水土保持工程学课程设计

水土保持工程学课程设计拦渣坝设计学院：环境科学与工程学院姓名：西南林业大学学号：20120753045班级：水保2012级指导老师：马建刚

目录第一章小流域基本情况 31.1地理位置及地形概况 31.2水文地质 31.3植被 41.4泥石流概况 41.5泥石流特征 41.6泥石流成因 5第二章泥石流设计参数计算 52.1不同设计频率的最大24h降水量（H24p）的计算 52.2清水洪峰流量（Qwp）计算，列表 92.3泥石流洪峰流量（Qcp）计算，列表 92.4泥石年流淤积量（Wcp）计算，列表 11第三章拦砂坝设计 123.1坝址选择 123.2坝型选择 123.3坝的设计 123.4拦砂坝库容及淤积年限计算 16第四章排导槽设计 174.1排导槽平面布置形式 174.2排导沟断面设计 17第五章水土保持工程投资估算 185.1估算依据 185.2投资估算情况 19

第一章小流域基本情况1.1理位置及地形概况怒江州六库镇位于云南省西北部，芭蕉河位于六库镇西坡，地理坐标为：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贡山东坡，怒江西岸，汇水面积为4.08km²,全沟长4.33km，流向自西向东，最高点海拔为2450m，山口处海拔为880m，高差达1570m，比降为25％。沟床叠水、陡坎、拐弯多见。沟床阻塞系数为1.3～1.7，沟侧山30～35°，局部达60°。河流出口后堆积有不同时期的洪积物，与怒江交汇处海拔为790m，相关图件见图1-11.2水文地质流域内主要分布的地层有元古代高黎贡山群变质岩系，以片岩、片麻岩、混合岩、变粒岩为主。山口地带出露寒武系保山组砂岩、板岩，产状为250L40。三迭河弯街组（T3）碳酸盐岩，以白云岩为主，产状为230L55，其表层大部分覆盖有厚0.5～1.0m的坡残积层。山口以东至怒江约1100m，为一洪积扇，怒江州卫校、师范学校和汽车总站等到单位设于此地，是州府重镇之一。新生代以来，构造应力呈东西向强烈挤压，地壳持续抬升，在长期地质营力作用下，岩体破碎，节理裂隙发育，溪沟下切，风化土层深厚，崩塌、滑坡发育，松散体物质储量达1369万m3，可移方量410万m3，固体物质源丰富，为泥石流的形成创造了必要的物质条件。1.3植被该流域属于亚热带湿润气候，年平均气温为20.2℃，最高气温为26.6℃，极高气温可达41.6℃，最低气温可达4.5℃。年平均降雨量为1011mm，5～10月为雨季，降雨量占全年的70%。芭蕉河内常年有水，但随季节流量暴涨暴落，旱季最小流量为0.02m3/s，雨季可增加数十倍。全流域林地面积占68%，郁闭度为60%，坡耕地占32%。1.4泥石流概况从流域特点看，泥石流形成过程可分为水源区、形成区、流通区和淤积区。水源区位于主沟海拔1060m以上，面积为3.62km2。发育有滑坡3个，坍塌3处，松散固体物质储量为636万m3，单位储存量为120.44万m3/km2；形成区位于主沟海拔1060～880m，面积0.46km2，发育有滑坡4个，坍塌5处，松散固体物质储量为730万m3；流通、淤积区：海拔880m至怒江边，长度为1.01km，泥石流时冲时淤。1.5泥石流特征1989年10月20日晚8时，芭蕉河爆发了一场灾害性泥石流。高约3m的泥石流龙头夹裹着巨大漂砾急汇而下，冲毁、於埋沟道两岸附近州云总站、州邮电局、州民族师范学校等6个单位的房屋40栋，桥梁两座等，估计经济损失达889万元。根据灾后现场调查，泥石流剖面多为“泥包砾”，泥面呈黄色，坡降8.7%，保存1年多未脱落，表明浆体稠度很高，为粘性泥石流。据房屋墙壁的泥痕和固体沉积物厚度，推算出流体容重为21KN/m3，经采样粒度肥西，测得中值粒径为d50=2.5mm，用泥痕计算得流速为4～5m/s，根据武汉水电学院水槽实验公式计算的流速为4.08m/s，流量160m3/s。1.6泥石流成因芭蕉河山口以上属于中山地形，侵蚀切割较深，大部分地形呈“V”形谷，岸壁陡峻，岸体破碎，崩塌、滑坡较为发育，松散固体物质储量达1269×104m³，为泥石流的形成创造了物质基础。历时长、强度大的降雨时激发泥石流形成的动力。1989年10月3日到20日，该地区出现了长达半个月的连阴降雨天气，共降雨461.7mm，突破了历史同期所有极限，其中10日为69.4mm，16日为74.5mm，17日为59.8mm，19日为50.5mm，20日晚又出现了高强度暴雨而触发了大规模泥石流。据资料记载，二十世纪二十年代，曾爆发过一次规模最大的泥石流。1949年又爆发一次，但规模较小。从泥石流堆积扇的分布、厚度及堆积旋回分析，芭蕉河泥石流在历史上层活动频繁，规模宏大，后期呈衰减之势，但近年来，人口增多，人类活动加剧，毁林开荒使生态恶化，泥石流活动趋于活跃。为此，积极对泥石流进行防治是完全必要的。第二章泥石流设计参数计算2.1不同设计频率的最大24h降水量（H24p）的计算1.将芭蕉河流域1958～1989年32年的实测最大24h降水量列于表2-1中，计算出系列的统计参数，如均方差、变差系数CV、偏差系数CS，然后在频率格纸上点汇暴雨频率曲线。统计参数计算如下：（1）样本的平均数：（2）样本的均方差s：（3）变差系数Cv：表4-1芭蕉河流域设计暴雨频率计算表序号时间H24i（mm）H24i大→小经验频率%p=m/(n+1)模比系数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总计1839.7（4）偏差系数Cs：（5）模比系数Ki：2．适线：采用不同的Cs值进行适线，列表计算：理论频率曲线计算表。分别绘制出理论频率曲线，然后找出与经验点据配合得较好的理论曲线，在此曲线上查找不同频率的最大24h降雨量，列成表格。1)X=57.49mm,取Cv=0.22，并假定Cs=2Cv=0.44，查水文与水资源学附表，得出不同频率的KP值，列于表中第（2）栏，乘以X得相应的QP值，列于表第（3）栏。将表中第（1）、（3）两栏对应数值点绘曲线，发现理论曲线尾部与经验点据略向上偏移较少，配合的比较好，但头部偏移经验点据较多。2）改变参数，重新配线。由第一次配线结果表明，需要增大Cv值。现取Cv=0.24，Cs=2Cv=0.48，再查附表2得到相应的KP值，并计算各Qp值，至于表（4）、（5）栏，经与经验点据配合，发现头部较第一次配线头部向上与经验点据，尾部向下更接近于经验点据。3）再次改变参数，第三次配线。现取Cv=0.25，Cs=2Cv=0.50，再查附表2得到相应的KP值，并计算各Qp值，至于表（6）、（7）栏，再次计算理论频率曲线，与经验点据配合较好，即作为采用的理论频率曲线。频率P（%）第一次配线第二次配线第三次配线=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）计算，列表按照公式(F为流域面积，为4.08km²)来计算，其中KM=2.6m3/s·km2，选取Cs=2Cv，Cv=0.35，然后查P-Ⅲ型模比系数可得出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清水洪峰流量对应表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）计算，列表运用公式Qcp=η*Qwp计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）；—综合荒溪指数，取决于荒溪类型及荒溪流过区末端弯曲度K值。芭蕉河流域爆发的泥石流容重为21kN/m3（即2.1t/m3），2.1t/m3>1.7t/m3,属于冲击力强的泥石流荒溪，其沟道的弯曲度，1.5<K<2,综上查表取荒溪指数为8。参数计算表参数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综合荒溪指数η值荒溪类型山洪泥石流容重（t/m2）综合荒溪指数极端情况下K=1.0-1.5K=1.5-2.0K>2的冲击力冲击力强泥石流荒溪>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泥石年流淤积量（Wcp）计算，列表泥石流淤积量计算采用侵蚀模数法，根据对流域综合情况的判断，给出林地和坡耕地的侵蚀模数，给出输移比，结合侵蚀物容重和不同地类面积计算Wcp。参考林地侵蚀模数为：1000t/km2·a，坡耕地侵蚀模数为：8000t/km2·a。Wcp=A林W林α1+A坡W坡α2式中Wcp—泥石流淤积量，t/aA林—林地面积，km2A坡—坡耕地面积，km2W林—林地侵蚀模数，为1000t/（km2·a）W坡—坡耕地侵蚀模数，为8000t/（km2·a）α1,α2—输移比，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泥石流年淤积数量统计表流域面积占地比例面积侵蚀模数输移比Wcp（t/a）（km2）（%）（km2）t/（km2·a）林地4.08682.7710000.41109.76坡耕地4.08321.3180000.44177.92合计4.085287.68第三章拦砂坝设计3.1坝址选择坝址选择的原则如下：1）.地质条件坝址附近应无大断裂通过，坝址处无滑坡、崩塌，岸坡稳定性好，沟床有基岩出露，或基岩埋深较浅，坝址为硬性岩或密实的老沉积物。2）.地形条件坝址处沟谷狭窄，坝上游沟谷开阔，沟床纵坡较缓，建坝后能形成较大的拦淤库容。3）.建筑材料坝址附近有充分的或比较充足的石料、砂等当地建筑材料。4）.施工条件坝址离公路较近，从公路到坝址的施工便道易修筑，附近有布置施工场地的地形，有可供施工使用的水源等。与防治工程总体布置协调如与上游的谷坊或拦砂坝、下游拦砂坝或排导槽能合理的衔接。5）.满足拦砂坝本身的设计要求如以拦沙为主的坝，坝址应尽量选在“肚大口小”的沟段；以拦淤反压滑坡为主的坝，应尽量靠近滑坡。6）.有较好的综合效益如拦砂坝既能拦砂，又能稳坡，一坝多用3.2坝型选择选用浆砌石重力坝。它的作用原理是，坝前作用的泥沙压力、冲击力、水压力等水平推力，通过坝体传递到坝的基础上。坝的稳定，主要是坝体的质量在坝基础面上产生的摩擦力大于水平推力的原因。3.3坝的设计：（一）初步拟定断面尺寸，并绘制断面图；（二）溢流口水力计算；（三）稳定性分析；（四）坝下消能设计，并绘图。3.3.1步拟定断面尺寸浆砌石坝断面轮廓尺寸设计坝高（m）坝顶宽度（m）坝底宽度（m）坝坡上游下游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单宽流量的确定工程实践证明对于软弱岩石常取q=20-50m3/(s*m)；中等坚硬的岩石q=100-150m3/(s*m)；特别坚硬的岩石q=20-50m3/(s*m)。若此拦砂坝设计标准为10年一遇，则（其中为山洪中固体物质比重,一般取2.4-2.7；为山洪容重）3.3.2溢流口水力计算溢流口形状为梯形；边坡坡度取1:1设计洪峰流量QC=Qwp(1+φ)×DC=8.50×(1+1.8）×1.7=40.46m3/s,式中φ=1.8。φ=γc-1溢流口宽度计算：取溢流口的单宽流量q=10m3/s,超高0.5mB=Qc/q=40.46m3/s/10m3/s=4.5m溢流口高度计算：h=h0+△h=2.5+0.5=3.5m溢流口断面图如下图：3-2（图中单位为mm），见附图23.3.3定性分析坝高：10m，基础埋深：2m，顶宽：3m底宽：18m。采用砌石砌体筑，砌体容重2.3t／m.砌体与与坝基之间摩擦系数为0.5（砂岩）。(土壤有含水量的砂砾和粗砂)泥石流容重与淤积物容重均取2.1t／m坝体受力示意图：1、作用力计算：（1）坝体重力(以1m坝长算)坝上游淤积物重：泥沙压力：（其合力作用在4m处）坝基土压力为：坝基渗透压力为：作用点在离上游4m处。坝的稳定计算：3.3.4下消能设计，并绘图本次设计采用副坝消能，其中副坝坝顶高出原沟床1m，坝高3米，副坝距离主坝20米，具体示意图如下（图中单位为mm）：3.4拦砂坝库容及淤积年限计算坝的库容计算:淤积年限计算:=(22480X1.4)/5287.68=6（a）第四章排导槽设计4.1排导槽平面布置形式结合相关资料，因为芭蕉河的荒溪类型类型属于泥石流荒溪类型，所含固体物质丰富，可以采用的平面布置形式有向上游排及向中部排。布置排导沟的目的就是为了让泥石流和洪水顺畅排泄，而不至于漫流改道，确保沿河两岸村庄、城镇、工矿区和农田的安全，但是芭蕉河的山口洪积扇设有学校、汽车总站等单位，所以本次设计