水土保持工程学教案.doc

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1、水土保持工程学第一章 绪论第一节 水土流失与水土保持一、我国水土流失状况及其危害（同水土保持学）1、水土流失状况2、水土流失危害二、水土保持的成就与作用三、水土保持的原则1、把防止与调节地表径流放在首位；2、提高土壤的抗蚀能力； 3、提高植被的防护作用，营造水土保持林，调节径流，防止侵蚀作用；4、在已遭受侵蚀的土地上防止水土流失，必须注意辅以改良土壤特性、提高土壤肥力的措施，把保持土地与改良土地结合起来；5、采用综合措施防治水上流失。综合措施包括水土保持土地规划、水土保持农业技术措施、水土保持林草措施及水土保持工程措施；6、因地制宜；7、生态经济效益兼优的原则；8、可持续发展的原则。第二节 水

2、土保持工程概述一、概念 水土保持工程是应用工程原理，防治山区、丘陵区、风沙区土壤流失，保持水资源，保护、改良与合理利用水、土资源，并充分发挥水、土资源的经济效益和社会效益，建立良好生态环境的一项重要措施，它对于水的保持和土壤流失地区的生产和建设，整治国土、治理江河，减少水、旱灾害，防止土地退化，维持生态系统平衡，具有重要意义。 二、研究对象和内容1、研究对象 水土保持工程研究的对象是斜坡及沟道中的土壤流失机理。即在水力、风力、重力等外营力作用下，土地资源损失和破坏的过程及其工程防治措施；以及水资源在时间、空间上的合理分配，保护、利用好有限的水资源和土地资源。 2、研究内容（1）山坡防护工程 这

3、类工程主要有：梯田、拦水沟埂、水平沟、水平阶、水簸箕、鱼鳞坑、山坡截流沟、水窖（旱井）、蓄水池以及稳定斜坡下部的挡土墙等。在流域土壤流失治理中，实施简单，投资少，效果好，易于群众接受。 （2）山沟治理工程 这类工程主要有：沟头防护工程、谷坊工程，以拦蓄调节泥沙为主要目的的各种拦沙坝，以拦泥淤地、建设基本农田为目的的淤地坝及沟道护岸工程等。在流域土壤流失治理中，实施技术要求较高，投资较大，在防止和减轻土壤流失中能取到一定的效果。 （3）山洪导排工程 这类工程主要有：排洪沟、导流堤、泄水建筑物等。在流域土壤流失治理中，实施技术要求较高，投资较大，在防止水力对沟道侵蚀、扩大土壤流失中能取到一定的抑制

4、作用。 （4）小型水利工程 这类工程主要有：小水库、塘坝、淤滩造田、引洪漫地、引水上山等。在流域土壤流失治理中，实施技术要求较高，投资较大，在实际应用中往往可以兼有山坡防护工程、山沟治理工程、山洪导排工程的作用，在防止和减轻土壤流失中能取到一定的效果。 三、水土保持工程作用 1、山坡防护工程的作用在于用改变小地形的方法防止和减轻坡地土壤流失，将雨水及融雪水就地拦蓄，使其渗入农地、草地或林地，减少或防止形成坡面径流，增加农作物、牧草以及林木可以利用的土壤水分。同时，将未能就地拦蓄的坡地径流引入小型蓄水工程。在有发生重力侵蚀危险的坡地上，可以修筑排水工程或支挡建筑物防止滑坡。 2、山沟治理工程的作

5、用在于防止沟头前进、沟床下切，减缓沟床纵坡、调节山洪洪峰流量，减少山洪或泥石流的固体物质含量，使山洪安全排泄，对沟口冲积锥不造成灾害。 3、山洪导排工程的作用在于防止山洪或泥石流危害沟口冲积锥上的房屋、工矿企业、道路及农田等具有重大意义及社会意义的防护对象。 4、小型水利工程的作用在于将坡地径流及地下潜流拦蓄起来减少对土壤流失危害，灌溉农田，提高作物产量。 四、水土保持工程学与其他学科的关系1、水土保持学与气象学的关系2、水土保持学与水文学的关系3、水土保持工程学与地貌学的关系4、水土保持工程学与地质学的关系5、水土保持工程学与土壤学的关系6、水土保持工程学与应用力学的关系7、水土保持工程学与

6、土力学、岩石力学、农学及农田水利学关系第三节 水土保持工程发展简史（自学）一、国内发展二、国外发展 流域坡面治理工程一、坡面治理工程规划 1、规划原则区域性的水土保持规划应从小流域开始，在规划小流域综合治理时，应当考虑水土保持工程措施与生物措施、农业耕作措施之间的合理配置的原则。应全面分析坡面工程、沟道工程、山洪导排工程及小型水利工程之间的相互联系，工程与生物相结合，实行沟道、山坡兼治，上、下游治理相配合的原则。应作到“预防为主、全面规划、综合治理、因地制宜、加强管理、注重效益”的原则。 2、规划目标减少土壤流失；恢复地表植被；合理利用土地资源；合理利用水资源；实现经济效益、社会效益、环境效益

7、的协调发展。 3、影响水土保持的因素 气象、水文因素地貌因素 地质因素土壤因素 耕作因素 植被因素 4、规划内容 土地利用规划 根据小流域的自然条件，按当地的社会、经济、环境条件对土地进行合理的分配，即对耕地、林地、城镇、交通、水面等占地进行规划，其中耕地、城镇、交通、人工水面面积在满足社会、经济发展的条件下，应尽可能小，而林地应尽可能的大。 灌溉工程规划 根据耕地灌溉要求来配置的基础设施，规划中应采用节约水资源、节约土地资源、寿命长、管理方便的方法，如山地集水、蓄水、低压管道灌溉的方法。 排水工程规划 根据小流域的地形、地质、河流等自然条件，充分利用原有的排水条件，补充不足的区内排水工程，有

8、效的将区内地表径流和洪水引导至承泄区，以减轻因地表径流和洪水对流域内的土地产生侵蚀。 小型水利工程 根据小流域的自然条件和耕地灌溉要求进行规划，即五小水利工程规划。支挡工程规划根据小流域内的工程地质问题，采取相应的工程措施，防止土壤流失和侵蚀进一步扩大，既挡墙、护坡、谷坊等工程规划。 田间道路工程规划 根据小流域的自然条件和农业生产要求进行规划，一般是小型机耕道和生产道的规划。 二、坡面治理工程设计 （一）斜坡固定工程设计 1、影响斜坡稳定性的因素 地质条件 岩体性质包括岩土体的坚硬程度，抗风化，抗软化能力，抗剪强度，颗粒大小、形状以及透水性能等。岩土体性质不同，可能发生的块体运动的形式也不同

9、。不同的岩土性质，所含矿物成分不同，产生滑坡、崩塌等物理现象不同，岩土体性质还可影响斜坡的状态，有的岩土体可以形成陡峭的斜坡。 水文条件 处于水下的透水斜面坡将承受水的浮托力的作用，而不透水的斜坡，坡面将承受静水压力，地下水也有静水压力和动水压力，水对斜坡的软化作用，尤其是对滑动面的润滑作用，水流还冲刷坡面、切割破脚。振动作用 地震、大规模爆破和机械振动，都可能引起斜坡应力的瞬时变化，从而影响斜的稳定。震对斜坡稳定的影响较大。在地震的作用下，首先使斜坡岩体的构造发生破坏或变化，出现新结构面，或使原结构面张裂、松弛，地下水状态也有较大变化；然后，在地震力的反复振动冲击下，斜坡岩体沿结构面发生位移

10、变形，直至破坏。 斜坡形态 斜坡形态指斜坡的高度、长度、剖面形态、平面形态以及斜坡的临空条件等。均质斜坡度越陡，坡高越大，稳定性越差。结构面倾向和斜坡坡面倾向一致，倾角小于坡脚时，斜坡稳定性与坡脚大小关系不大，而主要取决于坡高。斜坡的临空条件也影响斜坡稳定。平面上呈凹形的斜坡较呈凸形的斜坡稳定。同是凹形斜坡，斜坡等高线曲率半径越小，斜坡越稳定。 植物固定斜坡的作用 植物固定斜坡的作用主要表现在树木根系有利于防止浅层滑坡，此外植物根系固持土体，也有利于防止崩塌、滑塌等块体运动的发生。 2、斜坡稳定性分析方法 斜坡稳定性分析方法可分为自然历史分析法、力学分析法，和工程地质比拟法。在实践中，这三种方

11、法应相互验证，彼此补充，综合分析，才能得出准确结论。自然历史分析法得出定性结论，是其它方法的基础。力学分析方法和工程地质比拟法，为定量和半定量的分析方法，是分析理论的发展方向，但要建立在正确的地质分析基础上。 斜坡稳定计算建立在静力平衡基础上，按不同边界条件去考虑力的组合，核算滑面上推滑力和抗滑力的大小，进行稳定计算。但通常假定沿坡体中某一弧状面滑动。岩质斜坡一般受到多组结构面相互切割，但通常按单一结构面或两组结构面来考虑，先进行结构分析，然后进行计算。 土质斜坡稳定性计算中，为了使滑体重量计算方便，常采用条分法。 条分法图解法用条分法对土坡进行稳定分析计算，工作量很大。为减少工作量，以下介绍

12、洛巴索夫图解法。 洛巴索夫图解法的基本理论是极限平衡原理，即在土坡稳定安全系数Kl的情况下把土坡高度h、土壤容重、凝聚力c、内摩擦角和边坡坡角之间的关系用曲线表示绘于图上，根据已知数接查算需求未知数。（二）斜坡固定工程1、概念 斜坡固定工程是指为防止斜坡岩土体的运动，保证斜坡稳定而布置的工程措施，包括挡墙、抗滑桩、削皮、反压填土、排水工程、护坡工程、滑动带加固工程和植物固坡措施等。 2、类型挡墙 挡墙又称挡土墙，可防止崩塌、小规模滑坡及大规模滑坡缘的再次滑动。档墙的构造有以下几类：重力式、半重力式、倒T型或L型、扶壁式、支垛式、棚架扶壁式和框架式等 。重力式挡墙可以防止滑波和崩塌，适用于坡脚较

13、坚固，允许承载力较大，抗滑稳定较好的情况。根据建筑材料和形式，重力式挡墙又分为片石垛、浆砌石挡墙、混凝土或钢筋混凝土挡墙和空心挡墙（明洞）等。片石垛可就地取材，施工简单，透水性好，适用于滑动面在坡脚以下不深的中小型滑坡，不适用于地震区的滑坡。浅层中小型滑坡的重力式挡墙宜建在滑坡前，若滑动面有几个且滑坡体较薄，可分级支挡抗滑桩 抗滑桩是穿过滑坡体将其固定在滑床的桩柱。使用抗滑桩，土方量小，施工需有配套机械设备，工期短，是广泛采用的一种抗滑措施。根据滑坡体厚度、推力大小、防水要求和施工条件等，选用木桩、钢桩、混凝土桩或钢筋（钢轨）混凝土桩等。木桩可用于浅层小型土质滑坡或对土体临时拦挡，但强度低，抗

14、水性差，所以滑坡防止中常用钢桩和钢筋混凝土桩。 削坡和反压填土 削坡主要用于防止中小规模的土质滑坡和岩质斜坡崩塌。削坡可减缓坡度，减小滑坡体体积，减少下滑力。滑坡可分为滑动部分和抗滑部分，滑动部分一般是滑坡体的后部，它产生下滑力；抗滑部即滑坡前端的支撑部分，它产生抗滑阻力。所以削坡的对象是滑动部分，当高而陡的岩质斜坡受节理缝隙切割，比较破碎，有可能崩塌坠石时，可剥除危岩，削缓坡顶部。 反压填土是在滑坡体前面的抗滑部分堆土加载，以增加抗滑力。填土可筑成抗滑土堤，土要分层夯实，外露坡面应干砌片石或种植草皮，堤内侧要修渗沟，土堤和老土间修隔渗层，填土时不能堵住原来的地下水出口，要先做好地下水引排工程

15、。排水工程 排水工程可减免地表水和地下水对坡体稳定的不利影响，一方面能提高现有条件下坡体的稳定性，另一方面允许坡度增加而不降低坡体稳定性。排水工程包括排除地表水工程和排除地下水工程。地表水排除工程 地表水排出工程的作用：一是拦截地表水，二是防止地表水大量渗入，并尽快汇集排走。它包括防渗工程和排水沟工程。 地下水排出工程 地下水排除工程的作用是排除和截断渗透水。它包括渗沟、明暗沟、排水孔、排水洞和截水墙等。护坡工程 为防止崩塌，可在坡面修筑护坡工程进行加固，这比削坡节省投工，速度快。常见的护坡工程有：干砌片石和混凝土砌块护坡、浆砌片石和混凝土护坡、格状框条护坡、喷浆和混凝土护坡、锚固法护坡等。

16、滑动带加固措施 防治沿软弱夹层的滑坡，加固滑动带是一项有效措施。即采用机械的或物理化学的方法，提高滑动带强度，防止软弱加层进一步恶化，加固方法有普通灌浆法、化学灌浆法和石灰加固法等。土工网植物固坡工程 坡面铺土工网后，种植植物能防止径流对坡面的冲刷，减小径流速度，增加入渗，在坡度不大50的坡上，能在一定程度上防止崩塌和小规模滑坡。植物根系可增加对控制坡面面蚀、细沟状侵蚀、浅层块体运动及岩土体抗剪强度，增加斜坡稳定性，减缓地表径流，减轻地表侵蚀，保护坡脚。 坡面生物工程综合措施，即在布置的拦挡工程的坡面或工程措施间隙种植植被，例如，在挡土石墙、石笼墙、铁丝链墙、格栅和格式护墙上加上植物措施，可以

17、增加这些挡墙的强度。 落石防护工程 悬崖和陡坡上的危石对坡下的交通设施、房屋建筑及人身安全生产会有很大威胁，而落石预测很困难，所以要及早进行防护。常用的落石防治工程有：防落石棚、挡墙加拦石栅、囊式栅、利用树木的石网和金属网覆盖等。 （三）山坡截流沟 1、概念 山坡截流沟是在斜坡上每隔一定距离，在平行等高线或近平行等高线修筑的水沟。 、截流沟的作用 山坡截流沟能截断坡长，阻截径流，减免径流冲刷，将分散的坡面径流集中起来，输送到蓄水工程里或直接输送到农田、草地或林地；山坡截流沟与等高耕作、梯田、涝池、沟头防护以及引洪漫地等措施相配合，对保护其下部的农田、防止沟头前进，防治滑坡，维护村庄和公路、铁路

18、的安全有重要作用。 3、截流沟的布置 一般情况下坡地均可修截流沟。截流沟与纵向布置的排水沟相连，把径流排走。截流沟在坡面上均匀布置，间距随坡度增大而减小（见下表）。实地勘查定线时，要查明蓄水工程的位置和容积、坡面地形、植被等特点，收集降雨资料，先大致确定截流沟的线路，要能将集水区的最大暴雨径流全部输导至蓄水工程。 为防止滑坡，在滑坡可能发生的边界以外5m处可设置一条截流沟，若坡面面积大，径流量大，则设置多条。如果有公路或多级削坡平台马道，则应充分利用其内侧设置截水沟。沟道、道路或凹地，雨季常发生集中的暴雨径流，可在适当地点修土石坝或柳桩坝等水建筑物，再挖截流沟截引山洪。 4、截流沟断面的设计

19、（四）沟头防护工程1、蓄水式沟头防护工程 沿沟边修筑一道或数道水平半圆环形沟埂，拦蓄上游坡面径流，防止径流排入沟道。沟的长度、高度和蓄水容量按设计来水量而定。 2、泄水式沟头防护工程 （五）梯田 1、概念 在坡地上沿等高线修成台阶式或坡式断面的田地。 2、梯田的作用 坡地修成水平梯田和水平埝地后，能够很好地拦截天然降水，一般可以拦蓄70一95的径流 ；标准高，质量好的梯田可以拦蓄全部土壤流失量，并且能够持续多年发挥作用，效益显著 ；增加了土壤的蓄水供水能力，比坡耕地的墒情显著提高 ；修建梯田，对培肥土壤，提高土质生产力，提高粮食、经济作物产量，具有明显的效果； 一般坡地修成梯田后，可增加耕地面

20、积。 3、梯田的分类按断面形式分：可分为水平梯田、坡式梯田、反坡梯田、隔坡梯田和波浪式梯田等几种类型；按田坎建筑材料分：可分为土坎梯田、石坎梯田、植物田坎梯田 ；按利用方向分：有农用梯田、果园梯田和林木梯田等 ；按施工方法分：有人工梯田和机修梯田。4、梯田设计的注意事项一般以道路、渠道为骨干划分耕作区，每个耕作区面积，一般以50一100亩为宜 ；地块的平面形状，应基本上顺等高线呈长条形、带状布置； 地块布置必须注意“大弯就势，小弯取直”，不强求一律顺等高线，以免把田面的纵向修成连续的“s”形，不利于机械耕作； 田面应保留13001500的比降，以利自流灌溉； 地块长度一般是150200m，如地

21、形限制，地块长度最好不要小于l00m。 5、梯田设计基本要求要适应机耕和灌溉要求； 要保证安全与稳定； 要挖填土方平衡6、梯田的规划 7、梯田的断面设计 设计参数 一般根据土质和地面坡度先选定田坎高和侧坡(指田坎边坡)，然后计算田面宽度，也可根据地面坡度、机耕和灌溉需要先定田面宽，然后计算田埂高 。梯田的需功量埂坎外坡的设计 梯田埂坎坡度()；土方量计算： 方格网法 、多点平均法 、纵断面法 坡面集水保水工程一、水资源分布状况二、集水技术和径流农业1、集水技术 在干旱地区，充分利用降水资源为农业生产和人畜生活用水服务的一种技术措施。2、径流农业充分利用现有的降水资源和径流资源把集水技术与农业生

22、产相结合的农业生产技术的总称。三、雨水径流集蓄灌溉工程 1、概念 是导引、收集雨水径流，并把它储存起来，作为一种有效水资源而予以灌溉利用的工程技术措施。2、雨水径流集蓄灌溉工程的组成 及作用集水工程 作用：建立集水区，应用工程技术措施处理集水面，以减少渗漏，提高集水效率，尽量聚集天然降雨，充分发挥降雨作为一种有效的灌溉补充水源和人畜饮用供水水源的作用，为旱区农业持续发展提供保证。 位置的选择：应尽量靠近并稍高于蓄水设施位置，或与蓄水设施组合形成为一个整体；有条件和可能时，应选择撩荒地和道路为集水区；集水区下垫面土质应密实，透水性能低；集水面处理工程量小，投资少。 蓄水工程蓄存由集水区导引聚集的

23、雨水径流水量，以备灌溉利用的工程技术设施。通常由引水渠沟或管道、入水口、拦污栅、沉沙槽、蓄水设施以及放水装置等部分组成。 灌溉工程 、自压放水方式 、人力提水取水方式 、机械提水取水方式 3、雨水径流集蓄灌溉工程类型（1）田面集蓄灌溉工程类 （2）坡面集蓄灌溉工程类 （3）路面集蓄灌溉工程类 （4）屋面庭院集蓄灌溉工程类 水窖一、水窖的定义与功能1、定义 修建于地面以下具有一定容积的蓄水建筑物。2、功能 拦蓄雨水和地表径流； 提供人畜饮水和旱地灌溉水源； 减轻水土流失。二、水窖的类型 1、井窖2、窑窖（1）位置的选择 选择有利于挖掘窑洞的地形，如台地崖坎陡坡等。窑顶经处理应可用作集水面。同时，

24、尽量把水窑窖修建在耕地高处，以实现自流灌溉或便于灌溉利用； 靠近沥青路边场边等，以扩大集水面； 避免靠近悬崖沟头沟边和陷穴等地，也不应选择砂砾层裂隙以及树根较多的地方，以防止窑窖坍塌或有裂隙渗漏。窑址的土质要坚实均匀。 （2）养护与管理 3、水窑三、水窖的规划与设计1、水窑的规划原则 （1）在有水源保证的地方，修建水窖用以调节用水量； （2）在无水源保证的地方，其调蓄能力一般应满足当地34个月供水。 2、水窑的设计 （1）设计原则 （2）设计所需资料 （3）工程布置原则 （4）水源工程四、水窖总容积的确定 涝池一、涝池的定义与功能1、定义 涝池又叫蓄水池或堰塘，可用以拦蓄地表径流，防止水土流失

25、，也是山区抗旱和满足人蓄用水的一种有效措施。2、功能拦蓄地表径流，减轻水土流失；充分和合理利用自然降水或泉水，提供人畜饮水和旱地灌溉水源。二、涝池位置的选择有足够的来水量；涝池池底稍高于被灌溉的农田地面，以便自流灌溉；不能离沟头、沟边太近，以防渗水引起坍塌。三、涝池的类型1、圆形池2、矩形池四、涝池的布置形式1、平地涝池2、结合沟头防护3、开挖小渠将地下水引入涝池4、结合山地灌溉，开挖涝池5、连环涝池五、涝池容积计算 涝池蓄水量加上超高的容积即为涝池总容量。由总容量及池的形状可以定出池的具体尺寸。总容量计算方法按照相应的几何形状体积去求算。六、涝他的养护和利用 山边沟渠工程一、定义与功能1、山

26、边沟渠工程：为防止坡面水土流失而修建的截排水设施。2、功能 拦蓄坡面径流，引水灌溉； 排除多余来水，防止冲刷； 减少泥沙下泻，保护坡角农田；巩固和保护治坡成果。二、山边沟渠工程类型1、截水沟2、排水沟3、蓄水沟4、引水渠5、灌溉渠三、山边沟渠工程规划与设计1、规划原则、2、设计 暴雨径流设计 设计标准 (按10年一遇24h最大降雨量设计) 坡面径流量、洪峰流量与土壤侵蚀量的确定：用一次暴雨径流模数、设计频率暴雨坡面最大径流量和年均 土壤侵蚀模数表示。 截水沟的容积 V=Vw+Vs式中：V截水沟容量，m3； Vw一次暴雨径流量，m3； Vs13年土壤侵蚀量，m3 。 截水沟断面面积： A1=V/

27、L截水沟断面设计：按明渠均匀流计算。五、鱼鳞坑、水平沟、水平阶1、鱼鳞坑 鱼鳞坑是拦蓄径流泥沙、陡坡造林的水土保持工程，其形状多为曲线形， 2、水平沟水平沟一般用于治理荒坡的造林整地。它可拦蓄一定的径流泥沙。水平沟设计任务主要是确定断面大小、控方量及间距。 谷坊一、概念及作用 1、概念 谷坊是山区沟道内为防止沟床冲刷及泥沙灾害而修筑的横向挡拦建筑物，又名防冲坝、沙土坝、闸山沟等。 2、作用固定与抬高侵蚀墓准面，防止沟床下切； 抬高沟床，稳定山坡坡脚，防止沟岸扩张及滑坡； 减缓沟道纵坡，减小山洪流速，减轻山洪或泥石流灾害；使沟道逐渐淤平，形成坝阶地，为发展农林业生产创造条件。二、谷坊的分类 1、

28、根据使用年限不同，可分为永久性谷坊和临时性谷坊； 2、按谷坊的透水性质，又可分为透水性谷坊和不透水性谷坊。三、谷坊位置的选择 1、谷口狭窄； 2、沟床基岩外露；3、上游有宽阔平坦的贮砂空间；4、在有支流汇合的情形下，应在汇合点的下游建造谷坊；5、谷坊不应设置在天然跌水附近的上下游，但可设在有崩塌危险的山脚下。四、谷坊工程的种类及适用条件 谷坊按建造材料分，常见的有土谷坊、石谷坊、生物谷坊等种类，其结构构造及适用条件如下：（一）土谷坊(二)石谷坊(三)柳谷坊五、谷坊设计 设计任务主要是确定谷坊布设位置、谷坊坝高度、谷坊数量和溢流口尺寸。(一)谷坊布设位置确定 谷坊布设原则是“顶底相照”、小多成群

29、、工程量小、拦蓄效益大。通常选择沟道直段布设，避免拐弯处布设。在有跌坎的沟道，应在跌坎上方布设，在沟床断面变化时，应选择较窄处布设。(二)谷坊高度确定 一般谷坊最高高度在5 m以下，常见者为1.5 3 m，设计时可参照下面数据： 干砌石谷坊：1.5 m左右； 浆砌石谷坊：3.5 m左右； 土谷坊：35mm左右； 柳谷坊：1.0 m左右。(三)谷坊座数和间距确定 1、沟道底坡均匀一致，来水量大致相同时的沟道，一般谷坊淤满后形成川台地，此时谷授的间距L与谷坊高h可按下式确定； 2、沟道底坡不均匀，有台阶或跌坎时，应根据台阶跌坎段间地形高差确定谷坊座数及高度，方法与上相同。3、比降较大的沟道，为减少

30、谷坊座数，可允许两谷坊淤积后有一定坡度(比降) ic，此时谷坊间距L可按下式确定： (四)谷坊溢流口尺寸确定 1、矩形缺口 （可按宽顶堰公式计算） 2、梯形缺口 拦砂坝一、概念及作用 1、概念 以拦蓄山洪泥石流沟道中固体物质为主要目的的挡拦建筑物。 2、作用拦蓄泥沙(包括块石)，以免除泥沙对下游的危害，便于下游河道的整治； 二、坝址选择1、小流域沟道内的泥沙形成区，沟道断面狭窄处；2、泥沙形成区与流过区交接段的狭窄处；3、荒溪泥沙流过区开阔段下游狭窄处；4、荒溪泥沙流过区与支沟汇合处下游的狭窄处；5、泥沙流过区与沉积区连接段的狭窄处。三、拦砂坝类型及适用条件1、浆砌石重力坝2、堆石坝和干砌石坝

31、3、土坝4、格构坝(格栅坝)四、拦砂坝库容及坝高确定确定拦砂坝坝高应考虑以下因素：1、拦沙效益2、工程量和工期3、坝下消能设施4、要充分考虑坝址处的地质条件与地形条件(一)泥石流淤积特点(二)库容及坝高确定1、用于拦挡沟谷泥石流的拦砂坝2、用于稳定滑坡的拦砂坝(1)当滑坡轴线与拦砂坝轴线近于正交时，此时坝高可根据下述两个条件确定： 坝内淤积物所产生的抗滑力应大于或等于滑坡体下滑时的剩余下滑力。 坝内淤积物不被滑坡推力所剪破，即被动土压力要大于或等于剩余下滑力。 ( 2)当滑坡轴线与坝轴线平行时上述两种情况，在考虑淤积比降特征后，可按下式计算坝的总高H总：式中：L坝距滑坡的平均距离(m) i沟道

32、比降() ic 淤积后比降 h 滑动面剪出口以上淤积物厚度(m) hc 滑坡剪出口距沟底高度的平均值3、用于淤地造平原的拦砂坝 (三)坝体抗滑稳定计算坝的稳定与应力计算 坝体是否滑动，主要取决于坝体本身重量压在地面上所产生的摩擦力大小。如果摩擦力大于水平推力，则坝不会滑动。当坝体属于平面滑动时，坝的抗滑稳定计算公式：式中： Ks抗滑稳定安全系数，要求K s1.01.05； N坝体垂直力的总和，向下为正，向上为负； P坝体水平作用力的总和，向下游为正，向 上游为负； f坝体与基础的摩擦系数。六、坝基强度计算式中： 大小坝基最大正应力和最小正应力 G坝基上所有垂直力之和； B坝基宽度； e偏心距。

33、计算结果应满足下述要求：七、坝顶溢流孔尺寸确定式中： Qc泥石流流量(m3s)； qc泥石流单宽流量(m3sm).1、计算溢流口宽度2、计算山洪的流速高含沙山洪的流速：3、计算溢流口高度 hh0+h，h为超高，一般采用0.51.0m 。4、坝下消能与冲刷深度计算子坝(副坝)消能在沟内修成坝系的情况下，只要保证下一座坝的回淤线高于上一座坝的基础顶面，使可达到防冲要求。护坦消能这种消能措施仅适用于小型沟道。坝下游冲剧深度计算式中： T从坝下原沟床面起算的最大冲刷深度(m)； q单宽流量(m3sm)； dm坝下沟床的标准粒径(mm)，一般可用泥石流固体物质的d90代替。以重量计，有90的颗粒粒径比d

34、90小； ht坝下沟床水深(m)； z上下游水位差。 Schoklitsch 经验公式： 淤地坝第一节 概述一、概念及组成 （一）、概念 淤地坝系指在沟道里为了拦泥、淤地所建的坝，坝内所淤成的土地称为坝地。淤地坝可以有效控制泥沙的运移，是土壤流失地区沟道治理的一项行之有效的水土保持工程措施。 建坝的方法有：夯碾坝、水冲填土法筑坝、定向爆破的水力冲填坝等。 （二）、组成及作用 淤地坝枢纽工程一般由“三大件”组成，即大坝(土坝)、溢洪道和放水洞三大件。1、大坝 大坝是枢纽工程的主体工程，主要作用是拦洪淤地，一般非长期用于蓄水，当拦泥淤成坝地后，即投入生产种植，不再起蓄水调洪作用。2、溢洪道 溢洪道

35、主要作用是排洪，保证大坝及坝地生产安全。3、放水洞 放水洞又叫清水洞，主要作用是排除坝地中积水(防止作物受淹和坝地盐碱化)，在蓄水期间为下游供水(灌溉等)。（三）淤地坝枢纽工程组成方案选择1、三种组成方案的特点（1）三大件方案 这种方案其防洪安全处理洪水，是以排为主，工程建成后运用较安全，上游淹没损失也少，但溢洪道工程量大，工程投资、维修费较高。（2）两大件方案 这种方案其防洪安全处理洪水，是以滞蓄为主，高坝大库容，土坝工程量大，上游淹没损失多，但无溢洪道，石方工程量小，工程总投资可能小。( 3)一大件方案 这种方案处理洪水全拦全蓄，安全性差，仅适用于小型荒沟或微型集水面积且无常流水的沟头防护

36、上。2、组成方案选择 三大件方案适用于筑坝土料含粘粒量大、施工困难，土方造价高，流域面积大(10KM2)，洪流模数大，以排为主的情况。两大件方案适用于筑坝土料透水性大，土坝施工用水坠法，造价低，流域面积小，洪流模数小，以滞蓄为主的情况。二、淤地坝分级及设计标准三、淤地坝的分类 及作用（一）、分类1、按筑坝材料可分为土坝、石坝、土石混合坝等；2、按坝的用途可分为缓洪骨干坝、拦泥生产坝等；3、按建筑材料和施工方法可分为夯碾坝、水力冲填坝、定向爆破坝、堆石坝、干砌石坝、浆砌石坝等。 （二）、作用1、稳定和抬高侵蚀基面，防止沟底下切和沟岸坍塌，控制沟头前进和沟壁扩张； 2、蓄洪、拦泥、削峰，减轻下游洪

37、沙灾害； 3、落淤、造地，变荒沟为良田，可为山区农林牧业发展创造有利条件。第二节 淤地坝工程规划一、坝址选择(一)地形方面(二)地质方面(三)筑坝材料方面(四)施工方面二、枢纽工程布设(一)土坝布设 土坝轴线要短，大致与沟道水流方向垂直.(二)溢洪道布设 溢洪道轴线力争短而顺直，进口在坝端10m以外，出口距下游坝脚20一50m以外，转弯半径大于水面宽度的5倍以上。(三)放水洞布设 放水洞在布设时，卧管轴线与输水洞轴线应垂直或成钝角，输水洞轴线与坝轴线也应垂直，以减少洞长。三、坝高、库容及淤地面积确定(一)坝高与库容、淤地面积的关系 可用两种方式表示如下:1、用特性曲线表示2、用概化数学方程表示

38、(二)淤地坝高与库容确定1、拦泥库容V拦及拦泥坝高h拦确定2、滞洪库容V滞及滞洪坝高h滞确定 滞洪库容是淤地坝库最高设计洪水位与设计拦泥面高程之间的调洪库容。3、安全加高h确定 安全加高是考虑坝库蓄水后水面风浪冲击，蓄水意外增大使库水位升高和坝体沉陷等，附加的一部分坝高。四、坝库调洪计算(一)调洪计算目的任务(二)调洪计算方法 简化三角形法假定：设计洪水来水过程线形状为三角形(简化为三角形)；洪水来临前坝库中水位(或淤地面)与溢洪道堰顶齐平，过堰泄洪流量过程线近似为直线。调洪计算示例 已知一小流域沟道，坝址以上流域集水面积为5 KM2 ，拟建一三大件枢纽工程，流域侵蚀模数K18000tKM2，

39、经测量计算，求得坝高与库容、淤地面积关系曲线如下图所示，试确定 、拦泥坝高 、设沟道为旱沟时的滞洪坝高 、设沟道为常流水时滞洪坝高第三节 土坝设计一、土坝分类及坝型选择(一)土坝分类1、按施工方法分2、按土坝构筑结构组成材料分（二）、土坝坝型选择1、均质土坝2、非均质坝3、心墙、斜墙、铺盖、混合坝二、筑坝土料选择(一)土料特性试验测定(二)碾压坝筑坝土料选择(三)水坠坝筑坝土料选择三、土坝断面结构构造及尺寸拟定四、土坝稳定分析计算(一)稳定分析计算的目的(二)土坝滑坡因素及滑坡形态 (三)上坝稳定性计算方法五、土坝分期加高设计问题(一)分期加高设计的依据和设计方法(二)分期加高设计与“三大件”

40、设计方案1、土坝加高方案及设计要求2、加高坝时溢洪道设计要求3、加高坝时放水洞设计要求第四节 溢洪道设计 溢洪道设计，包括位置选择、形式选择、水力计算和结构设计等。一、位置选择：工程量小、地质良好、溢洪安全、水力条件好二、布置形式选择(一)明渠式(二)堰流式三、水力计算(一)明渠式溢洪道(二)堰流陡坡式溢洪道1、溢流堰尺寸计算2、陡坡段尺寸计算四、结构构造尺寸(一)进口段1、引水渠2、渐变段3、溢流堰(二)陡坡段(三)出口段 包括消力池、渐变段和尾水渠三部分，渐变段与进口渐变段相同，尾水渠即一般明渠。第五节 放水工程设计、放水工程的组成形式及作用（一）组成形式 放水工程由进口取水工程、输水工程

41、和出口消能工程组成。1、卧管2、竖 井3、卧管涵洞及输水涵洞4、输水涵洞出口段 (二) 作 用二、工程布设1、卧管、输水涵洞，应选择地质条件良好的坚实土基或岩基上；2、卧管位置纵向坡度以1：21：3为宜；3、输水涵洞通常埋于坝基，涵洞轴线与坝轴线相垂直，与卧管轴线呈90或为钝角；4、涵洞进口高程应根据地形、地基、库内泥沙淤积、灌溉要求、施工导流等因素确定；5、涵洞出口消能工应布设在土坝下游坝坡坡脚以外不能设在坝体内。三、水力计算（一）卧管 1、进水孔尺寸计算2、卧管涵洞尺寸计算(二)消力池（方形）(三)竖井1、放水孔尺寸2、消力井尺寸 小型水库第一节 概述一、概念及库址选择 1、概念 水库由挡

42、水坝、溢洪道、放水建筑物三部分组成 ，称为水库“三大件”。 按国家规定标准，小型水库，库容在1001000万m3，小型水库，库容在10100万m3 。 2、库址选择 地形要肚大口小。肚大是指库址内地形宽广，河流或沟道纵坡平缓，能多蓄水，效益大；口小是指坝短，工程经济，同时应便于布置溢洪道和放水洞。有适宜的集水面积。集水面积过小，则水源不足；过大则洪峰高，洪量大，需要开挖很大的溢洪道。因此集水面积必须和蓄水库容相适应。坝址和坝址地质良好，基础稳固，无下陷情况。库底和山坡不漏水，如有裂缝，要能够修补。坝址靠近灌区且比灌区高。这样可以自流灌溉。坝址附近要有足够的和适用的建筑材料。坝址附近要有适宜开挖溢洪道的山垭。最理想的距坝不远的马鞍形岩石山垭，也可以选在比较平缓的山坡上。淹没损失要小。 二、地质调查 第二节 水库的特征曲线和特征水位一、水库的特征曲线1、概念 水库建成后，随着水库水位(高程)不同，水库的水面面积也不同，这个水位与面积的关系曲线简称为水库面积曲线。2、绘制二、水库的特征水位1、最低水位（死水位） 2、兴利水位 3、防洪限制水位 4、设计洪水位 5、校核洪水位 三、死库容和死水位的确定 1、死水位应保证水库自流灌溉 2、库容应满足泥沙淤积的要求 以灌溉为