山沟治理工程

1、分项目一沟头防护工程 (protection measures of gully head) 黄土区侵蚀沟沟头侵蚀主要是斜坡块体运动，沟头前进主要由黄土区侵蚀沟沟头侵蚀主要是斜坡块体运动，沟头前进主要由 串珠状陷穴和陷穴间孔道的塌陷引起，沟谷扩张则由沟坡崩塌、串珠状陷穴和陷穴间孔道的塌陷引起，沟谷扩张则由沟坡崩塌、 滑塌和泻溜引起。由于黄土入渗力强、多孔疏松、湿陷性大，滑塌和泻溜引起。由于黄土入渗力强、多孔疏松、湿陷性大， 经暴雨径流冲刷，岸坡稳定性差，沟蚀剧烈。沟头前进速度快，经暴雨径流冲刷，岸坡稳定性差，沟蚀剧烈。沟头前进速度快， 沟坎高差大，沟床下切快，沟谷扩张加剧。沟坎高差大，沟床下切

2、快，沟谷扩张加剧。 沟头侵蚀的危害：沟头侵蚀的危害： （1 1）造成大量土壤流失）造成大量土壤流失 （2 2）毁坏农田）毁坏农田 （3 3）切断交通）切断交通 沟头防护工程是斜坡固定工程的一个组成部分，根据作用可将其分为蓄水式沟头蓄水式沟头 防护工程防护工程和排水式沟头防护工程排水式沟头防护工程两类。 一、蓄水式沟头防护工程一、蓄水式沟头防护工程 当沟头上部来水较少时，可采用蓄水式沟头防护工程，沿沟边修筑一道或数道当沟头上部来水较少时，可采用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。水平半圆环形沟埂，拦蓄上游坡面径流，防止径流排入沟道。 （

3、一）沟埂式沟头防护 在沟头以上的山坡上修筑与沟边大致平行的若干道封沟在沟头以上的山坡上修筑与沟边大致平行的若干道封沟 埂，同时在封沟埂上方埂，同时在封沟埂上方1.0-1.51.0-1.5米处开挖与封沟埂大致米处开挖与封沟埂大致 平行的蓄水沟。在设计中要注意封沟埂的位置、封沟埂平行的蓄水沟。在设计中要注意封沟埂的位置、封沟埂 的高度、蓄水沟的深度、沟埂的长度及道数。的高度、蓄水沟的深度、沟埂的长度及道数。 第一道封沟埂与沟顶的距离，等于第一道封沟埂与沟顶的距离，等于2 23 3倍沟深，至少倍沟深，至少5 5 1010米，以免引起沟壁崩塌。各个封沟埂间的距离可米，以免引起沟壁崩塌。各个封沟埂间的距

4、离可 用下式计算：用下式计算： L LH/IH/I H H埂高埂高I I最大地面坡度最大地面坡度% %L L封沟埂的间距封沟埂的间距 1 1、初步拟定沟埂的尺寸与长度；、初步拟定沟埂的尺寸与长度； 2 2、计算蓄水沟的蓄水容积（设计来水量）；、计算蓄水沟的蓄水容积（设计来水量）； 3 3、确定沟埂的尺寸与长度。、确定沟埂的尺寸与长度。 封沟埂与蓄水沟断面示意图 连续式拦水沟埂：在完整的坡地上常采用的一种沟头防护工程。它是根据当地 的土壤情况、沟壁的高低、沟头的形状,在距沟边一定距离处（取13倍的沟深, 以蓄水渗透不致造成沟岸坍塌及陷穴为原则），沿等高线位置采取上挖下垫，挖 沟筑埂而成。沟与埂间

5、净距为1m。埂高0.71.0m。沟、埂断面均取梯形。所形 成的拦水埂依地形和来水量大小可以是一道，也可分成若干道布设(图1a)。 断续式拦水沟埂：在沟头地形破碎的情况下，沿等高位置修筑的一种不连续的， 上下行呈品字形排列的拦水沟埂(图1b)。 （二）埂墙涝池式沟头防护 当汇水面积较大，并有较平缓的地段时，则可开挖涝池群。 二、泄水式沟头防护工程 在下列情况时可修建泄水式沟头防护工程在下列情况时可修建泄水式沟头防护工程 （1 1）当沟头集水面积大且来水量多时，沟埂已不能有效拦蓄径流。）当沟头集水面积大且来水量多时，沟埂已不能有效拦蓄径流。 （2 2）受侵蚀的沟头临近村镇，威胁交通，而无条件或不允

6、许采取蓄水式沟头）受侵蚀的沟头临近村镇，威胁交通，而无条件或不允许采取蓄水式沟头 防护时，须把径流集中地点通过泄水建筑物排泄入沟，并设有消能措施。防护时，须把径流集中地点通过泄水建筑物排泄入沟，并设有消能措施。 （一）悬臂跌水式沟头防护 当陡崖高差小，径流量较小的时，可用木板、石当陡崖高差小，径流量较小的时，可用木板、石 板、混凝土板或钢板作成槽状，使水流直接下泄板、混凝土板或钢板作成槽状，使水流直接下泄 到沟底，不让水流冲刷跌水壁，沟底设消能措施。到沟底，不让水流冲刷跌水壁，沟底设消能措施。 当陡崖高差大，径流量小的时候，可采用悬臂 喷嘴式跌水（见图） 1 1、设计排水量计算、设计排水量计算

7、 QmQm0.278Fh0.278Fh F F集水区面积集水区面积洪峰径流系数洪峰径流系数 h h设计暴雨量设计暴雨量 2 2、结构设计、结构设计 由进口集水池、喷管、拉链和柳谷坊四部分组成。由进口集水池、喷管、拉链和柳谷坊四部分组成。 3 3、水力计算、水力计算 （二）陡坡式沟头防护 一般用于落差较小、地形降落线较长、径流量较大的地点，一般采用陡坡式沟头防护（为减少急流冲刷，一般用于落差较小、地形降落线较长、径流量较大的地点，一般采用陡坡式沟头防护（为减少急流冲刷， 可人工增加急流槽的粗糙程度）。可人工增加急流槽的粗糙程度）。 1 1、设计排水量计算。、设计排水量计算。 2 2、结构设计：由

8、进口集水池、陡槽、反弧段、挑流鼻坎、支墩和支架等几部分组成、结构设计：由进口集水池、陡槽、反弧段、挑流鼻坎、支墩和支架等几部分组成 3 3、水力特性。、水力特性。 （三）台阶式跌水沟头防护 可分为单级式和多级式。单级式用于跌差不大，地形降落集中的地方；多级式多用于跌差较大而地形降落可分为单级式和多级式。单级式用于跌差不大，地形降落集中的地方；多级式多用于跌差较大而地形降落 距离较长的地方距离较长的地方。 h泄水槽水深(m)b泄水槽底宽(m) Q设计洪水流量(m3/s) 3 2 2 501.0 b Q h 3 1 355. 0 h Qb 分项目二谷坊分项目二谷坊 谷坊的概念谷坊的概念 谷坊是水土

9、流失地区沟道治理山洪与泥石流的一种主要工程措施。一般布设在小支谷坊是水土流失地区沟道治理山洪与泥石流的一种主要工程措施。一般布设在小支 沟、冲沟或切沟上，以稳定沟床，防止沟床下切、岸坡崩塌和溯源侵蚀为主，坝高沟、冲沟或切沟上，以稳定沟床，防止沟床下切、岸坡崩塌和溯源侵蚀为主，坝高 3 35 5米，拦沙量小于米，拦沙量小于10001000方，以截流固床护坡为主。方，以截流固床护坡为主。 谷坊是指在山区沟道内为谷坊是指在山区沟道内为 防止沟床冲刷及泥沙灾害防止沟床冲刷及泥沙灾害 而修筑的横向挡拦建筑物。而修筑的横向挡拦建筑物。 又名防冲坝、沙土坝、闸山沟。又名防冲坝、沙土坝、闸山沟。 一、谷坊的作

10、用一、谷坊的作用 1 1、固定与抬高侵蚀基准面，防止沟、固定与抬高侵蚀基准面，防止沟 床下切。床下切。 2 2、抬高沟床，稳定山坡坡脚，防止、抬高沟床，稳定山坡坡脚，防止 沟岸扩张及滑坡。沟岸扩张及滑坡。 3 3、减缓沟道纵坡，减小山洪流速，、减缓沟道纵坡，减小山洪流速， 减轻山洪或泥石流灾害。减轻山洪或泥石流灾害。 4 4、逐渐淤平沟道，形成坝阶地，为、逐渐淤平沟道，形成坝阶地，为 当地农林生产创造条件。当地农林生产创造条件。 谷坊的主要作用是防止沟床下切谷坊的主要作用是防止沟床下切 冲刷。沟道内是否修筑谷坊以沟冲刷。沟道内是否修筑谷坊以沟 道内是否会发生沟床下切为主。道内是否会发生沟床下切

11、为主。 沟床发生下切与沟床的土壤、地沟床发生下切与沟床的土壤、地 质条件、植被状况、纵坡、山洪质条件、植被状况、纵坡、山洪 流速、流量等关系密切。当洪水流速、流量等关系密切。当洪水 流速大于沟道允许最大流速时须流速大于沟道允许最大流速时须 修建谷坊。修建谷坊。 二、谷坊的种类二、谷坊的种类 （一）根据所用材料可分为（一）根据所用材料可分为 土谷坊干砌石谷坊枝梢谷坊土谷坊干砌石谷坊枝梢谷坊 插柳谷坊浆砌石谷坊竹笼装石谷坊木料谷坊混凝土谷坊插柳谷坊浆砌石谷坊竹笼装石谷坊木料谷坊混凝土谷坊 钢筋混凝土谷坊钢料谷坊钢筋混凝土谷坊钢料谷坊 （二）根据使用年限可分为永久性谷坊（）和临时性谷坊（）（二）根据

12、使用年限可分为永久性谷坊（）和临时性谷坊（） （三）按谷坊的透水性质可分为透水性（）和不透水性谷坊（三）按谷坊的透水性质可分为透水性（）和不透水性谷坊 （）。透水性谷坊只起拦沙挂淤作用。（）。透水性谷坊只起拦沙挂淤作用。 干砌石谷坊干砌石谷坊 干砌石谷坊干砌石谷坊 石谷坊石谷坊 干砌石谷坊干砌石谷坊 浆砌石谷坊浆砌石谷坊 混凝土谷坊混凝土谷坊 枝梢谷坊枝梢谷坊 插柳谷坊插柳谷坊 木料谷坊木料谷坊 石笼谷坊石笼谷坊 枝条谷坊枝条谷坊 钢料谷坊钢料谷坊 三、谷坊位置的选择三、谷坊位置的选择 1 1、谷口狭窄；、谷口狭窄； 2 2、沟床基岩外露；、沟床基岩外露； 3 3、上游有宽阔平坦的贮砂场所；、

13、上游有宽阔平坦的贮砂场所； 4 4、在有支流汇合的情形下，应在汇合、在有支流汇合的情形下，应在汇合 点的下游修建谷坊；点的下游修建谷坊； 5 5、谷坊不能设置在天然跌水的上下游，、谷坊不能设置在天然跌水的上下游， 但可设置在有崩塌危险的山脚下。但可设置在有崩塌危险的山脚下。 判断基岩埋藏深浅的依据判断基岩埋藏深浅的依据 当两岸或沟底的部分基岩外露时，当两岸或沟底的部分基岩外露时， 可估计基岩较浅；可估计基岩较浅； 两岸及附近的基岩外露，坝址处沟两岸及附近的基岩外露，坝址处沟 底虽被砂砾覆盖，可估计砂砾层较薄；底虽被砂砾覆盖，可估计砂砾层较薄； 沟底有大石堆积，埋深浅；沟底无沟底有大石堆积，埋深

14、浅；沟底无 大石堆积，埋深深；大石堆积，埋深深； 沟底狭窄，呈沟底狭窄，呈“V V”字形的地方，砂字形的地方，砂 砾层较厚；砾层较厚； 坡度大的沟道上游部分，埋深不大。坡度大的沟道上游部分，埋深不大。 四、谷坊设计四、谷坊设计 （一）谷坊间距的确定（一）谷坊间距的确定 谷坊间距与谷坊高度及淤积泥沙表面的临界不谷坊间距与谷坊高度及淤积泥沙表面的临界不 冲坡度有关。冲坡度有关。 谷坊淤满后淤积泥沙的表面坡度称为稳定坡度。谷坊淤满后淤积泥沙的表面坡度称为稳定坡度。 稳定坡度的估算：稳定坡度的估算： 根据坝后淤积土的土质决定淤积物表面的稳根据坝后淤积土的土质决定淤积物表面的稳 定坡度。定坡度。 沙土沙

15、土0.0050.005粘壤土粘壤土0.0080.008粘土粘土0.010.01粗粗 沙沙0.020.02 根据瓦兰亭公式计算稳定坡度根据瓦兰亭公式计算稳定坡度 I I0 00.093d/H0.093d/H d d砂砾的平均砾径砂砾的平均砾径H H平均水深平均水深 四、谷坊设计四、谷坊设计 日本学者认为稳定坡度是原有坡度的一半；日本学者认为稳定坡度是原有坡度的一半； 修建实验谷坊，淤满后实测稳定坡度。修建实验谷坊，淤满后实测稳定坡度。 L LH/H/（I I I I0 0 ） L L谷坊间距；谷坊间距；H H谷坊高度；谷坊高度； I I天然坡度；天然坡度；I I0 0稳定坡度。稳定坡度。 L L

16、（1.5-2.01.5-2.0）n n在日本在日本n=1/In=1/I L L（1.5-2.01.5-2.0）b bb b沟宽沟宽 四、谷坊设计四、谷坊设计 （二）谷坊贮砂量的计算（二）谷坊贮砂量的计算 V V贮砂量贮砂量 h h谷坊溢流口顶缘距地面的高度谷坊溢流口顶缘距地面的高度 B B1 1堆积地的平均宽度堆积地的平均宽度 E E旧沟床的倾斜角旧沟床的倾斜角 堆积倾斜角堆积倾斜角 b b贮留泥沙和旧沟床的相交点至谷坊的水平贮留泥沙和旧沟床的相交点至谷坊的水平 距离距离 bBV tgtgE h )()( 12 1 2 四、谷坊设计四、谷坊设计 ( (三三) )谷坊断面规格谷坊断面规格 确定谷

17、坊的断面，一要考虑稳固，确定谷坊的断面，一要考虑稳固， 二要考虑省工，三要考虑发挥作二要考虑省工，三要考虑发挥作 用，四要考虑就地取材，因地制用，四要考虑就地取材，因地制 宜。宜。 ( (四四) )谷坊的溢流口设计谷坊的溢流口设计 作业题作业题 1 1、谷坊稳定坡度、谷坊稳定坡度 2 2、简述谷坊的作用。、简述谷坊的作用。 3 3、谷坊位置选择时应满足哪些条、谷坊位置选择时应满足哪些条 件？件？ 分项目三拦砂坝分项目三拦砂坝 拦砂坝的定义拦砂坝的定义 拦砂坝是指以拦蓄山洪泥石流沟拦砂坝是指以拦蓄山洪泥石流沟 道中固体物质为主要目的的挡拦道中固体物质为主要目的的挡拦 建筑物。建筑物。 一般建在主

18、沟或较大的支沟内，一般建在主沟或较大的支沟内， 通常坝高大于通常坝高大于5 5米，拦沙量在米，拦沙量在 10001000立方立方100100万立方。万立方。 一、拦砂坝的作用与坝址选择一、拦砂坝的作用与坝址选择 拦砂坝一般设置在泥石流沟道形成区或形拦砂坝一般设置在泥石流沟道形成区或形 成区与流通区沟谷内，是泥石流综合治理成区与流通区沟谷内，是泥石流综合治理 的骨干工程。的骨干工程。 （一）拦砂坝的主要作用（一）拦砂坝的主要作用 1 1、拦蓄泥沙，调节沟道内水沙，以免除、拦蓄泥沙，调节沟道内水沙，以免除 对下游的危害，便于下游河道整治。对下游的危害，便于下游河道整治。 2 2、提高坝址处的侵蚀基

19、准，减缓坝上游、提高坝址处的侵蚀基准，减缓坝上游 淤积段河床比降，加宽河床，减小流速，淤积段河床比降，加宽河床，减小流速， 从而减小水流侵蚀能力。从而减小水流侵蚀能力。 3 3、稳定沟岸崩塌及滑坡，减小泥石流的、稳定沟岸崩塌及滑坡，减小泥石流的 冲刷及冲击力，防止溯源侵蚀，抵制泥石冲刷及冲击力，防止溯源侵蚀，抵制泥石 流发育规模。流发育规模。 一、拦砂坝的作用与坝址选择一、拦砂坝的作用与坝址选择 1、天然坝址的选择 地质条件：无断裂、无滑坡、崩塌，岸坡稳定 性好，沟床有基岩外露，坝基岩石紧密坚硬； 地形条件：坝址处沟谷狭窄，坝上游沟谷开阔， 沟床纵坡较缓。 泥沙形成区，沟道断面狭窄处； 泥沙形

20、成区与流过区交接段的狭窄处； 流过区开阔段下游狭窄处； 流过区与支沟汇合处下游狭窄处； 流过区与沉积区连接段的狭窄处。 建筑材料 坝址附近有充足的石料 施工条件 坝址距离公路较近，有充足的水源。 2 2、拦砂坝的布置原则、拦砂坝的布置原则 与防治工程总体协调布置与防治工程总体协调布置 能满足拦砂坝本身的设计要求能满足拦砂坝本身的设计要求 有较好的综合效益有较好的综合效益 二、坝型选择二、坝型选择 拦砂坝坝型主要根据山洪或泥石流的规模及当地拦砂坝坝型主要根据山洪或泥石流的规模及当地 的材料来决定。的材料来决定。 （一）按结构分（一）按结构分 1 1、重力坝：依自重在地基上产生的摩擦力抵抗坝、重力

21、坝：依自重在地基上产生的摩擦力抵抗坝 后产生的推力和冲击力。优点：结构简单，施工后产生的推力和冲击力。优点：结构简单，施工 方便，就地取材，耐久性强。缺点：筑坝用料大。方便，就地取材，耐久性强。缺点：筑坝用料大。 2 2、切口坝：是重力坝的变形，又称缝隙坝，可拦、切口坝：是重力坝的变形，又称缝隙坝，可拦 截大砾石。截大砾石。 3 3、错体坝：坝肩处有活动滑坡。、错体坝：坝肩处有活动滑坡。 4 4、拱坝：优点：省工省料。缺点：对坝基要求较、拱坝：优点：省工省料。缺点：对坝基要求较 高，沟谷狭窄，两岸基岩坚固。高，沟谷狭窄，两岸基岩坚固。 5 5、格栅坝：良好的透水性、良好的选择性、坝下、格栅坝：

22、良好的透水性、良好的选择性、坝下 冲刷下、十几年来坝后易于清淤、现场拼装、施冲刷下、十几年来坝后易于清淤、现场拼装、施 工速度快。缺点：强度和刚度小。工速度快。缺点：强度和刚度小。 6 6、钢索坝。、钢索坝。 重力坝重力坝 重力坝重力坝 切口坝切口坝 拱坝拱坝 格栅坝格栅坝 二、坝型选择二、坝型选择 （二）按建筑材料分：（二）按建筑材料分： 1 1、砌石坝：干砌石、浆砌石。、砌石坝：干砌石、浆砌石。 2 2、混合坝：土石混合坝、木石混合坝。、混合坝：土石混合坝、木石混合坝。 3 3、铁丝石笼坝。、铁丝石笼坝。 4 4、格栅坝、格栅坝 砌石坝砌石坝 铁丝石笼坝铁丝石笼坝 格栅坝格栅坝 三、坝高与

23、拦砂量确定三、坝高与拦砂量确定 （一）坝高的确定（一）坝高的确定 1 1、拦沙效益：坝体愈高，拦沙愈多；、拦沙效益：坝体愈高，拦沙愈多； 2 2、工程量和工期：冬春进行，雨季前、工程量和工期：冬春进行，雨季前 完完工；完完工； 3 3、坝下消能措施、坝下消能措施: :坝体越高，修建消坝体越高，修建消 能设施的费用就越高，可采用节节打能设施的费用就越高，可采用节节打 坝。坝。 （二）拦砂量计算（二）拦砂量计算（P115P115） 四、拦砂坝的断面设计四、拦砂坝的断面设计 （一）断面轮廓尺寸（一）断面轮廓尺寸 坝高、坝顶宽度、坝底宽度、上下坝高、坝顶宽度、坝底宽度、上下 游边坡系数。游边坡系数。

24、边坡系数：是指边坡的底宽与渠道边坡系数：是指边坡的底宽与渠道 深度或水深的比值。深度或水深的比值。 （二）坝的稳定与应力计算（二）坝的稳定与应力计算 重力拦砂坝遭破坏的情况：坝基摩擦力不足以抵抗水平推力，因而发生滑动破坏；重力拦砂坝遭破坏的情况：坝基摩擦力不足以抵抗水平推力，因而发生滑动破坏； 在水平推力和坝下渗透压力的作用下，坝体绕下游坝趾的倾覆破坏；坝体强度在水平推力和坝下渗透压力的作用下，坝体绕下游坝趾的倾覆破坏；坝体强度 不足以抵抗相应的应力，发生拉裂或压碎。不足以抵抗相应的应力，发生拉裂或压碎。 1 1、作用力计算：、作用力计算： 坝体重力坝体重力G G： G GV Vd db b

25、b b单位宽度，单位宽度， 淤积物重量：作用在坝体上游面上的淤积物重量等于淤积体积乘以淤积物容重。淤积物重量：作用在坝体上游面上的淤积物重量等于淤积体积乘以淤积物容重。 水压力水压力P P： P Phh2 2b b h h坝前水深坝前水深 泥沙压力泥沙压力P P泥 泥： 坝前泥沙压力：坝前泥沙压力： P P泥 泥c cH H2 2tgtg2 2(45(450 0-/2)b/2-/2)b/2 H H坝前淤积物的高度坝前淤积物的高度 淤积物的内摩擦角。淤积物的内摩擦角。 7.247.24（cc1 1）5.82 5.82 下游坝基上的泥沙压力为被动土压力，下游坝基上的泥沙压力为被动土压力， E Ec

26、 cH H1 12 2tgtg2 2(45(450 0/2)b/2 /2)b/2 H H1 1坝基础深度坝基础深度 坝基扬压力：坝基扬压力： W W HBaHBa1 1b/2b/2 B B坝底宽度坝底宽度 H H坝高坝高a a1 1基础接触面积系数取值为基础接触面积系数取值为1 1 泥石流冲击力泥石流冲击力 P P冲 冲 KVKVc c2 2sinsin 泥石流流向与坝轴线的交角泥石流流向与坝轴线的交角 地震力地震力 2 2、坝体抗滑稳定计算、坝体抗滑稳定计算 K K 3 3、坝基应力计算、坝基应力计算 上游面应力上游面应力上上 下游面应力下游面应力下下 e=M/Ne=M/N b e b N6

27、 1 b e b N6 1 P fN （三）溢流口设计（三）溢流口设计 溢流口设计的目的在于确定溢流口尺寸，即溢流口的宽度溢流口设计的目的在于确定溢流口尺寸，即溢流口的宽度 和高度。其设计步骤如下：和高度。其设计步骤如下： 1 1、确定溢流口形状和两侧边坡：一般为梯形，边坡坡度、确定溢流口形状和两侧边坡：一般为梯形，边坡坡度 为为1 1：0.750.751 1：1 1，固体含量多的泥石流沟道，可为弧形。，固体含量多的泥石流沟道，可为弧形。 2 2、计算坝址处设计洪峰流量、计算坝址处设计洪峰流量Qc(Qc(第三节）第三节） 3 3、计算溢流口宽度：选定单宽溢流流量、计算溢流口宽度：选定单宽溢流流

28、量q q，估算宽度，估算宽度B B。 4 4、计算过坝溢流深度：用试算法求出过坝溢流深度、计算过坝溢流深度：用试算法求出过坝溢流深度hoho。 5 5、计算溢流口高度：、计算溢流口高度：h=ho+ h=ho+ h h， h h一般为一般为0.50.51.01.0 米。米。 （四）坝下消能与冲刷深度计算（四）坝下消能与冲刷深度计算 1 1、坝下消能、坝下消能 （1 1）子坝（副坝）消能：适用于大中型山洪或泥石流荒溪。一般子坝的坝顶应高）子坝（副坝）消能：适用于大中型山洪或泥石流荒溪。一般子坝的坝顶应高 出原沟床出原沟床0.50.51.01.0米，以保证子坝回淤线高于主坝基础顶面。子坝与主坝间的距

29、米，以保证子坝回淤线高于主坝基础顶面。子坝与主坝间的距 离，可取离，可取2 23 3倍主坝坝高。倍主坝坝高。 （2 2）护坦消能：适用于小型沟道。一般用浆砌块石砌筑，长度为）护坦消能：适用于小型沟道。一般用浆砌块石砌筑，长度为2 23 3倍的主坝高。倍的主坝高。 厚度用经验公式估算。厚度用经验公式估算。 2 2、坝下冲刷深度的计算、坝下冲刷深度的计算 坝下冲刷深度估算的目的在于合理确定坝基的埋设深度。坝下冲刷深度估算的目的在于合理确定坝基的埋设深度。 作业题作业题 1、简述拦砂坝的布置原则。 2、拦砂坝坝型按结构分有哪几类？各具哪些特点？ 3、如何计算拦砂坝的拦砂量？ 4、已知某拦砂坝坝址处设

30、计洪峰流量为25m3/s，设计溢流口形状为梯形，边坡系 数为1：1，拟定溢流口单宽流量为7m3/s，试求该溢流口的过坝溢流深度，并按比 例绘制溢流口横断面图（安全超高为0.8m）。 格栅坝是指具有横向或竖向格格栅坝是指具有横向或竖向格 栏网格和整体格架结构的挡拦栏网格和整体格架结构的挡拦 泥石流新型坝。泥石流新型坝。 最适用于拦蓄含巨石，大漂砾最适用于拦蓄含巨石，大漂砾 的水石流。的水石流。 格栅坝格栅坝 一、格栅坝的特点及类型一、格栅坝的特点及类型 （一）格栅坝的特点（一）格栅坝的特点 1 1、拦排结合：改变了拦沙坝以拦沙蓄水为部分挡拦，允许部分不会对下游造成危害的、拦排结合：改变了拦沙坝以

31、拦沙蓄水为部分挡拦，允许部分不会对下游造成危害的 水沙下泻，维持下游河道输沙平衡，保证河道稳定。水沙下泻，维持下游河道输沙平衡，保证河道稳定。 2 2、改善受力条件：承受的泥石流龙头冲击力比实体坝小。、改善受力条件：承受的泥石流龙头冲击力比实体坝小。 3 3、结构简单，用材省，现场组装方便，可实现工厂化生产，缩短施工周期。、结构简单，用材省，现场组装方便，可实现工厂化生产，缩短施工周期。 （二）格栅坝的坝型（二）格栅坝的坝型 按结构受力形式可分为：按结构受力形式可分为： 1 1、平面型：结构简单，整体抗弯、平面型：结构简单，整体抗弯 能力较差，抗泥石流冲击力较低。能力较差，抗泥石流冲击力较低。

32、 2 2、立体型：整体抗弯能力较强，、立体型：整体抗弯能力较强， 承载力比平面型大，内部空框拦截承载力比平面型大，内部空框拦截 泥石流石块后形成自然坝体，增加泥石流石块后形成自然坝体，增加 了坝体的稳定性。了坝体的稳定性。 单式格栅坝单式格栅坝 立体型格栅坝立体型格栅坝 卧式拦砂坝卧式拦砂坝 按建筑材料可分为：按建筑材料可分为： 1 1、钢筋混泥土格栅坝：沟道、钢筋混泥土格栅坝：沟道 中挟带的大石块较多时采用此中挟带的大石块较多时采用此 种坝型。种坝型。 2 2、金属格栅坝：在基岩峡谷、金属格栅坝：在基岩峡谷 段，采用此坝型。段，采用此坝型。 3 3、混合型格栅坝：、混合型格栅坝：112112

33、页、页、 129129页。页。 钢筋混凝土格栅坝 金属格栅坝金属格栅坝 混合型格栅坝混合型格栅坝 二、格栅坝设计 （一）工程等级设计标准的确定：P129 （二）格栅坝的数量与设计要求 为防止溃坝对下游建筑物的危害，同一沟道上建造格栅坝不宜少于2座，紧靠建筑物的第1座坝必须按保证 建筑物所需的条件条件设计，而最上游的1座坝处于防治的前沿，其设计必须首先满足防冲的要求。 （三）格栅坝间隙的确定 D1：4d5% 分项目四淤地坝分项目四淤地坝 淤地坝的定义淤地坝的定义 淤地坝是指在水土流失区各级沟道中，以缓 洪拦沙、淤地造田为主的水土保持工程措施。 其拦泥淤成的地叫坝地。在流域沟道中，用 于淤地生产的

34、坝叫淤地坝或生产坝。 淤地坝的组成、分类与作用淤地坝的组成、分类与作用 一、淤地坝的组成及其运用特性 淤地坝的主要作用是拦泥淤地，一般不长期蓄水， 下游也无灌溉要求。 淤地坝一般由坝体、溢洪道、放水建筑物三部分 组成。 坝体挡水拦泥； 溢洪道排泄洪水； 放水建筑物沟道常流水、库内清水通过其排泄 到下游； 反滤排水设备排除坝内地下水，防止坝地盐碱 化，增加坝坡稳定性。 二、淤地坝的分类和分级标准二、淤地坝的分类和分级标准 （一）淤地坝的分类 1、按材料分：土坝、石坝、土石混合坝； 2、按用途分：缓洪骨干坝、拦泥生产坝、蓄水 坝； 3、按材料和施工方法分：夯碾坝、水力冲填坝、 定向爆破坝、堆石坝、

35、干砌石坝、浆砌石坝。 （二）分级标准 淤地坝可根据库容、坝高、淤地面积、控制流域 面积等因素参考水库分级标准分为大、中、小三 级。 黄土聚湫黄土聚湫 土坝土坝 土坝土坝 放水建筑物竖井放水建筑物竖井 溢洪道溢洪道 淤地坝系淤地坝系 坝坝 系系 三、淤地坝设计洪水标准。 四、淤地坝的作用 1、稳定和抬高侵蚀基准，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，减少入河、入 库泥沙，减轻下游洪沙灾害。提高流域 防洪标准。 3、拦泥、落淤、造地，变荒沟为良田。 4、改变农业生产基本条件,提高粮食产 量。 坝系规划坝系规划 坝系是指以小流域为单元，通过科学规划，在沟 道中合

36、理布设骨干坝和淤地坝等沟道工程，提高 流域整体防御能力，实现沟道水资源的全面开发 和利用而建立的沟道防治体系。 或者说是在流域沟道中通过实施以骨干坝为骨架, 科学地配有一定数量的大、中、小型淤地坝，形 成拦、蓄、排和防、种、养相结合，新建工程与 原有工程的加固配套相结合，流域工程自成体系， 互相配合联合运用，调洪削峰减沙，运行安全， 防洪保收的综合防护体系。 坝系的作用与组成坝系的作用与组成 坝系的主要作用是坝系的主要作用是: :对小流域洪水泥沙进行长期控制对小流域洪水泥沙进行长期控制, ,充分利用水沙资源，促进沟坡充分利用水沙资源，促进沟坡 退耕还林还草和综合治理工作，具有显著的滞洪、拦泥、

37、淤地、生产、灌溉、养殖退耕还林还草和综合治理工作，具有显著的滞洪、拦泥、淤地、生产、灌溉、养殖 等多种效能，最终将达到水沙相对平衡，坝系相对稳定。等多种效能，最终将达到水沙相对平衡，坝系相对稳定。 坝系由生产坝、防洪坝、蓄水坝、拦泥坝组成。在一个小流域内形成以生产坝为主，坝系由生产坝、防洪坝、蓄水坝、拦泥坝组成。在一个小流域内形成以生产坝为主， 拦泥、生产、防洪、灌溉相结合的坝库工程体系称为坝系。可分为干系、支系和系拦泥、生产、防洪、灌溉相结合的坝库工程体系称为坝系。可分为干系、支系和系 组。组。 一、坝系规划的原则与布局一、坝系规划的原则与布局 （一）坝系规划的原则 1、在流域综合治理规划的

38、基础上，上下游、干支 沟全面规划，统筹安排。 2、最大限度地发挥坝系调洪拦沙、淤地增产的作 用。 3、各级坝系，自成体系，相互配合，联合运用， 确保坝系安全。 4、坝系中必须布设一定数量的控制性骨干坝。 5、在流域内进行坝系规划的同时，应做好道路、 水源利用、防治土地盐碱化等规划。 （二）坝系布设方式（二）坝系布设方式 1、上淤下种，淤种结合布设方式 2、上坝生产，下坝拦淤布设方式 3、轮蓄轮种，蓄种结合布设方式 4、支沟滞洪，干沟生产布设方式 5、多漫少排，漫排兼顾布设方式 6、以排为主，漫淤滩地布设方式 7、高线排洪，保库灌田布设方式 8、隔山凿洞，邻沟分洪布设方式 9、坝库相间，清洪分治

39、布设方式 拦洪蓄清方式导洪蓄清方式排洪蓄清方式 当集水面积小，坡面治理较 好，洪水水量较小的沟道， 一般采用此种方式。 上淤下种淤种上淤下种淤种 结合布设方式结合布设方式 在流域面积较大在流域面积较大 的沟道，坡面治的沟道，坡面治 理差，来水量大，理差，来水量大， 劳力较少的情况劳力较少的情况 下，采用此种方下，采用此种方 式。式。 上淤下种淤种结合布设方式 在劳力充足的流在劳力充足的流 域内一般采用此域内一般采用此 种布设方式。种布设方式。 轮蓄轮种，蓄种结合布设方 式 支沟滞洪，干沟生产布设方 式 （三）坝系形成和建坝顺序（三）坝系形成和建坝顺序 1、坝系形成顺序 先支后干：先易后难 先干

40、后支：需投入较高财力和人力 以干分段，按支分片，段片分治：流域面积较 大 2、坝系建坝顺序 自下而上：淤地快，收益早，且上游有拦洪坝， 确保坝地安全生产和灌溉 自上而下：单坝控制流域面积小，来水量和泥 沙少，规模小，工程安全可靠，坝系成地慢。 3、流域建坝密度 根据降雨情况，沟道比降、沟壑密度，建坝淤地 条件。 二、坝址选择二、坝址选择 坝址的选择在很大程度上取决于地形和地质条件，选 择坝址应满足拦洪或淤地效益大，工程量小和工程安 全3个条件。 1、坝址在地形上要求河谷狭窄，坝轴线短，库区宽 阔容量大，沟底比较平缓。同时应选在支沟分岔的下 方和沟底陡坡、跌水的上方。 2、坝址附近应有宜于开挖溢

41、洪道的地形和地质条件。 3、坝址附近应有良好的筑坝材料，取用容易施工方 便。 4、坝址地质构造稳定，两岸无疏松的塌土和滑坡体， 断面完整。 5、坝址应避开沟岔、弯道、泉眼。 6、库区淹没损失要小。 7、坝址应结合坝系规划统一考虑。 三、设计资料的收集与库容曲线绘三、设计资料的收集与库容曲线绘 制制 （一）设计资料收集（一）设计资料收集 1 1、地形资料：坝系平面布置图（、地形资料：坝系平面布置图（1 1：1000010000）库区地）库区地 形图（形图（1 1：500050001 1：20002000，等高线，等高线2 25 5米）坝址地形米）坝址地形 图（图（1 1：100010001 1：

42、50005000，等高距，等高距0.50.51 1米）溢洪道、米）溢洪道、 泄水洞等建筑物所在位置纵横断面图（泄水洞等建筑物所在位置纵横断面图（1 1：1001001 1：200200） 2 2、流域、库区和坝址地质及水文地质资料、流域、库区和坝址地质及水文地质资料 区域或流域地质平面图区域或流域地质平面图 地址地质断面图地址地质断面图 地址地质构造地址地质构造 沟道地下水、泉水逸出地段及其分布状况沟道地下水、泉水逸出地段及其分布状况 3 3、流域内河、沟水化学测验分析资料、流域内河、沟水化学测验分析资料 4 4、水文气象资料、水文气象资料 5 5、天然建筑材料调查、天然建筑材料调查 6 6、

43、社会经济调查资料、社会经济调查资料 7 7、其他条件：交通、电力、淹没损失等、其他条件：交通、电力、淹没损失等 （二）集水面积测算及库容曲线绘制 1、集水面积计算法 求积仪法 方格法 经验公式法：FfL2 F集水面积f流域形状系数L流域长度 梯形法： 2、淤地坝坝高与库容、淤地面积关系曲线绘制法 等高线法： Vn相邻两等高线之间的体积 Fn，Fn+1相邻两等高线对应的面积 Hn两相邻等高线的高差 纵横断面法：粗略计算法 四、淤地坝水文计算 D LL F nn n ) 2 ( 1 n nn n H FF V 2 1 第三节淤地坝调洪演算第三节淤地坝调洪演算 一、淤地坝坝高的确定 淤地坝的总坝高等

44、于拦泥坝高、滞洪坝高及安全超高之 和 （一）拦泥坝高 1、影响拦泥坝高的因素 淤地面积：随坝高增大而增大 淤满期限：是确定拦泥坝高的重要参数 工程量和施工方法 2、拦泥坝高的确定 分析淤地坝的坝高淤地面积库容曲线，初步选定 经济合理的拦泥坝高，从关系曲线中查得相应坝高的拦 泥库容；初拟坝高加滞洪坝高和安全超高的初估值， 一般为34米，作为全坝高估算坝体的工程量；根据 施工方法、工期和社会经济情况，判断实现初选坝高的 可能性；根据淤地坝控制流域内的年平均输沙量推求 淤平年限。 （二）滞洪坝高的确定：根据设计洪水 的大小 （三）安全超高的确定：主要取决于坝 高的大小。 二、淤地坝调洪演算的基本原理

45、二、淤地坝调洪演算的基本原理 （一）淤地坝的调洪过程 当设计洪水进入淤地坝后，洪峰流量减少，洪水历时延 长，这个过程称为淤地坝调节洪水过程，简称淤地坝调 洪。 当洪水来临时，时间t0，洪水流量Q与溢洪道泄水量 q均为0，淤地坝内洪水位即为溢洪道的坝顶高程。随着 洪水流量Q增加，q也随之加大，由于Qq，库内水位 逐渐上升。当洪水流量Q达到设计洪峰流量Qm，Q与q 的差值最大，此时坝内水位上升最快。T1以后，Q开始 减少，但由于Qq，坝内水位仍然增加，q不断增大。 随着（Qq）的减小，水位上升速度减慢。至t2时， Qq，坝内水位达到了最大值，水位不再上升，q达到 最大值qm，此时的水位称为最高洪水

46、位。T2以后，Q q，水位开始下降。至t3时洪水量为0，溢洪道继续 下泄。至t4时，水位下降至溢洪道坝顶高程，坝内洪水 全部排完，q0。 Q t q t Qq t Q m qm Q : 入库流量入库流量 q：下泄流量下泄流量 防洪库容防洪库容Vm 调洪演算图调洪演算图 洪水入坝流量过程线与溢洪道泄洪 过程线的交点称为淤地坝的最大泄 洪量。 通过淤地坝调节天然洪水过程，可 以削减洪峰，延长洪水历时，减轻 洪水灾害。 滞洪库容：从溢洪道坝顶至最高洪 水位之间的库容。 （二）淤地坝调洪演算的基本原理（二）淤地坝调洪演算的基本原理 调洪演算是根据水量平衡原理进行的。即在任一 时段内流入淤地坝的水量减去

47、流出淤地坝的水量， 即为该时段淤地坝的蓄水量。 其中：V1，V2时段初末淤地坝的蓄水量 21 2121 22 VVt qq t QQ 在上述方程中q2、v2为未知数，需建立泄洪量与 蓄水量的关系式。在淤地坝中，库容V是坝高H的 函数，而溢洪道泄流量q也是坝高H的函数，根据 水力学宽顶堰流流量公式计算，坎顶坝高H与泄洪 流量关系为： qMBH 1.5 q泄洪流量 M第二流量系数Mmm0.32-0.385 B溢洪道宽度 H坎顶坝高 所以： qf（V）MBH 1.5 根据函数绘制qV曲线，解联立方程式即可求得 q2、v2。 g2 三、调洪演算方法 高切林法与图解法。 高切林法将洪水过程线概化为三角形

48、，库坝下泄过程线概化为直线，具有简单快速的优点。 在淤地坝和小型水库的规划设计中，一般只需求出溢洪道的最大泄洪流量qm和滞洪库容V滞，不需要计算 坝、库的泄洪过程。所以在设计中采用概化三角形求解法。 因为因为QmtQmt2 2等于设计洪水总量等于设计洪水总量WpWp，故上式可，故上式可 写为：写为： 概化三角形的计算原理是近似地认为淤地坝的泄 洪过程线和入坝洪水过程线一样，均为三角形， 用几何法求解。 m mmmm Q q 1 2 tQ 2 tq 2 tQ 滞 V m m Q q 1W 滞 V p mm W V 1Qq 滞 或 作业题：作业题： 一、淤地坝一、淤地坝淤地坝调洪淤地坝调洪 二、简

49、述淤地坝的作用。二、简述淤地坝的作用。 三、简述淤地坝布设的方式。三、简述淤地坝布设的方式。 四、如何确定淤地坝坝高。四、如何确定淤地坝坝高。 五、简述淤地坝调洪过程五、简述淤地坝调洪过程 土坝设计土坝设计 一、土坝枢纽布置与坝型选择 （一）土坝枢纽布置 枢纽建筑物以坝为主体，包括泄洪建筑物、放 水建筑物、灌溉引水建筑物等。枢纽建筑物的 布置根据地形和地质条件合理安排。 （二）土坝坝型选择 土坝是土料填筑而成的挡水建筑物，它是淤地坝和小型水库采用最多的一种坝型。 二、土坝断面尺寸的拟定二、土坝断面尺寸的拟定 （一）坝顶宽度：坝顶宽度与坝高有关，坝体 愈高则坝顶宽度愈宽。见p188（表79） （

50、二）土坝坝坡：参照p189（表710）。 （三）最大铺底宽度的计算 Bmb+(m1+m2)H+nb1 Bm 土坝最大铺底宽，m； b坝顶宽； n上下游坝坡马道总数； m1 上游边坡比； m2下游边坡比； H最大坝高； b1马道宽。 三、土坝的渗透计算三、土坝的渗透计算 （一）不透水地基且坝下游无排水设备 1、下游无水情况 2、下游有水情况 （二）不透水地基且有堆石排水体 1、下游无水情况 2、下游有水情况 （三）有限厚透水地基情况 溢洪道设计溢洪道设计 一、溢洪道位置的选择 1、要尽量利用天然的有利地形条件。减少开挖量，缩短工期。 2、在地质条件上要求溢洪道两岸山坡比较稳定。 3、在平面布置上

51、，溢洪道要尽量做到直线布置，力求泄洪时水流顺畅。 4、溢洪道布置时尽可能不和泄水洞放在同一侧。 二、溢洪道的形式和断面尺寸的确定二、溢洪道的形式和断面尺寸的确定 淤地坝溢洪道的形式，主要有两种：一种是明淤地坝溢洪道的形式，主要有两种：一种是明 渠式，另一种是溢流堰式。渠式，另一种是溢流堰式。 （一）明渠式溢洪道：适用于小型淤地坝和临（一）明渠式溢洪道：适用于小型淤地坝和临 时性溢洪道。一般不做砌护工程，在红胶土或时性溢洪道。一般不做砌护工程，在红胶土或 岩石上开挖，一般在岩石上采用矩形断面，非岩石上开挖，一般在岩石上采用矩形断面，非 岩基上采用梯形断面，边坡为岩基上采用梯形断面，边坡为1：0.

52、31：1。 断面尺寸根据所选断面形状、设计最大泄洪流断面尺寸根据所选断面形状、设计最大泄洪流 量和设计滞洪水深按水力学明渠均匀流公式计量和设计滞洪水深按水力学明渠均匀流公式计 算，即算，即 采用试算法，求得断面尺寸后，加超高采用试算法，求得断面尺寸后，加超高0.5 1.0m RiCq m 例题：某淤地坝溢洪道设计最大泄洪流量为85.6米3/秒，设计滞洪水深为1.5米， 溢洪道设计为梯形断面，边坡系数m=1，糙率0.035，底坡1/100，试求溢洪道 的底宽，并绘制溢洪道横断面设计图。 底宽过水断面积湿周水力半径底宽过水断面积湿周水力半径RiRiR R1/6 1/6C C流量 流量Q Q 说明说

53、明 101017.2517.2514.2414.241.2111.2110.1100.110 1.031.0329.4329.4355.8455.84 Q Q85.685.6 151524.7524.7519.2419.241.2861.2860.1130.113 1.0431.043 29.80 83.34 29.80 83.34 Q Q85.6 85.6 161626.25 20.24 1.297 0.114 1.044 29.83 26.25 20.24 1.297 0.114 1.044 29.83 89.266 89.266 Q Q85.685.6 15.515.525.5 19.7

54、4 1.292 0.114 1.044 29.83 25.5 19.74 1.292 0.114 1.044 29.83 86.72 86.72 Q Q85.685.6 15.315.325.2 19.54 1.290 0.114 1.043 29.80 25.2 19.54 1.290 0.114 1.043 29.80 85.6185.61 某水渠输水流量Q3.0米3/秒，渠身为梯形，边坡系数m=1，糙率n=0.025， 底坡i=1/2000，设渠底底宽b=2.0米，求水深h。 （采用试算法，h=1.26米） （二）溢流堰式溢洪道 可分为台阶式、跌水式和陡坡式， 最常用的是陡坡式：结构简单、水 流平顺、施工方便、工程量小，在 大中型淤地坝和小型