贺前进水土保持生态建设工程设计 土木培训

考前培训中国水土保持学会2009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3~6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3~6小时最大降雨。（本身为题点）

南、北方在相同地面坡度情况下，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

理解公式含义(式5-2-2)土坎梯田施工工序（五道：定线、清基、筑埂、保留表土、修平田面）石坎梯田施工工序（五道：定线、清基、筑石坎、坎后填膛、修平田面）保留表土方法（表土逐台下移法、表土逐行置换法、表土中间堆置法）——仅适用于土坎梯田教材表5-2-1、5-2-2式5-2-2值得讨论，w=B2HL/12严格意义上只适用于90度田坎例题一

南方某省拟机修缓坡土坎梯田1万亩，设计标准和田块长度应为多少？

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=1/10——1/20；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⑴骨干坝控制,水沙资源综合利用⑵分批建坝,分期加高,蓄种相间⑶一次成坝,先淤后排,逐坝利用⑷坝体持续加高,增大库容,全拦全蓄⑸上坝拦洪拦泥,下坝蓄清水,库坝结合⑹清洪分治,排洪蓄清,蓄排结合⑺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土高原地区为主）5水文计算⑴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；

⑵推理公式式中——设计频率洪峰流量，m3/s；——净雨深，mm，在全面汇流时代表相应于时段的最大净雨，在部分汇流时代表单一洪峰对应的面平均净雨；——流域面积，km2；——流域汇流历时，h；——沿主沟道从出口断面至分水岭的最长距离，km；——汇流参数，无资料条件下m值确实可参考表5-2-6，表中J——沿流程L的平均比降（以小数计）。类别雨洪特性、沟道特性、土壤植被条件推理公式洪水汇流参数m值Ⅰ植被条件较差，以荒坡、梯田或少量的稀疏林为主的黄土丘陵沟壑区，旱作物较多，沟道呈宽浅型，间歇性水流，洪水都陡涨陡落1.00~1.301.30~1.601.60~1.80Ⅱ植被条件一般，以稀疏林、针叶林、幼林为主的黄土丘陵沟壑区或流域内耕地较多0.60~0.700.70~0.800.80~0.95Ⅲ植被条件良好，以灌木林、乔木林为主的黄土丘陵沟壑区，治理度达40%~50%，沟床多砾石、卵石、两岸滩地杂草丛生，大洪水多为尖瘦型，中小洪水多为矮胖型0.30~0.400.40~0.500.50~0.60表5-2-6汇流参数m值6、调洪演算

单坝调洪qp=Qp(1-VZ/WP)VZ≤WP

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=Ki;q=AV=AKiq=K(H2-h2)/(2L1)=K(H+h)(H-h)/(2L1)A=(H+h)/2;i=(H-h)/L1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5-2-93）坝坡和马道：坝坡查表5-2-10；马道一般每隔10—15米设一条，宽1-1.5米；4）护坡和坝坡排水：竖向排水50—100米一条；纵向排水与与马道一致；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ω——孔口面积，m2；Q——要求放水流量，m3/s；μ——流量系数，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。

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，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2.5km2，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2km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22.5m3/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？

2、如果用竖井放水，已知放水流量为2.5m3/s，采用上下两孔同时放水，第一孔孔口中心以上水深为1m，两孔之间高差为1m，则放水孔直径最接近多少?=3、如果采用混凝土涵管输水，已知管上垂直土压力为8t/m，涵管内径为1.2m，混凝土弯曲时允许拉应力为100t/m2，则涵管的管壁厚最接近?三、沟头防护工程（一）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①围埂式②围埂加蓄水池式③围埂加其它工程排水型:①跌水式②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①W=10KRF②V=LH2[m+1/i]/2≈LH2/(2i)（二）例题略V=LH2[m+1/i]/2≈LH2/(2i)V=LH2[m+1/i]/2=LH2[m+ctg]/2误差：m/(m+1/i)=m/(m+ctg)若m=1.5;坡度为15度，误差为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：①与沟头防护工程、淤地坝等配合使用；②顶底相照；③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，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+1000KRF2+10[(h0+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5-2-665、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，P193M=107dy/c

例题一

题干：某小流域内建有6ｍ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20ｍ，坝前淤积泥沙高度为10ｍ，泥沙内摩擦角为12º，泥沙饱和容重为1.8t/m3。坝基允许承载力为［σ］=40t/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，坝体所受垂直力（向下）总和为400t，坝体所受水平力总和为200t，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50m，坝顶以上水深和坝下河床水深均为4m，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σ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①土料充足②土场位置合适，高出冲填坝面10米以上③能满足用水④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