水土保持专业案例考前培训-工程技术措施.ppt

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1、考 前 培 训,中国水土保持学会 2010年7月,注册土木工程师（水利水电工程） 水土保持执业资格专业考试,说明:,1、本次讲课并不是考试合格的充分条件, 2、考试通过需要理解教材中内容，并且相对熟练掌握（看大纲）； 3 、讲课顺序：为便记忆 ，按课本顺序讲,第五章 水土保持生态建设工程设计,第二节 工程措施设计 一、梯田工程设计 概念及关注点:梯田规划是小流域综合治理规划的组成部分；实际工作中梯田布置应考虑其它措施以保护梯田安全(主要是排水措施); 梯田设计标准：一般采人用10年一遇36小时最大降雨，在干旱、半干旱或其它少雨地区，可采用20年一遇36小时最大降雨。（本身为题点）,南、北方在相

2、同地面坡度情况下，田面净宽B、田坎高度H、田坎坡度取值不同表5-2-1。（注意适用条件） 教材中P125倒2行至P126正1行与国标有冲突，应与国标为准,例题二 题干：黄土高原地区某行政村附近有坡降为17%，坡长为100m(干扰项)的一块坡耕地，现欲将该坡耕地改造为水平梯田。,1、 如果要满足机械耕作要求，下列断面尺寸最合理的是。,2、假定设计田面净宽为2m，田坎坡度为73，则新修梯田田坎高度最接近_m。 。 3、假定设计田坎坡度为75，田坎高2.5m，则每公顷土方运移量为最接近是多少? 。,南方某地拟在一坡度为19、坡面长120m地块修水平梯 田，田坎高度为2.3m，则最适宜的人工保留表土方

3、法为？,例题四： 当坡面平顺，挖填方量相等，田坎高度为3.5m时，则修成0.8hm2梯田的挖填方总量最接近？,例题五： 华北某土石山区修建石坎梯田，原地面坡度为13，修筑前坡面土层厚度为70cm，修平后挖方处后缘保留的土层厚度为25cm，则修成后田面净宽最接近多少？,例题六： 黄土高原某地区，拟修建水平梯田。现某村庄附近有坡降为16%，坡长为150m的一块坡耕地，欲改造为水平梯田。 1 假定田坎高度3m，可修多少台梯田。,二、淤地坝设计 （一）概念及关注点 1、淤地坝等级划分及设计标准（表5-2-4），按库容分小型、中型、骨干坝 2、坝系工程布设 1）布设原则 全面规划，统筹安排，利用水沙，淤

4、地灌溉； 大中小联合运用，充分发挥整体功能 骨干坝一次设计，分期加高，经济合理 2）合理性判断 建坝密度：坝地面积/流域面积=1/101/20； 建坝顺序（开发顺序）：汇流面积小于1km2；先下后上，其它先上后 下；根据地形地质条件先建控制性工程。实际工作中依具体情况调整,3、坝系工程布设方式 骨干坝控制,水沙资源综合利用 分批建坝,分期加高,蓄种相间 一次成坝,先淤后排,逐坝利用 坝体持续加高,增大库容,全拦全蓄 上坝拦洪拦泥,下坝蓄清水,库坝结合 清洪分治,排洪蓄清,蓄排结合 引洪漫地,漫排兼顾 4、建筑物组成及坝型选择 组成：三大件、两大件、一大件 坝型：土坝为主（淤地坝主要在北方且以黄

5、土高原地区为主）,5水文计算 洪水频率和重现期 式中 p经验频率（%）； m序位或序号（一般是由大到小的排位 n 某一样本的总 项数洪水频率是指多年中的平均出现机会 重现期-是指多年平均中平均若干年出现一次，但并非一定要出现，也可能 在较集中的时间内出现两次以上 教材中N=100/P,计算时正确,但物理意义不清晰,应该是互为倒数 N=1/P；,推理公式,式中,表5-2-6 汇流参数m值,6、调洪演算 单坝调洪,qp=Qp(1-VZ/WP) VZWP qp=Mbh01.5 式中： 频率为p的洪水时溢洪道最大下泄流量，m3/s； 设计洪峰流量，m3/s； 滞洪库容，万m3； M流量系数； b 溢洪

6、道宽，m； 包含行近流速的溢洪道堰上水头，m。,上述两个公式中，有7个参数，我们知道Qp、WP、M，理论上有无数解，实际工作中先根据地形地质条件假定b、h0，然后再定Vz ，一次计算不可能各参数都合适，要经过多次试算调整。考试时会给出五个参数参数，求另两个参数；也可能给出一组计算值，叫考生判断哪一组更优； 多坝调洪(略),7、渗流及稳定计算（了解） 能够估算渗流量即可（请看P144图5-2-12） 达西定率：水的渗透速度与水力坡降成正比。 即V=K i ; q=AV=AKi q=K(H2-h2)/(2L1)=K(H+h)(H-h)/(2L1) A = ( H+h)/2 ; i=( H-h)/L

7、1 目前设计院都是用程序计算，实际运用中中小型淤地坝形不成稳定的浸润线,8、坝体构造 1）坝高：总坝高=拦泥坝高+滞洪坝高+安全超高 注意这里所说滞洪坝高是淤地坝的特有名词，实际操作时：淤积库容拦泥坝高滞洪库容再求总库容（拦泥坝高+滞洪坝高）查库容曲线找出洪水位减去计划淤积面高程（死水位）；当溢洪道堰顶高程和计划淤积高程相等时滞洪坝高约等到于h0，或者等于h-V2/2g,此处V为行近流速,2）坝顶宽度：注意有无交通要求、无特殊情况查表5-2-9 3）坝坡和马道：坝坡查表5-2-10；马道一般每隔1015米设一条，宽1-1.5米； 4）护坡和坝坡排水：竖向排水50100米一条；纵向排水与与马道一

8、致；排水标准无规定，但过去有人用10年一遇标准 5）坝体排水：了解棱体排水、贴坡排水、褥垫式排水优缺点,9、放水建筑物 1）卧管 开启一孔： (5-2-27) 同时开启两孔： (5-2-28) 同时开启三孔： (5-2-29) 式中 d放水孔直径，m； Q放水流量，m3/s； H1、H2、H3各级孔上水深，m。 放水流量计算涉及到农水的知识，续灌、轮灌等； 熟练掌握开启一、二、三孔的孔径计算； 实际工作中注意卧管和放水孔流量计算相协调，即考虑加大流量时加大量相同；,2)竖井 单孔放水时 (5-2-31) 若采用上、下两对放水孔同时放水时： (5-2-32) 式中 孔口面积，m2； Q要求放水流

9、量，m3/s； 流量系数，一般取=0.65； H1、H2、孔口中心至水面深度，m； g重力加速度，m/s2。 竖井底布设的消力井，可按下式计算： (5-2-33) 式中 H作用水头，m，可近似采用正常蓄水位与竖井底部高程的差值； V消力井的最小容积，m3； E水流的能量，KW/m3；实验数据：每立米容积可消耗8千瓦能量,3）放水涵洞拱涵拱圈厚度公式 (5-2-34) 式中 t等截面圆弧拱拱圈厚度，cm； L0圆弧拱净跨径，cm； R0拱圈内半径，cm； 拱脚至圆心的连线与垂线交角（半圆心角）（）。 注意半圆拱时 4)管涵壁厚计算 (5-2-35) 式中 t混凝土管涵壁厚，m； W管上垂直土压力

10、，t/m，, 其中 为填土饱和容量，t/m3， H为填土高，m，D为管涵外径，m； 涵管计算直径，m； 混凝土弯曲时容许的拉应力，t/m2。 教材公式不全,请参看治沟骨干工程技术规范SL289-2003,例题一 题干：黄土区某小流域面积2.5 km2，多年平均侵蚀模数12000t/( km2.a)，淤积泥沙的干容重为1.3t/m3。流域出口断面土质坚实，地质地形条件良好，适宜筑坝。沟口上游2 km有数量充足且能满足筑坝要求的土料，水源缺乏。下游10km处有一村庄，下游30km有已在开采的石料厂。现拟建淤地坝一座。坝高与库容关系见下表：,坝高库容关系表,坝高库容关系表,坝高库容关系表,1、根据以

11、上条件，最适宜坝型应为？,2、已知校核洪水总量为16万m3,设计淤积年限10年，最接近正确的坝高和总库容特征值是?,3、假定溢洪道最大过水流量为22.5 m3/s，溢流水深2.8m，流量系数为1.6。行近流速1.2m/s，矩形断面溢流堰宽最接近的值是 。 主要解答过程： B=Q/(m H03/2)=22.5/(1.6 2.873/2)=2.89(m) ，,例题二 题干：某小流域建设淤地坝，拟采用卧管或竖井作为放水建筑物。 1、采用卧管，已知放水流量为1.2m3/s，卧管台阶高差为1m，如果同时开启三台放水孔，第一孔孔上水深为1（可能有变）m，则放水孔直径最接近多少？,=,三、沟头防护工程 （一

12、）概念及关注点 1、工程类型有两种：蓄水型、排水型 蓄水型工程形式围埂式围埂加蓄水池式围埂加其它工程 排水型: 跌水式悬臂式 2、布设原则 （1）与谷坊、淤地坝等配合使用，以达到全面控制作用 （2）沟头以上集水面积较大时（10公倾），应布设治坡措施与小型蓄水工程,以减少沟头处径流 （3）设计标准:10-20年一遇3-6小时最大暴雨 （4）计算式 W=10KRF V=LH2m+1/i/2LH2/(2i) （二）例题 略,V=LH2m+1/i/2LH2/(2i) V=LH2m+1/i/2 = LH2m+ctg /2 误差：m/(m+1/i)= m/(m+ctg ) 若m=1.5;坡度为15度，误差

13、为28%；10度时误差为20；5 度时误差为12；,四 谷坊: （一）概念及关注点 谷坊的任务:巩固并抬高沟床,制止沟底下切；稳定沟坡,制止沟岸扩张； 设计标准：10-20年一遇3-6小时最大暴雨 工程类型：土、石、植物谷坊 布设原则：与沟头防护工程、淤地坝等配合使用；顶底相照；沟道比降5-10%较合适； 计算公式：间距:L=H/(i-i)； 流量:Q=Mbh3/2； (堰流公式),例题： 某土石山区小流域，山势陡峻，岩石裸露，植被稀疏；沟口附近及部分地段山顶黄土覆盖较厚。流域由三条支沟组成，其中1号流域面积150hm2，沟长2.5km，平均宽度0.56km，呈长条状，沟壑密度为8km/km2

14、，沟道纵降3.0%。 3条支沟沟坡均为砂页岩覆盖，由于页岩风化严重，沟坡泻溜物滑落到沟底，沟底有大量风化碎屑堆积。且位于城市近郊,1、若进行水土保持总体布局，哪一项是最适宜的措施 2、拟在1号沟修建高度5m的谷坊群，假定谷坊淤满后水平，不考虑地形地质条件的情况下，估计能建多少座,五 小型排蓄引水工程 （一）概念及关注点 1、小型排蓄引水工程包括：截排水工程；小型蓄水工程（蓄水池、水窖、涝池等）；蓄引工程（滚水坝、小型塘坝、引洪漫地工程） 2、实际工作中注意截水沟和排水沟防御标准不同(截水沟为10年一遇24小时最大暴雨；排水沟设计频率10分钟最大暴雨),3、截水沟和蓄水池的公式是一样的，基本上无

15、区别，P177_ 不同点是：截水沟可以考虑一年的淤积容积，而蓄水池考虑三年；截水沟不衬砌而蓄水池一般要衬砌；一个是长条型、多个，一个是方型（或长方型）、数量少；一个控制面积小，一个控制面积较大；另外蓄水池考虑进出水口，公式还是堰流公式,4、小型蓄引水工程 1）滚水坝 作用：蓄水、雍高水位； 设计标准：10年一遇24小时最大暴雨 其它：坝高一般不超过15米，死库容计算时排沙比一般指悬移质排沙比；泄量计算还是堰流公式； 关注点：计算泥沙压力时要用浮容重 2）小型塘坝（山塘）P188-189 适用于南方，考虑问题的思路和滚水坝相同 公式: W = W0 + 1000 K R F2 + 10(h0 +

16、 R)-h F3 -式5-2-67 使用中注意无水田和上游山塘坝时即为式5-2-66,5、引洪漫地 引洪流量计算式-2-69，P190； Q=2.78Fd/(kt) 漫淤定额计算式5-2-73，P193 M=107d y/c,例题一 题干：某小流域内建有6高砼滚水坝一座，坝身及两岸均未设冲沙和放水设施。坝址以上流域面积为4km2，建坝前测得坝址河道断面20年输沙总量约4万t，假定建坝后排沙比为0.2，泥沙干容重为1.31t/ m3，洪水径流系数为0.45。 1、下述关于多年平均土壤侵蚀模数的正确描述是？ 约为500t/a.km2 ；大于500t/a.km2 ； 不小于500t/a.km2 ；小

17、于500t/a.km2 ；,2、若淤积年限为10年，设计频率1小时降雨量为80mm，则死库容应多大? 设计频率洪峰流量约 多少,3、某次24h降雨观测到坝顶最大溢流水深1m，相应泄水流量为45m3/s，则溢流坝段长度估计为多少？,例题二 题干：某地一引洪漫地工程，已测得土的干容重为1.31t/ m3。 1、如计划淤漫定额为4000m3/hm2，淤漫层厚度为15cm，应要求洪水含沙量不小于多少？ 2、如洪水含沙量为400kg/m3，淤漫层厚度为10cm，被淤地块的平均淤漫水深应为多少,六、拦沙坝设计 （一）概念及关注点 作用：拦沙、调水调沙；提高侵蚀基准面，减缓河床比降，稳定沟岸，抑制泥石流发育

18、规模。 设计标准：参照其它水工建筑物确定 分类：按结构分类分为重力坝、拱坝、格栅坝、钢索坝（实际工作中还可能有其它坝型） 按建筑材料分为砌石坝、混合坝、铅丝石笼坝 熟练掌握拦沙坝稳定与应力计算 坝基应力计算公式为：（该公式通用，即适用于重力坝、建筑物条形基础等）,上游、下游面应力,（二）例题 例题一 题干：某地一浆砌石拦沙坝，坝高20，坝前淤积泥沙高度为10，泥沙内摩擦角为12，泥沙饱和容重为1.8t/m3。坝基允许承载力为=40 t/ m2。 1、若坝内水位比淤积面高2米，则每延米坝体上游面受到的水压力和泥沙压力分别为多大时，计算值与实际值最接近。,2、假设坝体与基础的摩擦系数为0.45，坝

19、体所受垂直力（向下）总和为400 t，坝体所受水平力总和为200 t，要求坝体抗滑稳定安全系数达到1.05，请判断其是否稳定,3、假设坝体垂直力（向下）总和为600t，作用在坝基面中心点的合力矩为800t.m，坝底宽39m（如图），请判别坝基上游会否产生拉应力,并请计算坝基下游最大压应力,4、设坝下矩形河槽宽50 m，坝顶以上水深和坝下河床水深均为4 m，泄水流量为600m3/s，坝下沟床的标准粒径为10mm，护坦消能经验系数为0.15。假设坝顶距下游水面10m，则坝下冲坑深度是多少？ 如用护坦消能，其厚度应为多大？,七、水坠坝 （一）概念及关注点 1、坝址选择 土料充足 土场位置合适，高出冲

20、填坝面10米以上 能满足用水 有蓄水要求时，坝基和两岸满足防渗要求，库区坍岸、滑坡可以接受 2、坝型选择 均质坝； 非均质坝,3、设计要点 要附合碾压土石坝等到规范 有蓄水要求时，筑坝材料要附合规范要求 非均质坝应采用全河床全断面冲填 4、关注点 表5-2-24；表5-2-25；表5-2-26；表5-2-29；表5-2-31； 抽水流量计算-式5-2-91 能够判断是否需要设计蓄水池 了解水坠坝工程设计主要内容,（二）例题 题干：某沟道拟建一座有蓄水要求的淤地坝，设计坝高20m，坝基和两岸地质条件良好，无永久性渗漏。坝址左岸有丰富的轻粉质壤土可供筑坝，左岸邻沟有常流水，日来水量3000 m3。

21、 1、若修建水坠坝，最合理坝型是？,2、已知抽水流量为40L/s，备用系数为1.2，日最大冲填土方量为4000 m3，设计冲填泥浆的土水体积比为2.5，问日内有效冲填时间多少?，是否需设设蓄水池?,八、生态工程设计小结 1、在理解的基础上熟练掌握 水力学公式：均匀流公式； 堰流公式； 结构计算：抗滑稳定计算公式；抗倾覆稳定计算公式；竖向应力计算公式 2、以淤地坝为中心理解设计内容并向其它工程幅谢 3、熟悉其它公式，能够及时查到 4、通读教材，理解内容，注意参数条件,第六章 开发建设项目水土保持工程设计 第 二节 拦渣工程 一、拦渣工程类型 拦渣坝、挡渣墙、拦渣堤、拦渣围堰、尾矿坝、贮灰坝、赤泥

22、坝 二、工程设计 （一）原则（P316）与要求,（二）拦渣坝（P318） 1、拦渣坝一般适用于弃渣过程短，量大的工程；可以一次建成，也可以分期建设，一次性建成的工程完全可以按照淤地坝的原理来做，需要注意的是要合理确定防洪标准和工程规模 2、拦渣坝坝址选择是关键，实践中要考虑多方面因素，如弃渣数量、地形条件（口小肚大）、工程地质条件（不发生渗透变形、不发生不均匀沉降）、水文地质条件、施工条件、运距（经济与否）等综合考虑后确定,3、坝型选择注意 土坝或其它类型土石坝可以利用部分弃土弃渣。如果分期施工要先解决好排洪问题； 4、拦泥库容可以和淤地坝同样的方面来确定；拦渣库容就是弃渣量；滞洪库容也可参照

23、淤地坝方法来确定； 5、建筑物设计方法同前面所讲,（二）挡渣墙（P318）,略 （三）拦渣堤 略,例题一 题干：某地一建设项目需弃渣350万m3。现选定一沟道弃渣，沟口拟建一拦渣坝，沟口断面以上流域面积7km2, 流域长度8km，流域平均坡度6%，平均年侵蚀模数4000t/km2.a，土壤干容重1.31t/m3；拦渣坝上游弃渣尾部拟修建一拦洪坝，拦洪坝坝址断面以上流域面积3.0 km2，流域长度4.5 km，流域坡度10%。拦洪坝上游洪水经过廊道流至设在拦渣坝下游的消力池后.,1、上游拦洪坝坝址处沟底和两岸为黄土，若仅考虑地质条件，哪种坝型最合适?请给出理由!,2、假定浆砌石拦渣坝高10m，上

24、游面垂直且光滑，渣顶面水平且与坝顶面齐平，坝内弃渣为无粘性土、内摩擦角为28度、容重为1.7t/m3。坝内无水情况下，上游坝脚处垂向土压力强度和水平向主动土压力强度分别是多少,3、假定浆砌石拦渣坝坝基底滑裂面（水平）抗滑稳定安全系数为1.05，作用于滑裂面以上坝体的竖向力为550t、水平力为450t，则摩擦系数是多少,4、给出有关数据，画出洪水过线和泄水过程线，并能做简单判断 例题二 1、某季节性河流拟修建浆砌石防洪墙，建筑物级别定为4级，正常运用条件下抗滑稳定安全系数应不小于多少？最不利工况为什么：,Ks=,=,=0.6,+,例题四： 题干：某沟道两岸为土质岸坡，冲刷严重，沟底宽约500m，

25、沟道中段为弯曲段。现对该沟道护岸治理，过流断面为矩形，根据洪水计算及水力学计算拟定改造后的沟底宽为40m，平均水深2.5m，弯曲段曲率半径400m，洪峰流量600 m3/s,1、弯道段凹岸墙顶应高出凸岸墙顶多少？ 主要解答过程：凹岸水位与凸岸水位之差值计算： V=600/（402.5）=6（m/s）； H= =6240/（9.81400）=0.37(m),2、若左岸山坡需布设浆砌石排水明渠与沟道相接，洪峰流量约为1.1m3/s设计渠底宽度0.8m，则明渠弯道半径应多少： 排水明渠弯曲段的弯曲半径不得小于最小容许半径及渠底宽的5倍；,例题五： 题干：某小流域为季节性河沟，泥石流形成区为土山区；过

26、流区为长1200m的U形河谷，两岸和谷底为沙质基岩；泥石流堆积区条件良好。,1、为避免泥石流对建筑物和人员造成威胁，拟对该小流域进行综合治理，应采取的正确措施是：,2、现决定在过流区采取工程措施，则适宜的构筑物是：,小结：,1、开发建设项目水土保持工程措施设计目前处于探索阶段， 2、一般来说是可以运用已有的知识解决工程问题 3、注意特殊性，比如拦洪坝要注意解决好回水和淹没占地，合理确定工程规模，处理好外部环境关系,结束语：,1、通读教材，注意细节，理解内含 2、结合大纲有所侧重 3、考试时要仔细审题,了解水土保持工程措施分类及其作用（专业知识） 熟练掌握土质梯田和石坎梯田的设计计算。 了解淤地坝的分类、作用和坝系布设、利用。 熟练掌握淤地坝单坝枢纽布置、水文计算和调洪演算。 了解坝体渗流计算、坝坡稳定分析和消能计算。 掌握放水建筑物和溢洪道水力学计算。 了解水坠坝工程设计主要内容。 掌握谷坊和沟头防护工程设计。 掌握小型蓄排引水工程设计，包括水窑、水窖、涝池、蓄水池、截水沟、小型塘坝、滚水坝、引洪漫地。 了解拦沙坝分类及作用。 熟练掌握拦沙坝稳定与应力计算。 掌握坝下消能和冲刷深度计算。,THE END THANKS！,THE END,