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
    1．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。
2． 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。
3． 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5α的研究，取得研究成果[14]，现仅列出部分计算公式。
1． 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：
Eh=1.0-cp-aI-bW-d                  (3-1)
2． 已知次降水量，次平均降水强度的集水效率公式
Eh=1.0-cp-aI-b                    （3-2）
式中：Eh—各次降水的集水效率，为小数；
      P—各次降水量（mm）；
      I—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—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（%）
前期工程费
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
400~500
50
80
46
53
75
50
40
25
68
8
75
79
45
25
74
48
38
23
67
7
95
76
36
41
69
39
31
19
65
6
300~400
50
80
46
52
75
49
40
26
68
8
75
78
41
46
72
42
34
21
66
7
95
75
34
40
67
37
29
17
64
5
200~300
50
78
41
47
71
41
34
20
66
6
75
75
34
40
66
34
28
17
64
5
95
73
28
33
62
30
24
13
62
4
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、U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，夯实后干容重应不小于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1.5m×1.5m~2.0m×2.0m，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，夯实干容重应不小于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） 固结剂集流面
用化学方法固结土壤的集流面是用化学材料如用钠盐、粗石蜡、硅有机树脂或防蚀剂、防水剂等处理的集流面，以提高集流效率。例如用钠盐处理集流面，能够促进土壤表面形成壳层，减少降水入渗，增加地表产流，提高集水效率。其处理形式一般有两种：一种是将干盐粒铺在地表或喷洒盐溶液于地表；另一种是在集水面处理的最后阶段，将盐混合（掺合）到土壤中，在国外，80年代以后，集流面偏向用化学方法处理[14]。

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