[发明专利]一种湿陷性黄土地区雨洪集蓄梯级人工湖系统和设计方法

摘要

本发明涉及一种湿陷性黄土地区雨洪集蓄梯级人工湖系统和设计方法，包括：进口调节沉沙池，所述进口调节沉沙池与至少两个以上具有防湿陷层和防渗层的人工湖泊连接，所述各人工湖泊依次按高度排列形成阶梯并连接，最低水位的湖泊还设有退水子系统。针对湿陷性黄土这一十分特殊的地质条件，本发明在使用现代防渗、防漏措施的同时，在储存系统的整体结构上采用的阶梯人工湖的方式，控制单个人工湖的体积，使湿陷性黄土有限的承载能力，承载更大的储水量。在蓄水防洪的同时，利用人工湖培育水生植物和陆生植物，形成人工滩地和湿地，并利用水流落差建造人工水景观，在改善环境的同时为人们提供观赏游览的场所。

主权项

1.一种湿陷性黄土地区雨洪集蓄梯级人工湖系统的设计方法，所述的系统包括：进口调节沉沙池，所述进口调节沉沙池与至少两个以上具有防湿陷层和防渗层的人工湖泊连接，所述各人工湖泊依次按竖向高度排列形成阶梯并连接，最低水位的湖泊还设有退水子系统；进口调节沉沙池上游设有分流控制子系统，所述的分流控制子系统包括：控制涵闸和涵闸自动控制分系统，所述的控制涵闸上游与城市雨水集水管网连接，所述的控制涵闸下游分岔为与退水子系统连接和与进口调节沉沙池连接；所述的人工湖泊包括：深水区、浅水区、缓坡区、滩地区；所述防湿陷层包括：人工翻夯层和10％水泥土层或三七灰土层，压实系数大于等于0.95，地基处理深度大于等于80cm；所述的防渗层包括：复合土工膜和上垫层，所述的上垫层为30～50cm厚的压实素土；所述的复合土工膜为：大于等于700g/m2两布一膜复合土工膜，膜材厚度大于0.3mm；所述的人工湖系统还设有循环子系统，所述的循环子系统是：最高水位的上游湖泊与最低水位的下游湖泊之间通过管道连接循环泵站；所述的退水子系统包括：溢流堰、泄洪闸和消力池；其特征在于，所述的设计方法步骤如下：一、人工湖系统规模确定：(1)集雨效率和集雨径流量：根据上游集雨场区地势分布以及雨水管网分区布置条件、不同材料集流面在不同年降雨量地区的年集流效率，采用各集雨分区集雨面积加权平均法确定整个集雨场的集流效率；设计年频率条件下的各集雨分区可集蓄径流量计算如下：W＝F×φ×Pp式中：W——集雨面年可集蓄径流量，单位m3；F——集雨面积，单位m2；φ——集流效率；Pp——降雨频率为p的年降雨量，单位m；(2)设计洪峰流量及洪量：在湿陷性黄土地区用于雨洪集蓄的梯级人工湖系统各集雨分区均属小流域，分别采用地区经验公式法、推理公式法和地区暴雨强度公式法计算设计洪水，再通过综合比较分析论证，确定设计洪水计算方法和计算成果；(3)集蓄雨水资源利用方案：集蓄水资源配置原则：在满足生活用水、生态需水的前提下安排生产用水；生产用水中，优先考虑农业用水，保证粮食安全；多余水量可进行工业用水与商业用水配置；人工湖系统兴利计算原则：雨水集蓄利用、水土保持是人工湖系统建设的两大主要目标；人工湖系统防洪调蓄原则：人工湖系统雨洪水集蓄为年调节，兴利调节计算选取中等枯水年；集蓄雨水资源利用方案每年提供一定数量的灌溉水资源；兴利调节计算：根据工程区域水文气象条件，以及水资源利用条件，兴利调节计算选取中等枯水年工况进行年内调节计算；人工湖泊的湖面蒸发损失按当月水面积乘以水面蒸发水深计算；渗漏损失按月末湖体水量的0.5％～10％计算；二、梯级数量的选择：梯级数量的确定取决于进水系统设计洪峰流量、梯级人工湖泊的水系调洪库容和退水子系统设计下泄流量，计算方法如下：第1级：第2级：…….第n级：式中，Qp为设计频率p所对应的入库洪峰流量；Wp为设计频率p所对应的入库洪量；Vn为第n梯级人工湖泊的调洪库容；qn,p为设计频率p所对应的第n梯级人工湖泊的下泄流量；通过上述计算过程，结合各级人工湖泊的库容曲线和最高洪水位的设计，以进水系统设计洪峰流量Qp通过反复迭代计算推求满足退水系统设计下泄流量的最优梯级数量及各梯级库容，下泄流量的设定需满足下游河道及建筑物的设计要求；三、人工湖泊的湖体结构布置：按照湿陷性黄土地区人工湖泊的水深和功能的不同，分为深水区、浅水区、缓坡区和滩地区四大类型，各区均需进行防湿陷性处理和防渗处理，所述各区具体分布如下：深水区：主要功能是形成蓄水库容，是构造人工湖泊湖区的主要湖体，除满足护坡护砌结构要求条件外，还应考虑湖体防渗层结构的稳定布置，布置在人工湖泊的湖底深水平底区域；浅水区：浅水区除满足护坡护砌结构要求条件外，更多地应考虑充分利用浅水植物、湿生植物、浅水型大缓坡构造生态型水景观空间，布置在人工湖泊的湖区正常蓄水位以下的浅水区域，设计正常水深0.1～0.7m；缓坡区：设计开挖边坡尽量缓，但需要考虑占地面积问题，布置在浅水区以上的缓坡区，坡度取为1:3.0～1:5.0；滩地区：底坡皆设计砂砾石滤层，设计坡度为1:5.0～1:10.0。