢洪道水深 m M 第二流量系数 上式适用于宽顶堰式溢洪道的堰顶宽度计算 堰顶长度 应满足 2 5H 10H 可按明渠流计算 宽顶堰式溢 洪道不同溢洪水深H 和第二流量系数M 时的单宽流量q 值 可 参考 表表 3 3 表表 3 3 不不同同溢溢洪洪水水深深和和不不同同第第二二流流量量系系数数时时的的单单宽宽流流量量表表 单位 m3 s M q H 堰顶入口边缘 为直角形 M 1 42 堰顶入口边缘 为钝角形 M 1 48 堰顶入口边缘 为圆弧形 M 1 55 具有很好的圆 形入口和极光 滑的流径 M 1 62 19 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 0 127 0 233 0 359 0 502 0 660 0 830 1 015 1 210 1 420 1 640 1 865 2 105 2 355 2 605 0 132 0 243 0 374 0 523 0 687 0 866 1 059 1 263 1 480 1 705 1 945 2 195 2 455 2 720 0 139 0 255 0 392 0 547 0 720 0 905 1 109 1 323 1 550 1 790 2 040 2 295 2 570 2 840 0 145 0 266 0 410 0 574 0 752 0 947 1 159 1 382 1 620 1 865 2 130 2 400 2 685 2 980 七七 塘塘坝坝防防洪洪标标准准的的确确定定 对有防洪任务和要求的塘坝 建议按10 年一遇防洪标准设 计 对位置高 集水面积大 工程大 塘容接近10 万 m3 塘 坝高超过 10m 失事后将造成较大经济损失和政治影响的塘坝 建议按 50 年一遇防洪标准校核 并开好溢洪道和塘坝超高 以保 证塘坝防洪安全 四四 塘塘坝坝的的施施工工管管理理 一 塘坝施工组织管理的基本知识 塘坝施工组织管理一般包括 明确施工管理人员 确定取土区 测量放样 坝基清理 筑坝时间安排 组织土方填筑与压实的劳力 和机械 修建放水涵 质量检查和竣工验收等 兴建塘坝无论大小都要慎重对待 施工中要指定施工管理员具 体施工技术指导和负责质量监督管理 施工管理员要由有一定的组 织能力 业务技术水平 实际工作经验和较强事业心的人来担任 20 施工的民工和机械操作手必须服从施工管理员统一指挥 调度和 技术指导 一旦发现影响质量的问题要立即补救 甚至返工 施 工管 理员应在民工上工前到场 提前安排好施工作业程序 民工 收工后 要及时进行施工现场清理 检查有无质量隐患等问题 二 塘坝施工的一般技术要求 新筑塘坝基础的清理 关系到塘坝的运行安全和防渗效果 对 位于坝体填筑范围内的深塘和洼地中的淤泥等 应彻底清除 运出 坝基之外 然后用合格的土料进行回填 坝基处的坟墓 屋基 地 面上的乱石 草皮 树根和腐植土等均要清除干净 不允许留下隐 患 取土场一般应选择在距离较近 地势较高 易于排水和表土薄 土层厚 土质好 土壤含水率适宜的地方 以保证筑坝土料质量 取土场表层的树根 草皮以及耕作土层应全部清除 如果是老塘改 造 则必须将老塘底的表层淤泥挖掉 然后再取塘底好土加筑塘坝 塘坝施工受天气影响较大 受水浸泡含水量大