賀前進(jìn)水土保持生態(tài)建設(shè)工程設(shè)計(jì) 土木培訓(xùn)

考前培訓(xùn)中國水土保持學(xué)會(huì)2009年7月注冊(cè)土木工程師（水利水電工程）水土保持執(zhí)業(yè)資格專業(yè)考試說明:1、本次講課并不是考試合格的充分條件,2、考試通過需要理解教材中內(nèi)容，并且相對(duì)熟練掌握（看大綱）；3、講課順序：為便記憶，按課本順序講第五章水土保持生態(tài)建設(shè)工程設(shè)計(jì)第二節(jié)工程措施設(shè)計(jì)一、梯田工程設(shè)計(jì)概念及關(guān)注點(diǎn):梯田規(guī)劃是小流域綜合治理規(guī)劃的組成部分；實(shí)際工作中梯田布置應(yīng)考慮其它措施以保護(hù)梯田安全(主要是排水措施);梯田設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：一般采人用10年一遇3~6小時(shí)最大降雨，在干旱、半干旱或其它少雨地區(qū)，可采用20年一遇3~6小時(shí)最大降雨。（本身為題點(diǎn)）

南、北方在相同地面坡度情況下，田面凈寬B、田坎高度H、田坎坡度取值不同表5-2-1。（注意適用條件）教材中P125倒2行至P126正1行與國標(biāo)有沖突，應(yīng)與國標(biāo)為準(zhǔn)

理解公式含義(式5-2-2)土坎梯田施工工序（五道：定線、清基、筑埂、保留表土、修平田面）石坎梯田施工工序（五道：定線、清基、筑石坎、坎后填膛、修平田面）保留表土方法（表土逐臺(tái)下移法、表土逐行置換法、表土中間堆置法）——僅適用于土坎梯田教材表5-2-1、5-2-2式5-2-2值得討論，w=B2HL/12嚴(yán)格意義上只適用于90度田坎例題一

南方某省擬機(jī)修緩坡土坎梯田1萬畝，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和田塊長(zhǎng)度應(yīng)為多少？

例題二題干：黃土高原地區(qū)某行政村附近有坡降為17%，坡長(zhǎng)為100m(干擾項(xiàng))的一塊坡耕地，現(xiàn)欲將該坡耕地改造為水平梯田。

1、如果要滿足機(jī)械耕作要求，下列斷面尺寸最合理的是。

2、假定設(shè)計(jì)田面凈寬為2m，田坎坡度為73°，則新修梯田田坎高度最接近____m。。3、假定設(shè)計(jì)田坎坡度為75°，田坎高2.5m，則每公頃土方運(yùn)移量為最接近是多少?。

南方某地?cái)M在一坡度為19°、坡面長(zhǎng)120m地塊修水平梯田，田坎高度為2.3m，則最適宜的人工保留表土方法為？例題四：當(dāng)坡面平順，挖填方量相等，田坎高度為3.5m時(shí)，則修成0.8hm2梯田的挖填方總量最接近？例題五：華北某土石山區(qū)修建石坎梯田，原地面坡度為13°，修筑前坡面土層厚度為70cm，修平后挖方處后緣保留的土層厚度為25cm，則修成后田面凈寬最接近多少？

例題六：黃土高原某地區(qū)，擬修建水平梯田?，F(xiàn)某村莊附近有坡降為16%，坡長(zhǎng)為150m的一塊坡耕地，欲改造為水平梯田。1假定田坎高度3m，可修多少臺(tái)梯田。二、淤地壩設(shè)計(jì)

（一）概念及關(guān)注點(diǎn)1、淤地壩等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（表5-2-4），按庫容分小型、中型、骨干壩2、壩系工程布設(shè)1）布設(shè)原則全面規(guī)劃，統(tǒng)籌安排，利用水沙，淤地灌溉；大中小聯(lián)合運(yùn)用，充分發(fā)揮整體功能骨干壩一次設(shè)計(jì)，分期加高，經(jīng)濟(jì)合理2）合理性判斷建壩密度：壩地面積/流域面積=1/10——1/20；建壩順序（開發(fā)順序）：匯流面積小于1km2；先下后上，其它先上后下；根據(jù)地形地質(zhì)條件先建控制性工程。實(shí)際工作中依具體情況調(diào)整3、壩系工程布設(shè)方式⑴骨干壩控制,水沙資源綜合利用⑵分批建壩,分期加高,蓄種相間⑶一次成壩,先淤后排,逐壩利用⑷壩體持續(xù)加高,增大庫容,全攔全蓄⑸上壩攔洪攔泥,下壩蓄清水,庫壩結(jié)合⑹清洪分治,排洪蓄清,蓄排結(jié)合⑺引洪漫地,漫排兼顧4、建筑物組成及壩型選擇組成：三大件、兩大件、一大件壩型：土壩為主（淤地壩主要在北方且以黃土高原地區(qū)為主）5水文計(jì)算⑴洪水頻率和重現(xiàn)期式中p—經(jīng)驗(yàn)頻率（%）；m—序位或序號(hào)（一般是由大到小的排位n—某一樣本的總項(xiàng)數(shù)洪水頻率——是指多年中的平均出現(xiàn)機(jī)會(huì)

重現(xiàn)期------是指多年平均中平均若干年出現(xiàn)一次，但并非一定要出現(xiàn)，也可能在較集中的時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)兩次以上

教材中N=100/P,計(jì)算時(shí)正確,但物理意義不清晰,應(yīng)該是互為倒數(shù)N=1/P；

⑵推理公式式中——設(shè)計(jì)頻率洪峰流量，m3/s；——凈雨深，mm，在全面匯流時(shí)代表相應(yīng)于時(shí)段的最大凈雨，在部分匯流時(shí)代表單一洪峰對(duì)應(yīng)的面平均凈雨；——流域面積，km2；——流域匯流歷時(shí)，h；——沿主溝道從出口斷面至分水嶺的最長(zhǎng)距離，km；——匯流參數(shù)，無資料條件下m值確實(shí)可參考表5-2-6，表中J——沿流程L的平均比降（以小數(shù)計(jì)）。類別雨洪特性、溝道特性、土壤植被條件推理公式洪水匯流參數(shù)m值Ⅰ植被條件較差，以荒坡、梯田或少量的稀疏林為主的黃土丘陵溝壑區(qū)，旱作物較多，溝道呈寬淺型，間歇性水流，洪水都陡漲陡落1.00~1.301.30~1.601.60~1.80Ⅱ植被條件一般，以稀疏林、針葉林、幼林為主的黃土丘陵溝壑區(qū)或流域內(nèi)耕地較多0.60~0.700.70~0.800.80~0.95Ⅲ植被條件良好，以灌木林、喬木林為主的黃土丘陵溝壑區(qū)，治理度達(dá)40%~50%，溝床多礫石、卵石、兩岸灘地雜草叢生，大洪水多為尖瘦型，中小洪水多為矮胖型0.30~0.400.40~0.500.50~0.60表5-2-6匯流參數(shù)m值6、調(diào)洪演算

單壩調(diào)洪qp=Qp(1-VZ/WP)VZ≤WP

qp=Mbh01.5式中：——頻率為p的洪水時(shí)溢洪道最大下泄流量，m3/s；——設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s；——滯洪庫容，萬m3；M——流量系數(shù)；b——溢洪道寬，m；——包含行近流速的溢洪道堰上水頭，m。

上述兩個(gè)公式中，有7個(gè)參數(shù)，我們知道Qp、WP、M，理論上有無數(shù)解，實(shí)際工作中先根據(jù)地形地質(zhì)條件假定b、h0，然后再定Vz，一次計(jì)算不可能各參數(shù)都合適，要經(jīng)過多次試算調(diào)整。考試時(shí)會(huì)給出五個(gè)參數(shù)參數(shù)，求另兩個(gè)參數(shù)；也可能給出一組計(jì)算值，叫考生判斷哪一組更優(yōu)；

多壩調(diào)洪(略)7、滲流及穩(wěn)定計(jì)算（了解）能夠估算滲流量即可（請(qǐng)看P144圖5-2-12）

達(dá)西定率：水的滲透速度與水力坡降成正比。

即V=Ki;q=AV=AKiq=K(H2-h2)/(2L1)=K(H+h)(H-h)/(2L1)A=(H+h)/2;i=(H-h)/L1目前設(shè)計(jì)院都是用程序計(jì)算，實(shí)際運(yùn)用中中小型淤地壩形不成穩(wěn)定的浸潤(rùn)線8、壩體構(gòu)造1）壩高：總壩高=攔泥壩高+滯洪壩高+安全超高注意這里所說滯洪壩高是淤地壩的特有名詞，實(shí)際操作時(shí)：淤積庫容——攔泥壩高——滯洪庫容——再求總庫容（攔泥壩高+滯洪壩高）——查庫容曲線找出洪水位——減去計(jì)劃淤積面高程（死水位）；當(dāng)溢洪道堰頂高程和計(jì)劃淤積高程相等時(shí)滯洪壩高約等到于h0，或者等于h-V2/2g,此處V為行近流速2）壩頂寬度：注意有無交通要求、無特殊情況查表5-2-93）壩坡和馬道：壩坡查表5-2-10；馬道一般每隔10—15米設(shè)一條，寬1-1.5米；4）護(hù)坡和壩坡排水：豎向排水50—100米一條；縱向排水與與馬道一致；排水標(biāo)準(zhǔn)無規(guī)定，但過去有人用10年一遇標(biāo)準(zhǔn)5）壩體排水：了解棱體排水、貼坡排水、褥墊式排水優(yōu)缺點(diǎn)9、放水建筑物1）臥管開啟一孔：(5-2-27)同時(shí)開啟兩孔：(5-2-28)同時(shí)開啟三孔：(5-2-29)式中d——放水孔直徑，m；Q——放水流量，m3/s；H1、H2、H3——各級(jí)孔上水深，m。

放水流量計(jì)算涉及到農(nóng)水的知識(shí)，續(xù)灌、輪灌等；

熟練掌握開啟一、二、三孔的孔徑計(jì)算；

實(shí)際工作中注意臥管和放水孔流量計(jì)算相協(xié)調(diào)，即考慮加大流量時(shí)加大量相同；2)豎井單孔放水時(shí)(5-2-31)若采用上、下兩對(duì)放水孔同時(shí)放水時(shí)：

(5-2-32)

式中ω——孔口面積，m2；Q——要求放水流量，m3/s；μ——流量系數(shù)，一般取μ=0.65；H1、H2、——孔口中心至水面深度，m；g——重力加速度，m/s2。

豎井底布設(shè)的消力井，可按下式計(jì)算：

(5-2-33)

式中H——作用水頭，m，可近似采用正常蓄水位與豎井底部高程的差值；V——消力井的最小容積，m3；E——水流的能量，KW/m3；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：每立米容積可消耗8千瓦能量3）放水涵洞拱涵拱圈厚度公式(5-2-34)

式中t——等截面圓弧拱拱圈厚度，cm；L0——圓弧拱凈跨徑，cm；R0——拱圈內(nèi)半徑，cm；——拱腳至圓心的連線與垂線交角（半圓心角）（°）。注意半圓拱時(shí)

4)管涵壁厚計(jì)算(5-2-35)

式中t——混凝土管涵壁厚，m；W——管上垂直土壓力，t/m，,其中為填土飽和容量，t/m3，H為填土高，m，D為管涵外徑，m；——涵管計(jì)算直徑，m；——混凝土彎曲時(shí)容許的拉應(yīng)力，t/m2。教材公式不全,請(qǐng)參看治溝骨干工程技術(shù)規(guī)范SL289-2003例題一題干：黃土區(qū)某小流域面積2.5km2，多年平均侵蝕模數(shù)12000t/(km2.a)，淤積泥沙的干容重為1.3t/m3。流域出口斷面土質(zhì)堅(jiān)實(shí)，地質(zhì)地形條件良好，適宜筑壩。溝口上游2km有數(shù)量充足且能滿足筑壩要求的土料，水源缺乏。下游10km處有一村莊，下游30km有已在開采的石料廠?，F(xiàn)擬建淤地壩一座。壩高與庫容關(guān)系見下表：壩高—庫容關(guān)系表壩高—庫容關(guān)系表壩高—庫容關(guān)系表1、根據(jù)以上條件，最適宜壩型應(yīng)為？

2、已知校核洪水總量為16萬m3,設(shè)計(jì)淤積年限10年，最接近正確的壩高和總庫容特征值是?

3、假定溢洪道最大過水流量為22.5m3/s，溢流水深2.8m，流量系數(shù)為1.6。行近流速1.2m/s，矩形斷面溢流堰寬最接近的值是

。主要解答過程：B=Q/(m×H03/2)=22.5/(1.6×2.873/2)=2.89(m)，

例題二題干：某小流域建設(shè)淤地壩，擬采用臥管或豎井作為放水建筑物。1、采用臥管，已知放水流量為1.2m3/s，臥管臺(tái)階高差為1m，如果同時(shí)開啟三臺(tái)放水孔，第一孔孔上水深為1（可能有變）m，則放水孔直徑最接近多少？

2、如果用豎井放水，已知放水流量為2.5m3/s，采用上下兩孔同時(shí)放水，第一孔孔口中心以上水深為1m，兩孔之間高差為1m，則放水孔直徑最接近多少?=3、如果采用混凝土涵管輸水，已知管上垂直土壓力為8t/m，涵管內(nèi)徑為1.2m，混凝土彎曲時(shí)允許拉應(yīng)力為100t/m2，則涵管的管壁厚最接近?三、溝頭防護(hù)工程（一）概念及關(guān)注點(diǎn)1、工程類型有兩種：蓄水型、排水型蓄水型工程形式①圍埂式②圍埂加蓄水池式③圍埂加其它工程排水型:①跌水式②懸臂式2、布設(shè)原則（1）與谷坊、淤地壩等配合使用，以達(dá)到全面控制作用（2）溝頭以上集水面積較大時(shí)（10公傾），應(yīng)布設(shè)治坡措施與小型蓄水工程,以減少溝頭處徑流（3）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn):10-20年一遇3-6小時(shí)最大暴雨（4）計(jì)算式①W=10KRF②V=LH2[m+1/i]/2≈LH2/(2i)（二）例題略V=LH2[m+1/i]/2≈LH2/(2i)V=LH2[m+1/i]/2=LH2[m+ctg]/2誤差：m/(m+1/i)=m/(m+ctg)若m=1.5;坡度為15度，誤差為28%；10度時(shí)誤差為20；5度時(shí)誤差為12；四谷坊:（一）概念及關(guān)注點(diǎn)谷坊的任務(wù):鞏固并抬高溝床,制止溝底下切；穩(wěn)定溝坡,制止溝岸擴(kuò)張；設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：10-20年一遇3-6小時(shí)最大暴雨工程類型：土、石、植物谷坊布設(shè)原則：①與溝頭防護(hù)工程、淤地壩等配合使用；②頂?shù)紫嗾?；③溝道比?-10%較合適；計(jì)算公式：間距:L=H/(i-i’)；流量:Q=Mbh3/2；(堰流公式)例題：某土石山區(qū)小流域，山勢(shì)陡峻，巖石裸露，植被稀疏；溝口附近及部分地段山頂黃土覆蓋較厚。流域由三條支溝組成，其中1號(hào)流域面積150hm2，溝長(zhǎng)2.5km，平均寬度0.56km，呈長(zhǎng)條狀，溝壑密度為8km/km2，溝道縱降3.0%。3條支溝溝坡均為砂頁巖覆蓋，由于頁巖風(fēng)化嚴(yán)重，溝坡瀉溜物滑落到溝底，溝底有大量風(fēng)化碎屑堆積。且位于城市近郊1、若進(jìn)行水土保持總體布局，哪一項(xiàng)是最適宜的措施2、擬在1號(hào)溝修建高度5m的谷坊群，假定谷坊淤滿后水平，不考慮地形地質(zhì)條件的情況下，估計(jì)能建多少座

五小型排蓄引水工程（一）概念及關(guān)注點(diǎn)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、澇池等）；蓄引工程（滾水壩、小型塘壩、引洪漫地工程）2、實(shí)際工作中注意截水溝和排水溝防御標(biāo)準(zhǔn)不同(截水溝為10年一遇24小時(shí)最大暴雨；排水溝設(shè)計(jì)頻率10分鐘最大暴雨)

3、截水溝和蓄水池的公式是一樣的，基本上無區(qū)別，P177__不同點(diǎn)是：截水溝可以考慮一年的淤積容積，而蓄水池考慮三年；截水溝不襯砌而蓄水池一般要襯砌；一個(gè)是長(zhǎng)條型、多個(gè)，一個(gè)是方型（或長(zhǎng)方型）、數(shù)量少；一個(gè)控制面積小，一個(gè)控制面積較大；另外蓄水池考慮進(jìn)出水口，公式還是堰流公式4、小型蓄引水工程1）滾水壩作用：蓄水、雍高水位；設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：10年一遇24小時(shí)最大暴雨其它：壩高一般不超過15米，死庫容計(jì)算時(shí)排沙比一般指懸移質(zhì)排沙比；泄量計(jì)算還是堰流公式；關(guān)注點(diǎn)：計(jì)算泥沙壓力時(shí)要用浮容重2）小型塘壩（山塘）P188-189適用于南方，考慮問題的思路和滾水壩相同公式:W=W0+1000KRF2+10[(h0+R)-h]F3----式5-2-67

使用中注意無水田和上游山塘壩時(shí)即為式5-2-665、引洪漫地引洪流量計(jì)算式-2-69，P190；Q=2.78Fd/(kt)漫淤定額計(jì)算式5-2-73，P193M=107dy/c

例題一

題干：某小流域內(nèi)建有6ｍ高砼滾水壩一座，壩身及兩岸均未設(shè)沖沙和放水設(shè)施。壩址以上流域面積為4km2，建壩前測(cè)得壩址河道斷面20年輸沙總量約4萬t，假定建壩后排沙比為0.2，泥沙干容重為1.31t/m3，洪水徑流系數(shù)為0.45。1、下述關(guān)于多年平均土壤侵蝕模數(shù)的正確描述是？

約為500t/a.km2；大于500t/a.km2；不小于500t/a.km2；小于500t/a.km2；2、若淤積年限為10年，設(shè)計(jì)頻率1小時(shí)降雨量為80mm，則死庫容應(yīng)多大?設(shè)計(jì)頻率洪峰流量約多少

3、某次24h降雨觀測(cè)到壩頂最大溢流水深1m，相應(yīng)泄水流量為45m3/s，則溢流壩段長(zhǎng)度估計(jì)為多少？

例題二

題干：某地一引洪漫地工程，已測(cè)得土的干容重為1.31t/m3。1、如計(jì)劃淤漫定額為4000m3/hm2，淤漫層厚度為15cm，應(yīng)要求洪水含沙量不小于多少？2、如洪水含沙量為400kg/m3，淤漫層厚度為10cm，被淤地塊的平均淤漫水深應(yīng)為多少六、攔沙壩設(shè)計(jì)（一）概念及關(guān)注點(diǎn)作用：攔沙、調(diào)水調(diào)沙；提高侵蝕基準(zhǔn)面，減緩河床比降，穩(wěn)定溝岸，抑制泥石流發(fā)育規(guī)模。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：參照其它水工建筑物確定分類：按結(jié)構(gòu)分類分為重力壩、拱壩、格柵壩、鋼索壩（實(shí)際工作中還可能有其它壩型）按建筑材料分為砌石壩、混合壩、鉛絲石籠壩

熟練掌握攔沙壩穩(wěn)定與應(yīng)力計(jì)算壩基應(yīng)力計(jì)算公式為：（該公式通用，即適用于重力壩、建筑物條形基礎(chǔ)等）

上游、下游面應(yīng)力

（二）例題例題一題干：某地一漿砌石攔沙壩，壩高20ｍ，壩前淤積泥沙高度為10ｍ，泥沙內(nèi)摩擦角為12o，泥沙飽和容重為1.8t/m3。壩基允許承載力為［σ］=40t/m2。1、若壩內(nèi)水位比淤積面高2米，則每延米壩體上游面受到的水壓力和泥沙壓力分別為多大時(shí)，計(jì)算值與實(shí)際值最接近。

2、假設(shè)壩體與基礎(chǔ)的摩擦系數(shù)為0.45，壩體所受垂直力（向下）總和為400t，壩體所受水平力總和為200t，要求壩體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)達(dá)到1.05，請(qǐng)判斷其是否穩(wěn)定

3、假設(shè)壩體垂直力（向下）總和為600t，作用在壩基面中心點(diǎn)的合力矩為800t.m，壩底寬39m（如圖），請(qǐng)判別壩基上游會(huì)否產(chǎn)生拉應(yīng)力,并請(qǐng)計(jì)算壩基下游最大壓應(yīng)力

4、設(shè)壩下矩形河槽寬50m，壩頂以上水深和壩下河床水深均為4m，泄水流量為600m3/s，壩下溝床的標(biāo)準(zhǔn)粒徑為10mm，護(hù)坦消能經(jīng)驗(yàn)系數(shù)σ為0.15。假設(shè)壩頂距下游水面10m，則壩下沖坑深度是多少？如用護(hù)坦消能，其厚度應(yīng)為多大？七、水墜壩（一）概念及關(guān)注點(diǎn)1、壩址選擇①土料充足②土場(chǎng)位置合適，高出沖填壩面10米以上③能滿足用水④有蓄水要求時(shí)，壩基和兩岸滿足防滲要求，庫區(qū)坍岸、滑坡可以接受2、壩型選擇均質(zhì)壩；非均質(zhì)壩3、設(shè)計(jì)要點(diǎn)要附合碾壓土石壩等到規(guī)范有蓄水要求時(shí)，筑壩材料要附