本实用新型是一种用于保护在戈壁地区的太阳能光热场区的正交防排洪结构。
背景技术：
随着太阳能光热技术的不断成熟与积累，以及国家政策扶持，光热发电的示范项目开始兴起。目前大部分示范项目建在光资源条件较好的西部洪积平原的戈壁滩上，光热场区范围广且地形相对较为平整。但光热场区对地质条件要求较高，特别是槽式光热发电系统中的集热管对地基不均匀沉降尤其敏感，如果洪水进入场区易造成支架地基冲刷或下沉，集热管连接处易发生应力集中，造成安全隐患。因此槽式光热场区不允许场外洪水进入，一般采用截洪沟将洪水引至下游，避免洪水进入光热场区。
目前的防洪做法及存在的问题如下。
1、戈壁滩洪水特点：西北地区戈壁滩是在洪水作用下，被冲至较远山麓地带形成大面积的洪积平原。在西北地区7、8月份汛期，洪水具有形成历时短，突发性强，来势凶猛，破坏性大的特点，并且戈壁滩地层较为单一，竖向分布较为稳定，主要由圆砾组成，呈圆和亚圆形，以砾砂、粗、中砂及少量粘性土充填，局部夹有少量的粉细砂，抗冲刷能力弱，在洪水来临时极易造成水土流失。
2、目前防洪措施存在的问题：因光热场区范围较大，每边长度达几公里，当光热场区布置截洪沟后，将改变戈壁滩原有冲沟的泄洪通道，因截洪沟比原有冲沟要低，如果截洪沟不砌护或者只是单纯的布置截洪沟，在暴雨情况下，上游洪水携带泥沙及砂砾沟道会对上游沟壑侵蚀严重，易产生沟头前进、沟床下切和沟岸扩张的现象；同时也造成排洪沟内淤积严重，造成防排洪设施排水不畅，严重影响到光热场区的安全。
技术实现要素：
本实用新型所解决的技术问题即在提供一种戈壁地区太阳能光热场区的正交防排洪结构。
本实用新型所采用的技术手段如下所述。
一种戈壁地区太阳能光热场区的正交防排洪结构，光热场区与上游沟壑方向为正交，在光热场区的上游设置截洪沟，上游沟壑与该截洪沟交接排洪，在上游沟壑内设至少1个石笼谷坊，光热场区的两侧均设置挡水堰；在沟壑的原有冲沟沟底设置碎石垫层，所述石笼谷坊设置在该碎石垫层上，石笼谷坊两侧插入沟壑，所述石笼谷坊和碎石垫层通过复数个桩结构固定于沟壑内，石笼谷坊的下游侧设置消力池，消力池底部设下排水口，石笼谷坊的顶部设上排水口；截洪沟与上游沟壑的交接处设置品字形石笼谷坊或袋装碎石，该品字形石笼谷坊或袋装碎石的顶部与截洪沟顶部齐平，顶部设复数个上排水口；所述挡水堰的上游端与截洪沟交接。
沟壑深度大于截洪沟深度，沟壑与截洪沟交接处底部设回填土层夯实至截洪沟一半高度，回填土顶部设品字形石笼谷坊并与截洪沟顶部齐平。
沟壑深度大于截洪沟深度的1/3时，且沟壑深度大于500mm，沟壑与截洪沟交接处设置品字形石笼谷坊。
沟壑深度小于截洪沟深度的1/3时，且沟壑深度小于500mm，沟壑与截洪沟交接处设置袋装碎石。
所述石笼谷坊的高度高于沟壑原有冲沟沟顶，所述石笼谷坊的顶部从两端向中间倾斜，其为10%的坡度。
当需布置多个石笼谷坊时，上游石笼谷坊的底部高度与相邻的下游石笼谷坊的顶部高度在同一高度。
所述截洪沟的两端分别连接光热场区两侧的原沟壑，截洪沟沟底为分别向两端方向向下倾斜的斜坡。
所述截洪沟的底部采用浆砌石，所述挡水堰的外侧采用浆砌石防护。
所述挡水堰上游端与截洪沟交接，挡水堰下游端比光热场区至少延长10m。
所述石笼谷坊两侧均插入沟壑1m，所述石笼谷坊距离截洪沟10~20m，挡水堰高度比设计洪水位高出500mm，挡水堰坡脚距离光热场区边侧的挡风墙至少1m。
本实用新型所产生的有益效果如下。
本实用新型提出光热场区与沟壑正交时的防排洪结构，该结构较传统截洪沟稳定性高，寿命长，成本低，同时不受水流流速、沟道含泥量、沟道宽度、沟道侵蚀类型等影响，将有效拦蓄冲沟下泄径流和泥沙，使侵蚀冲沟逐渐趋于稳定，最终达到防治侵蚀沟水土流失及顺畅排洪保证场区安全度汛的目的。
其中石笼谷坊主要用于减缓上游沟壑的来水速度，减少冲沟内的水土流失和泥沙向下游的进一步输移，以及减少沟头前进、沟床下切和沟岸扩张；截洪沟主要用于拦截上游沟壑的洪水，并将洪水导排至场区两侧自然沟壑内；挡水堰主要用于防止场区两侧自然沟壑发生迁移，冲击场区挡风墙等基础。
附图说明
图1为本实用新型中光热场区及周边沟壑的分布俯视示意图。
图2为本沟壑A中设置石笼谷坊的纵断面示意图。
图3A为图2中的二级石笼谷坊放大的横断面示意图。
图3B为图2中的二级石笼谷坊放大的纵断面示意图。
图4 A为截洪沟横断面示意图。
图4 B为截洪沟纵断面示意图。
图5为上游沟壑与截洪沟交接面截面示意图。
图6A为宽且深的沟壑A的纵断面示意图。
图6B为宽且浅的沟壑B的纵断面示意图。
图6C为浅且窄的沟壑C的纵断面示意图。
图7为挡水堰截面示意图。
具体实施方式
本实用新型保护一种戈壁地区太阳能光热场区的正交防排洪结构。
如图1所示实施例为光热场区沟壑分布示意图，地势为北高南低。光热场区1的两侧设置有原沟壑，其内水流方向为由北向南，即光热场区1的北面为上游方向，南面为下游方向。光热场区1的方向与来水方向为正交。在光热场区的上游方向有若干沟壑，以图所示的3个沟壑为例，上游方向的沟壑分三种情况，分别如图1、图5所示的沟壑A、沟壑B、沟壑C，其中沟壑A宽且深，沟壑B宽但浅，沟壑C窄且浅。
以同时设置上游石笼谷坊4、截洪沟2和挡水堰3组合的方式保护光热场区1。
光热场区1北面的沟壑A、沟壑B内设置石笼谷坊4，如图1及图2所示，沟壑A、沟壑B内可设置2道石笼谷坊。为便于说明及理解，沟壑A、沟壑B中从上游至下游的方向依次为一级、二级石笼谷坊41、42、43、44。
如图2、图3A及图3B，在沟壑A的原有冲沟沟底设置一层碎石垫层51，二级石笼谷坊42设置在碎石垫层51上，其通过复数木桩或预制混凝土桩固定位置，二级石笼谷坊42的顶部设有下凹的上排水口421。二级石笼谷坊42的高度略高于原有冲沟沟顶。
在该二级石笼谷坊42的下游设置消力池53，用于减少对下游水土冲刷。消力池53底部设置下排水口531。上游流下的水从上排水口421流入消力池53后从下排水口531继续流向下游。
二级石笼谷坊42的顶部从两端向中间倾斜，其为10%的坡度。其通过坡度i=高差h/坡长L来计算，10%的坡度相当于5.5°的角度，即tanα=10%=0.1，α=5.5°。
以上以沟壑A的二级石笼谷坊42为例进行说明，沟壑A的一级石笼谷坊41、沟壑B的一级石笼谷坊43、二级石笼谷坊44的结构是相同的，不再重复说明。
上游一级石笼谷坊41的底部高度与相邻的下游二级石笼谷坊42的顶部高度在同一高度，如图2所示，二级石笼谷坊42上排水口处的水面线为淤平线，该淤平线同样为上游一级石笼谷坊41的碎石垫层51处的水平线。沟道比降不同，相邻谷坊间距不同。
上下游相邻的石笼谷坊，均控制在距离截洪沟10~20m范围内。
实际施工中设置石笼谷坊的步骤如下。
1、在布置石笼谷坊时需要对谷坊基础清基：主要对沟道内的碎石、杂草等杂物进行清理，即在沟道表面向下开挖，其宽度等于沟道底部宽度，即碎石垫层宽度等于沟道底部宽度，清基深度为20-30cm，以使后期填筑的基质与沟道基底接触良好，防止在有渗流时产生分层现象。
2、制作石笼网：可购买现成石笼网，石笼网径不大于150mm，笼径为500mm，在网内装入块石、碎石、卵石等填充物，并用封盖封死，成为石笼谷坊的骨架和主体，因填充物之间有孔隙，透水性提高，且抗冲性和耐久性较好。
3、铺设石笼谷坊：在碎石垫层上打好木桩，木桩顶端穿插在石笼网中，再在碎石基础上横向铺设多层石笼网，各石笼网之间用铁丝捆绑连接。石笼谷坊伸入沟壑两侧1m左右，且顶部向中间排水口位置做10%的坡度。在石笼谷坊中间设置一个排水口用于引导水流排水。
在光热场区的北面平行设置有截洪沟2。截洪沟的排水方向为向东、西两侧同时排水，截洪沟的两端分别连接光热场区两侧的原沟壑。截洪沟的断面尺寸以上游的水量确定。
如图4A及图4B所示，截洪沟2的底部采用浆砌石，其厚度为300mm。截洪沟的沟底为分别向两端方向向下倾斜的斜坡，将沟内的水引导至两侧的原沟壑内，该沟底坡度的设置一方面可以尽快排走沟渠中的汇水，一方面可以减小截洪沟断面及沟深。
如图6A所示的沟壑A，其与截洪沟2的交接处底部采用回填土分层夯实至截洪沟一半高度，保证截洪沟底部结构稳定及其余地方汇水顺利通过该段截洪沟。回填土顶部采用品字形石笼谷坊45布置至截洪沟设计标高，顶部预留复数排水口，品字形石笼谷坊45能够保证沟壑上游水能够顺利排至截洪沟，同时降低汇水流进截洪沟的流速，减少对截洪沟的冲刷。谷坊前淤积至截洪沟沟顶时，也可通过排水口继续排洪。
如图6B所示的沟壑B，其与截洪沟2的交接处底部清基后采用品字形石笼谷坊46布置至截洪沟设计标高，顶部预留排水口，其余做法同与壑A处理方式相同。
如图6C所示的沟壑C，因其尺寸较小，只需在与截洪沟2的交接处铺设柔性袋装碎石即可，保证沟壑前水能够顺利排至截洪沟，其顶部设排水口。
上述石笼谷坊或碎石顶部的排水口，根据实际宽度和排水需求确定数量。
结合图1及图7所示，在光热场区1的两侧，即东、西侧分别设置挡水堰3。挡水堰3的高度比设计洪水位高出500mm，其坡脚距离光热场区1边侧挡风墙至少1m。挡水堰3的外侧（即远离场区侧）采用浆砌石防护。挡水堰3的北端（即上游端）与截洪沟2连接，挡水堰3的南端（即下游端）向下游延伸，至少比光热场区1延长10m左右。
实际施工中设置挡水堰的步骤如下。
1、确定堰高：根据场区两侧沟壑的洪水高度确定设计洪水位，挡水堰高度比设计洪水位高出500mm。
2、基础放样：在场区两侧确定挡水堰位置，一般挡水堰坡脚距离挡风墙1m外。基础的坡度与自然坡度相平。
3、开挖基槽：开挖挡水堰基槽及导水槽，清理表面200mm左右的表层土。
4、填筑堰体：利用基槽开挖土分层夯实至设计标高，场区外侧采用浆砌石防护。挡水堰高度基本与场区自然坡度平行，堰体末端需宽出场区10m左右，以防沟壑迁移。