水土保持工程學(xué)課程設(shè)計(jì)

水土保持工程學(xué)課程設(shè)計(jì)攔渣壩設(shè)計(jì)學(xué)院：環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院姓名：西南林業(yè)大學(xué)學(xué)號(hào)：20120753045班級(jí)：水保2012級(jí)指導(dǎo)老師：馬建剛

目錄第一章小流域基本情況 31.1地理位置及地形概況 31.2水文地質(zhì) 31.3植被 41.4泥石流概況 41.5泥石流特征 41.6泥石流成因 5第二章泥石流設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算 52.1不同設(shè)計(jì)頻率的最大24h降水量（H24p）的計(jì)算 52.2清水洪峰流量（Qwp）計(jì)算，列表 92.3泥石流洪峰流量（Qcp）計(jì)算，列表 92.4泥石年流淤積量（Wcp）計(jì)算，列表 11第三章攔砂壩設(shè)計(jì) 123.1壩址選擇 123.2壩型選擇 123.3壩的設(shè)計(jì) 123.4攔砂壩庫容及淤積年限計(jì)算 16第四章排導(dǎo)槽設(shè)計(jì) 174.1排導(dǎo)槽平面布置形式 174.2排導(dǎo)溝斷面設(shè)計(jì) 17第五章水土保持工程投資估算 185.1估算依據(jù) 185.2投資估算情況 19

第一章小流域基本情況1.1理位置及地形概況怒江州六庫鎮(zhèn)位于云南省西北部，芭蕉河位于六庫鎮(zhèn)西坡，地理坐標(biāo)為：98°49′24"E～98°51′36"E,25°50′00"N～25°51′30"N。芭蕉河源于著名的高黎貢山東坡，怒江西岸，匯水面積為4.08km2,全溝長(zhǎng)4.33km，流向自西向東，最高點(diǎn)海拔為2450m，山口處海拔為880m，高差達(dá)1570m，比降為25％。溝床疊水、陡坎、拐彎多見。溝床阻塞系數(shù)為1.3～1.7，溝側(cè)山30～35°，局部達(dá)60°。河流出口后堆積有不同時(shí)期的洪積物，與怒江交匯處海拔為790m，相關(guān)圖件見圖1-11.2水文地質(zhì)流域內(nèi)主要分布的地層有元古代高黎貢山群變質(zhì)巖系，以片巖、片麻巖、混合巖、變粒巖為主。山口地帶出露寒武系保山組砂巖、板巖，產(chǎn)狀為250L40。三迭河彎街組（T3）碳酸鹽巖，以白云巖為主，產(chǎn)狀為230L55，其表層大部分覆蓋有厚0.5～1.0m的坡殘積層。山口以東至怒江約1100m，為一洪積扇，怒江州衛(wèi)校、師范學(xué)校和汽車總站等到單位設(shè)于此地，是州府重鎮(zhèn)之一。新生代以來，構(gòu)造應(yīng)力呈東西向強(qiáng)烈擠壓，地殼持續(xù)抬升，在長(zhǎng)期地質(zhì)營(yíng)力作用下，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，溪溝下切，風(fēng)化土層深厚，崩塌、滑坡發(fā)育，松散體物質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)1369萬m3，可移方量410萬m3，固體物質(zhì)源豐富，為泥石流的形成創(chuàng)造了必要的物質(zhì)條件。1.3植被該流域?qū)儆趤啛釒駶?rùn)氣候，年平均氣溫為20.2℃，最高氣溫為26.6℃，極高氣溫可達(dá)41.6℃，最低氣溫可達(dá)4.5℃。年平均降雨量為1011mm，5～10月為雨季，降雨量占全年的70%。芭蕉河內(nèi)常年有水，但隨季節(jié)流量暴漲暴落，旱季最小流量為0.02m3/s，雨季可增加數(shù)十倍。全流域林地面積占68%，郁閉度為60%，坡耕地占32%。1.4泥石流概況從流域特點(diǎn)看，泥石流形成過程可分為水源區(qū)、形成區(qū)、流通區(qū)和淤積區(qū)。水源區(qū)位于主溝海拔1060m以上，面積為3.62km2。發(fā)育有滑坡3個(gè)，坍塌3處，松散固體物質(zhì)儲(chǔ)量為636萬m3，單位儲(chǔ)存量為120.44萬m3/km2；形成區(qū)位于主溝海拔1060～880m，面積0.46km2，發(fā)育有滑坡4個(gè)，坍塌5處，松散固體物質(zhì)儲(chǔ)量為730萬m3；流通、淤積區(qū)：海拔880m至怒江邊，長(zhǎng)度為1.01km，泥石流時(shí)沖時(shí)淤。1.5泥石流特征1989年10月20日晚8時(shí)，芭蕉河爆發(fā)了一場(chǎng)災(zāi)害性泥石流。高約3m的泥石流龍頭夾裹著巨大漂礫急匯而下，沖毀、於埋溝道兩岸附近州云總站、州郵電局、州民族師范學(xué)校等6個(gè)單位的房屋40棟，橋梁兩座等，估計(jì)經(jīng)濟(jì)損失達(dá)889萬元。根據(jù)災(zāi)后現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，泥石流剖面多為“泥包礫”，泥面呈黃色，坡降8.7%，保存1年多未脫落，表明漿體稠度很高，為粘性泥石流。據(jù)房屋墻壁的泥痕和固體沉積物厚度，推算出流體容重為21KN/m3，經(jīng)采樣粒度肥西，測(cè)得中值粒徑為d50=2.5mm，用泥痕計(jì)算得流速為4～5m/s，根據(jù)武漢水電學(xué)院水槽實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算的流速為4.08m/s，流量160m3/s。1.6泥石流成因芭蕉河山口以上屬于中山地形，侵蝕切割較深，大部分地形呈“V”形谷，岸壁陡峻，岸體破碎，崩塌、滑坡較為發(fā)育，松散固體物質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)1269×104m3，為泥石流的形成創(chuàng)造了物質(zhì)基礎(chǔ)。歷時(shí)長(zhǎng)、強(qiáng)度大的降雨時(shí)激發(fā)泥石流形成的動(dòng)力。1989年10月3日到20日，該地區(qū)出現(xiàn)了長(zhǎng)達(dá)半個(gè)月的連陰降雨天氣，共降雨461.7mm，突破了歷史同期所有極限，其中10日為69.4mm，16日為74.5mm，17日為59.8mm，19日為50.5mm，20日晚又出現(xiàn)了高強(qiáng)度暴雨而觸發(fā)了大規(guī)模泥石流。據(jù)資料記載，二十世紀(jì)二十年代，曾爆發(fā)過一次規(guī)模最大的泥石流。1949年又爆發(fā)一次，但規(guī)模較小。從泥石流堆積扇的分布、厚度及堆積旋回分析，芭蕉河泥石流在歷史上層活動(dòng)頻繁，規(guī)模宏大，后期呈衰減之勢(shì)，但近年來，人口增多，人類活動(dòng)加劇，毀林開荒使生態(tài)惡化，泥石流活動(dòng)趨于活躍。為此，積極對(duì)泥石流進(jìn)行防治是完全必要的。第二章泥石流設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算2.1不同設(shè)計(jì)頻率的最大24h降水量（H24p）的計(jì)算1.將芭蕉河流域1958～1989年32年的實(shí)測(cè)最大24h降水量列于表2-1中，計(jì)算出系列的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，如均方差、變差系數(shù)CV、偏差系數(shù)CS，然后在頻率格紙上點(diǎn)匯暴雨頻率曲線。統(tǒng)計(jì)參數(shù)計(jì)算如下：（1）樣本的平均數(shù)：（2）樣本的均方差s：（3）變差系數(shù)Cv：表4-1芭蕉河流域設(shè)計(jì)暴雨頻率計(jì)算表序號(hào)時(shí)間H24i（mm）H24i大→小經(jīng)驗(yàn)頻率%p=m/(n+1)模比系數(shù)①②③④⑤eq\o\ac(○,6)11958.08.1586.088.63.01.5421957.07.0964.8866.11.5031960.07.1645.474.59.11.3041961.06.3051.472.312.11.2651962.08.2163.771.715.21.2561963.07.2541.970.518.21.2371964.05.2066.366.321.21.1581965.09.0571.766.324.21.1591966.07.1288.664.927.31.13101967.09.1057.564.830.31.13111968.08.1155.263.733.31.11121969.09.0344.661.536.41.07131970.08.1752.159.839.41.04141971.07.2844.857.542.41.00151972.11.0454.256.745.50.99161973.07.2464.956.548.50.98171974.08.0541.855.251.50.96181975.07.3052.455.254.50.96191976.06.1870.554.257.60.94201977.07.0666.353.360.60.93211978.08.2153.352.463.60.91221979.08.1456.752.166.70.91231980.06.2838.651.469.70.89241981.07.2147.847.872.70.83251982.08.1455.245.475.80.79261983.08.2461.544.878.80.78271984.09.1635.644.681.80.78281985.07.0943.843.884.80.76291986.07.2872.341.987.90.73301987.09.0759.841.890.90.73311988.08.1756.538.693.90.67321989.10.1074.535.697.00.62總計(jì)1839.7（4）偏差系數(shù)Cs：（5）模比系數(shù)Ki：2．適線：采用不同的Cs值進(jìn)行適線，列表計(jì)算：理論頻率曲線計(jì)算表。分別繪制出理論頻率曲線，然后找出與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)配合得較好的理論曲線，在此曲線上查找不同頻率的最大24h降雨量，列成表格。1)X=57.49mm,取Cv=0.22，并假定Cs=2Cv=0.44，查水文與水資源學(xué)附表，得出不同頻率的KP值，列于表中第（2）欄，乘以X得相應(yīng)的QP值，列于表第（3）欄。將表中第（1）、（3）兩欄對(duì)應(yīng)數(shù)值點(diǎn)繪曲線，發(fā)現(xiàn)理論曲線尾部與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)略向上偏移較少，配合的比較好，但頭部偏移經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)較多。2）改變參數(shù)，重新配線。由第一次配線結(jié)果表明，需要增大Cv值?，F(xiàn)取Cv=0.24，Cs=2Cv=0.48，再查附表2得到相應(yīng)的KP值，并計(jì)算各Qp值，至于表（4）、（5）欄，經(jīng)與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)配合，發(fā)現(xiàn)頭部較第一次配線頭部向上與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)，尾部向下更接近于經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)。3）再次改變參數(shù)，第三次配線?，F(xiàn)取Cv=0.25，Cs=2Cv=0.50，再查附表2得到相應(yīng)的KP值，并計(jì)算各Qp值，至于表（6）、（7）欄，再次計(jì)算理論頻率曲線，與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)配合較好，即作為采用的理論頻率曲線。頻率P（%）第一次配線第二次配線第三次配線=57.50Cv=0.22Cs=2Cv=0.44=57.50Cv=0.24Cs=2Cv=0.44=57.50Cv=0.25Cs=2Cv=0.5KPQPKPQPKPQP（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）0.012.04117.302.16124.202.22127.650.11.82104.651.91109.831.96112.700.21.75100.631.83105.231.87107.530.331.797.751.77101.781.81104.080.51.6695.451.7399.481.77101.7811.5890.851.6494.301.6796.0321.586.251.5589.131.5890.8551.3979.931.4382.231.4583.38101.2974.181.3275.901.3376.48201.1867.851.1968.431.2069.00500.9856.350.9856.350.9856.35750.8448.300.8347.730.8247.15800.7945.430.846.000.7643.70900.7341.980.7140.830.7040.25950.6738.530.6436.800.6336.23990.5632.200.5330.480.5229.902.2水洪峰流量（Qwp）計(jì)算，列表按照公式(F為流域面積，為4.08km2)來計(jì)算，其中KM=2.6m3/s·km2，選取Cs=2Cv，Cv=0.35，然后查P-Ⅲ型模比系數(shù)可得出KP。P%

CV0.010.10.20.330.512510205075809095990.352.862.442.312.222.132.001.841.641.471.280.960.750.670.590.510.370.403.202.702.542.422.322.151.981.741.541.310.950.710.620.530.450.300.453.592.982.802.652.532.332.131.841.601.350.930.670.580.480.400.260.503.983.273.052.882.742.512.271.941.671.380.920.640.540.440.340.21清水洪峰流量對(duì)應(yīng)表KP2.862.442.312.222.132.001.841.64Qwp18.9916.2015.3414.7414.1413.2812.2210.89KP1.471.280.960.750.670.590.510.37Qwp9.768.506.374.984.453.923.392.462.3泥石流洪峰流量（Qcp）計(jì)算，列表運(yùn)用公式Qcp=η*Qwp計(jì)算泥石流洪峰流量式中Qcp—泥石流洪峰流量（m3/s）；Qwp—清水洪峰流量（m3/s）；—綜合荒溪指數(shù)，取決于荒溪類型及荒溪流過區(qū)末端彎曲度K值。芭蕉河流域爆發(fā)的泥石流容重為21kN/m3（即2.1t/m3），2.1t/m3>1.7t/m3,屬于沖擊力強(qiáng)的泥石流荒溪，其溝道的彎曲度，1.5<K<2,綜上查表取荒溪指數(shù)為8。參數(shù)計(jì)算表參數(shù)P（%）KpQwpQcpH240.012.8618.99151.89169.700.12.4416.20129.59149.820.22.3115.34122.68142.940.332.2214.74117.90138.360.52.1314.14113.12135.301213.28106.22127.6521.8412.2297.72120.7851.6410.8987.10110.84101.479.7678.07101.67201.288.5067.9891.73500.966.3750.9874.91750.754.9839.8362.68800.674.4535.6058.09900.593.9235.5853.51950.513.3931.3348.16990.372.4627.0939.75綜合荒溪指數(shù)η值荒溪類型山洪泥石流容重（t/m2）綜合荒溪指數(shù)極端情況下K=1.0-1.5K=1.5-2.0K>2的沖擊力沖擊力強(qiáng)泥石流荒溪>1.77-83-1011-1615-30泥石流荒溪1.5-1.75-66-77-1111-15高含沙山洪荒溪1.1-1.52-33-44-57-10一般山洪荒溪1.05-1.11-1.051.05-1.11.1-1.153-52.4泥石年流淤積量（Wcp）計(jì)算，列表泥石流淤積量計(jì)算采用侵蝕模數(shù)法，根據(jù)對(duì)流域綜合情況的判斷，給出林地和坡耕地的侵蝕模數(shù)，給出輸移比，結(jié)合侵蝕物容重和不同地類面積計(jì)算Wcp。參考林地侵蝕模數(shù)為：1000t/km2·a，坡耕地侵蝕模數(shù)為：8000t/km2·a。Wcp=A林W林α1+A坡W坡α2式中Wcp—泥石流淤積量，t/aA林—林地面積，km2A坡—坡耕地面積，km2W林—林地侵蝕模數(shù)，為1000t/（km2·a）W坡—坡耕地侵蝕模數(shù)，為8000t/（km2·a）α1,α2—輸移比，取0.4Wcp=A林W林α1+A坡W坡α2=4.08km2×68%×1000t/（km2·a）×0.4+4.08km2×32%×8000t/（km2·a）×0.4=1109.76t/a+4177.92t/a=5287.68t/a泥石流年淤積數(shù)量統(tǒng)計(jì)表流域面積占地比例面積侵蝕模數(shù)輸移比Wcp（t/a）（km2）（%）（km2）t/（km2·a）林地4.08682.7710000.41109.76坡耕地4.08321.3180000.44177.92合計(jì)4.085287.68第三章攔砂壩設(shè)計(jì)3.1壩址選擇壩址選擇的原則如下：1）.地質(zhì)條件壩址附近應(yīng)無大斷裂通過，壩址處無滑坡、崩塌，岸坡穩(wěn)定性好，溝床有基巖出露，或基巖埋深較淺，壩址為硬性巖或密實(shí)的老沉積物。2）.地形條件壩址處溝谷狹窄，壩上游溝谷開闊，溝床縱坡較緩，建壩后能形成較大的攔淤庫容。3）.建筑材料壩址附近有充分的或比較充足的石料、砂等當(dāng)?shù)亟ㄖ牧稀?）.施工條件壩址離公路較近，從公路到壩址的施工便道易修筑，附近有布置施工場(chǎng)地的地形，有可供施工使用的水源等。與防治工程總體布置協(xié)調(diào)如與上游的谷坊或攔砂壩、下游攔砂壩或排導(dǎo)槽能合理的銜接。5）.滿足攔砂壩本身的設(shè)計(jì)要求如以攔沙為主的壩，壩址應(yīng)盡量選在“肚大口小”的溝段；以攔淤反壓滑坡為主的壩，應(yīng)盡量靠近滑坡。6）.有較好的綜合效益如攔砂壩既能攔砂，又能穩(wěn)坡，一壩多用3.2壩型選擇選用漿砌石重力壩。它的作用原理是，壩前作用的泥沙壓力、沖擊力、水壓力等水平推力，通過壩體傳遞到壩的基礎(chǔ)上。壩的穩(wěn)定，主要是壩體的質(zhì)量在壩基礎(chǔ)面上產(chǎn)生的摩擦力大于水平推力的原因。3.3壩的設(shè)計(jì)：（一）初步擬定斷面尺寸，并繪制斷面圖；（二）溢流口水力計(jì)算；（三）穩(wěn)定性分析；（四）壩下消能設(shè)計(jì)，并繪圖。3.3.1步擬定斷面尺寸漿砌石壩斷面輪廓尺寸設(shè)計(jì)壩高（m）壩頂寬度（m）壩底寬度（m）壩坡上游下游31.24.21:0.61:0.441.56.31:0.71:0.552.09.01:0.81:0.682.516.91:11:0.8103.020.51:11:0.8單寬流量的確定工程實(shí)踐證明對(duì)于軟弱巖石常取q=20-50m3/(s*m)；中等堅(jiān)硬的巖石q=100-150m3/(s*m)；特別堅(jiān)硬的巖石q=20-50m3/(s*m)。若此攔砂壩設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，則（其中為山洪中固體物質(zhì)比重,一般取2.4-2.7；為山洪容重）3.3.2溢流口水力計(jì)算溢流口形狀為梯形；邊坡坡度取1:1設(shè)計(jì)洪峰流量QC=Qwp(1+φ)×DC=8.50×(1+1.8）×1.7=40.46m3/s,式中φ=1.8。φ=γc-1溢流口寬度計(jì)算：取溢流口的單寬流量q=10m3/s,超高0.5mB=Qc/q=40.46m3/s/10m3/s=4.5m溢流口高度計(jì)算：h=h0+△h=2.5+0.5=3.5m溢流口斷面圖如下圖：3-2（圖中單位為mm），見附圖23.3.3定性分析壩高：10m，基礎(chǔ)埋深：2m，頂寬：3m底寬：18m。采用砌石砌體筑，砌體容重2.3t／m.砌體與與壩基之間摩擦系數(shù)為0.5（砂巖）。(土壤有含水量的砂礫和粗砂)泥石流容重與淤積物容重均取2.1t／m壩體受力示意圖：1、作用力計(jì)算：（1）壩體重力(以1m壩長(zhǎng)算)壩上游淤積物重：泥沙壓力：（其合力作用在4m處）壩基土壓力為：壩基滲透壓力為：作用點(diǎn)在離上游4m處。壩的穩(wěn)定計(jì)算：3.3.4下消能設(shè)計(jì)，并繪圖本次設(shè)計(jì)采用副壩消能，其中副壩壩頂高出原溝床1m，壩高3米，副壩距離主壩20米，具體示意圖如下（圖中單位為mm）：3.4攔砂壩庫容及淤積年限計(jì)算壩的庫容計(jì)算:淤積年限計(jì)算:=(22480X1.4)/5287.68=6（a）第四章排導(dǎo)槽設(shè)計(jì)4.1排導(dǎo)槽平面布置形式結(jié)合相關(guān)資料，因?yàn)榘沤逗拥幕南愋皖愋蛯儆谀嗍骰南愋停腆w物質(zhì)豐富，可以采用的平面布置形式有向上游排及向中部排。布置排導(dǎo)溝的目的就是為了讓泥石流和洪水順暢排泄，而不至于漫流改道，確保沿河兩岸村莊、城鎮(zhèn)、工礦區(qū)和農(nóng)田的安全，但是芭蕉河的山口洪積扇設(shè)有學(xué)校、汽車總站等單位，所以本次設(shè)計(jì)