集流工程的设计与施工

（8）集流工程的设计与施工一.雨水集流面的集流效率（一） 影响集流效率的因素降雨特性与集流效率的关系由降水，经流或产流机理分析可知，随着每次降雨量和降雨强度的增加，集流效率也增大，因此当小雨量，小雨强的过程多时，其集流效率也较低，若降水量小于某一值时，可能不产流。而且集流面的吸水性、透水性越强，降雨特性对集流效率影响越明显。集流面材料的影响集流面材料的吸水性，透水性越强，其集流效率越低，根据试验结果表明，以混凝土、完整裸露塑料膜和水泥瓦的集流效率较高，可达70%〜90%，而土料集流效率一般在30%以下，几中常见集流面材料集流效率大小依次为完整裸露塑料膜、混凝土、水泥瓦、浆砌石、机瓦、塑膜覆砂、塑膜覆土、青瓦、三七灰土夯实、原状土夯实。用化学方法处理土质集流场，可提高集流效率。集流面特性的影响集流面坡度对集水效率的影响。一般较大集流面坡度可减小降雨集流过程中的水层厚度，增加径流速度，缩短汇流时间，因而可提高集流效率，坡度对土质集流面的集流效率影响更大，为提高集流效率，一般建议土质集流场纵坡宜不小于1/10。集流面面积对集水效率的影响。当其它条件相同时，集水区面积越大，尤其是汇流路径越长，入渗以及滞留的水量就会越多，从而使集流效率越低。而且集流面积对吸水性、透水性强的集流面的集水效率影响会更严重。集流面前期含水量对集流效率的影响。集流面前期含水量对有吸水性、透水性的集流面的集流效率亦有影响，集流面在降雨前含水量越高、吸水性越弱，降雨集流效率就高。特别对土质集流影响明显，而对混凝土集流面影响较小。（二） 集流效率的计算方法当能获得每次降水量，平均降水强度和集流面前期含水量时，甘肃省水利科学研究所经过5a的研究，取得研究成果［14］，现仅列出部分计算公式。已知次降水量，平均降水强度以及集水面前期含水量的集水效率计算公式为：(3-1)Eh=1.0-cp-aI-bW-d(3-1)已知次降水量，次平均降水强度的集水效率公式(3-2)Eh=1.0-cp-aI-b(3-2)式中：Eh—各次降水的集水效率，为小数；P一各次降水量（mm）；I一次降水平均强度（mm/mim）；W—集流面前期含水量，为小数；a、b、c、d一待定常数，它们综合反映了集流面材料，坡度、施工质量以及一些随机因素对集水效率的影响，以该种材料集流面的试验观测资料，用最小二乘法拟合即可得到它们的值。各种材料年集流效率可按在不同降雨情况下的试验资料确定。在降水资料不说或缺乏试验资料的地区，可直接建立降水与径流关系，如降雨与径流关系曲线等，也可参考类似地区选用相应集流效率或按表3-1的规定取值。表3-1不同材料集流场在不同降水量及保证率情况下全年集流效率表多年平均降水量（mm）保证率（%）集流效率（%）混凝土塑膜覆砂水泥土水泥瓦机瓦青瓦黄土夯实沥青路面自然土坡400~500508046537550402568875794525744838236779576364169393119656300~400508046527549402668875784146724234216679575344067372917645200~300507841477141342066675753440663428176459573283362302413624二、集流场位置与集流面材料的选择集流场是汇集雨水的场所，其位置应充分利用房顶瓦屋面，庭院、场院、荒山坡地、乡村道路和公路路面等，当现有的集流面面积小，满足不了集水量要求时，可考虑修建人工防渗集流场。人工集流场位置要选在靠近住房和需灌溉的农田，并应尽量利用空闲土地，不占或少占耕地，在人均耕地较多的地方，可采用土地轮休的方法，用塑膜覆盖部分耕地作为集流面，第二年该集流面转为耕地，再选另一块耕地作为集流面。而为灌溉供水的集流场，宜使集流面和拟灌溉地之间有一定高差，以便进行自压灌溉。在有条件的地方，可结合小流域治理，利用荒山荒坡作为集流面，并按设计要求修建截水沟和输水沟，把水引入蓄水设施，或修建谷坊塘坝拦蓄雨洪。集流面的材料有很多种，如混凝土、水泥土片（块）石衬砌、瓦、塑料薄膜、沥青公路路面、天然土坡面夯实以及化学材料等。选用材料时应遵循因地制宜、就地取材、提高集流效率和降低工程造价的原则进行。用以发展庭院经济灌溉和生活用水的集流面工程，应优先考虑瓦屋集流面。但当现有屋面为草泥或铅皮时，因其对健康有害，宜忙乱建为瓦屋面，并优先采用水泥瓦，以提高集流效率；原状土夯实的集流面，其集流效率低，一般在30%以下，因而所需集流面积较大，而且随着年降雨水平的不同，其集水效率亦不同，差别较大。若细心夯实土壤，或对于平坦地面改造成小块有坡度的条形地块，可获得提高集水的效果。修建人工防渗集流面时，若当地砂石料丰富，运输距离较近时，可优先采用混凝土集流面，因其渗适系数小，在较小的雨量和雨强下即能产生径流，集流效率高且比较稳定，而且水质卫生，维护费低，使用期长，但在大面积集水区域使用时工程费用较高。用塑料膜覆盖部分耕地的集流面，其集流效率较高，而塑膜寿命短，采用埋藏式塑膜可延长塑膜寿命，但集流效率较低。用化学方法固结土壤的集流面能获得良好效果，如用钠盐可以使粘土粒转化而形成一个不透水层，涂上沥青或焦油可以填塞地面土壤孔隙，还可以定期重复处理，以维持地面集水的水密性等。总之，集流面材料有多种，其集流效率和费用各有差别，各种集流面材料的选择应进行技术，经济比较后确定。二.集流面的设计与施工（一） 瓦集流面瓦有水泥瓦、机瓦、青瓦等种类，水泥瓦的集流效率高，宜尽量选用。瓦屋集流面的设计施工可按当地建房要求进行，一般水泥瓦屋面坡度比为1/4，瓦与瓦之间应搭接良好。有的斜土坡可模拟屋顶面修建斜土坡铺瓦作为集流面。屋顶集流面可采用接水槽或在屋檐下的地面上修建汇流沟汇流。汇流沟可采用混凝土现浇或预制或块（片）石、砖衬砌的矩形、。形渠，也可采用土渠。汇流沟的纵向坡度应根据地形确定，衬砌渠（沟）一般不宜小于1/300，土渠（沟）不宜小于1/500，断面尺寸应按汇流量确定。瓦屋面集流效率较高，水体较为清洁，并可节约耕地，投资少，易于管理，可长期利用，但其面积较小，一般为100〜200m2。（二） 土质集流面利用土质道路作为集流面的，要进行路面平整并设置向路边排水的横向坡度。利用荒山坡地建造原土翻夯、灰土集流面的厚度应不小于30cm。原土翻夯可按最优含水量分两层夯实，每层铺松土应不大于20cm，夯实后十容重应不小于1.5t/m3。灰土中白灰与土的体积比例宜为3：7。土质集流面的纵坡宜不小于1/10。利用道路、自然坡面或新建专用集流面集流时，均应修汇流沟。土质集流面因地制宜，施工简易，费用低，但其集流效率低，而且集水易受污染，含泥土量大易使储水体淤积。（三）塑料薄膜流面可分为裸露式和埋藏式两种，裸露式塑膜集流面可采用农用地膜或棚膜。埋藏式塑膜集流面宜采用0.1〜0.2mm厚聚氯乙烯或聚氯乙烯塑料薄膜，覆盖材料可采用厚度5cm左右的草泥或中、粗砂。塑料薄膜集流面的土基，要求铲除杂草，整平地面进行适当拍实或夯实，以人踩不落陷为准。塑膜铺设接缝可采用焊接和搭接两种，焊接时两幅膜重叠宽度不宜小于10cm；搭接可采取折叠止水，重叠宽度不得小于30cm。裸露式塑膜的四周及表面适当部位宜用砖块，石块或木条压实。埋藏式塑膜的草泥覆盖层应厚度均匀，抹压密实平整，砂覆盖层应摊铺均匀，塑膜铺设宜避开高温及寒冷天气。塑膜轻便，造价不高，而且易移动，集流效率较高，水质较清洁，但塑膜易老化，而埋藏式塑膜比裸露式塑膜使用年限长，但降低了集流效率。（四）混凝土集流面混凝土集流面宜采用厚度3~4的C15现浇混凝土，集流面横向坡宜采用1/10~1/20，纵向坡度1/50~1/100。混凝土浇筑前应对地基进行洒水翻夯处理，翻夯厚度以30cm为宜，夯实后干容重不小于1.5t/m3,有时也可采用砂砾石作垫层。浇筑分块尺寸为1.5mX1.5m~2.0mX2.0m，两块之间留有伸缩缝宽1.0〜1.5cm，缝间填塞浸油沥青、牛皮纸、油毡、水泥砂浆或红胶泥等，若作为生活饮用水集流面时，不宜用沥青作填缝材料。伸缩缝应做到全部混凝土深度。混凝土工程选用的砂、石、水泥和水的质量应符合有关规范的质量要求。混凝土浇筑时加强捣固，保证密实。混凝土面初凝后，要覆盖麦草，草袋等物洒水养护7d以上。夏天炎热时每天洒水不得少于4次。（五） 水泥土集流面配置水泥土的土料为沙、粉土或粘土以及它们的混合物，水泥土中的泥含量宜8%~12%。水泥土厚度宜为10cm，夯实十容重应不小于1.55t/m3。水泥土施工前土基处理与混凝土集流面相同。水泥土铺设夯实后，再铲刮平整，表面抹一层水泥浆，稍干后即洒水养护14d。（六） 浆砌片（块）石集流面］浆砌片（块）石集流面可采用一层石料平铺。应采用砂浆座浆砌筑和勾缝，不得先干砌再灌缝。砌筑应做到石料安砌平整、稳当，砌缝应用砂浆填充密实。石料砌筑前，应先湿润表面。勾缝应采用平缝。座浆水泥砂浆标号不宜低于M7.5，勾缝砂浆不宜低于M10。（七） 固结