农田防护和水土保持工程讲义.ppt

农田防护和水土保持工程,目 录,一 山边沟渠工程 二 鱼鳞坑 三 谷坊 四 梯田 五 防洪护岸工程 六 农田防护林,一 山边沟渠工程,概念：为防治坡面水土流失而修建的截 排水设施，通称坡面沟区工程。 作用：1、拦截坡面径流引水灌溉； 2、排除多余来水防止冲刷； 3、减少泥沙下泄保护坡脚农田； 4、巩固和保护治坡成果。,一 山边沟渠工程,类型： 1、截水沟 水平沟、沿山沟、拦山沟、 环山沟、山圳、梯田内的边沟及背沟； 2、排水沟 撇水沟、天沟、排洪沟； 3、蓄水沟 水平竹节沟； 4、引水渠 堰沟； 5、灌溉渠,一 山边沟渠工程,规划原则： 1、应与梯田、耕作道路、沉沙蓄水工程同时规划，并以沟区道路 为骨架，形成完整的防御、利用体系； 2、根据不同防治对象，因地制宜确定沟渠类型，高水高排或高用、 中水中排或中用、低水低排或低用； 3、在坡面上一般应综合考虑布设截、排、引、灌溉渠工程，截水 沟、排水沟可间作引水渠、灌溉渠； 4、截水沟一般应与排水沟相接，并在连接处前后做好沉沙、防冲 设施； 5、梯田区域内承接背沟两段的排水沟，一般垂直等高线布设，并 与梯田两端的道路同向，土质排水沟应分段设置跌水，一般以 每台梯面宽为水平段，每台梯坎高为一级跌水，在跌水处作好 铺草皮或石方衬砌防冲消能措施；,一 山边沟渠工程,规划原则： 6、截水沟和排水沟、引水渠、灌溉渠在坡面上的比降，应视其截、 排、用水去处的位置而定。当截、排用水去处的位置在坡面时， 截水沟和排水沟可基本沿等高线布设，沟底比降应满足不冲不 淤流速，沟底比降过大或与等高线垂直布设时，必须做好防冲 措施； 7、一个坡面积较小的沟渠工程系统，可视为一个排、引、灌水块。 当坡面面积较大，可划分为几个排、引、灌水块或单元； 8、应尽量避开滑坡体、危岩等地带，注意节约用地，使交叉建筑 物最少，投资最省。,一 山边沟渠工程,设计： 暴雨径流的设计 设计标准： 根据gbt16453.1164536水土保持综合治理技术规范1996，小型蓄排引水工程中规定，防御暴雨标准，按10年一遇24h最大降雨量设计。 坡面径流量、洪峰流量与土壤侵蚀量的确定： 当地水文手册,一 山边沟渠工程,设计： 截水沟的容积尺寸 式中：v截水沟容量，m3 vw一次暴雨径流量， m3 vs13年土壤侵蚀量， m3 式中：f截水沟的集水面积，km3 mw一次暴雨径流模数，m3km2 ms年平均土壤侵蚀模数，tkm2,一 山边沟渠工程,设计： 截水沟断面设计 式中：a截水沟过水断面面积，m2 q设计坡面汇流洪峰流量，m3s c谢才系数 r水力半径，m i截水沟沟底比降,一 山边沟渠工程,灌水农渠断面结构示意图,一 山边沟渠工程,排水干沟断面示意图,一 山边沟渠工程,水平沟断面示意图,一 山边沟渠工程,截水沟断面示意图,一 山边沟渠工程,二 鱼鳞坑,鱼鳞坑是陡坡地（45）植树造林的整地工程，多挖在石山区较陡的坡面上，或支离破碎的沟坡上。由于这些地区不便于修筑水平沟，因而采取挖坑的办法分散拦截坡面径流。 鱼鳞坑设计标准从暴雨频率和造林成活保证滤两方面考虑。,二 鱼鳞坑,鱼鳞坑在水平方向沿等高线布设，上下两个坑应交叉而又相互搭接，呈品字形排列。 水平方向鱼鳞坑间距一般1.5-3.5m；月牙坑半径为0.4-0.5m；坑深为0.4-0.6m。 挖坑取出的土培在外沿筑成半圆埂，以增加蓄水量。 埂中间高两边低，使水从两边流入下一个鱼鳞坑。 表土填入坑内，坑内种树，每坑一树。 一般每公顷挖22503000个坑。,二 鱼鳞坑,二 鱼鳞坑,鱼鳞坑布置图（单位：mm）,三 谷 坊,概念： 又名防冲坝、沙土坝、闸山沟等，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。一般布置在小支沟、冲沟或切沟上，稳定沟床，防止因沟床下切造成的岸坡崩塌和溯源侵蚀。坝高35m，拦沙量小于1000m3，以截流固床护坡为主。,三 谷 坊,作用： 1、固定与抬高侵蚀基准面，防止沟床下切； 2、抬高沟床，稳定山坡坡脚，防止沟岸扩张及滑坡； 3、减缓沟道纵坡，减小山洪流速，减轻山洪或泥石流灾害； 4、使沟道逐渐淤平，形成坝阶地，为发展农林业生产创造条件。,三 谷 坊,种类： 1、土谷坊； 2、干砌石谷坊； 3、枝梢（梢柴）谷坊； 4、插柳谷坊（柳桩编篱）； 5、浆砌石谷坊； 6、竹笼装石谷坊； 7、木料谷坊； 8、混凝土谷坊； 9、钢筋混凝土谷坊； 10、钢料谷坊。,三 谷 坊,位置的选择： 1、谷口狭窄； 2、沟床基岩外露； 3、上游有宽阔平坦的贮砂地方； 4、在有支流汇合的情形下，应在汇合点的下游修建谷坊； 5、不应设在天然跌水附近的上下游，但可设在有崩塌危险的山脚 下。,三 谷 坊,设计： 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冲坡度有关。实际调查资料证明，在谷坊淤满后，其表面不可能水平，而具有一定坡度，叫做稳定坡度。 稳定坡度（i0）确定： 1、根据坝后淤积土土质，沙土为0.005；黏壤土为0.008；黏土为 0.01；粗沙兼有卵石子为0.02； 2、按照瓦兰亭公式计算 式中：d砂粒的平均粒径，m；h平均水深，m； 3、认为稳定坡度为原有坡度的一半； 4、修建实验谷坊。,三 谷 坊,设计： 谷坊间距的确定 式中：l谷坊间距，m h谷坊高度，m i沟底天然坡度 i0稳定坡度,三 谷 坊,设计：,三 谷 坊,设计： 谷坊断面规格 确定合适的谷坊断面，必须因地制宜，要考虑既稳固又省工，还能让坝体充分发挥作用。谷坊高度应依建筑材料而定，一般情况下，土谷坊不超过5m，浆砌石谷坊不超过4m，干砌石谷坊不超过2m，柴草，柳梢谷坊不超过1m。,三 谷 坊,三 谷 坊,三 谷 坊,三 谷 坊,谷坊结构尺寸参考数值表,三 谷 坊,三 谷 坊,设计： 溢流口设计 为避免暴雨造成洪水漫顶冲毁谷坊，石谷坊可在谷坊顶部中央留溢水口，土谷坊要在谷坊一端留溢水口。,四 梯 田,概念：梯田是山区、丘陵区常见的一种基本农田，它是由于地块顺坡按等高线排列呈阶梯状而得名。 作用：梯田可以改变地形坡度，拦蓄雨水；增加土壤水分，防治水土流失，达到报水、保土、保肥的目的，同改进农业耕地作技术结合，能大幅度地提高产量。 我国规定，25度以下的坡耕地一般可修成梯田，种植农作物，25度以上的则应退耕植树种草。,四 梯 田,类型： 1、按断面形式可分为阶台式梯田和波浪式梯田两类。阶台式梯田 又可分为水平梯田、坡式梯田、反坡梯田、隔坡梯田； 2、按田坎建筑材料分类可分为土坎梯田、石坎梯田、植物田坎梯 田； 3、按土地利用方向分类可分为农田梯田、水稻梯田、果树梯田、 林木梯田等。以灌溉与否分为旱地梯田、灌溉梯田； 4、按施工方法分类可分为人工梯田、机修梯田。,四 梯 田,四 梯 田,梯田的规划 耕作区规划 以一个经济单位（一个镇或一个乡）农业生产和水土保持全面规划为基础。选择坡度较缓、土质较好、据村较近，水源及交通条件比较好，有利于实现机械化和水利化的地方，建设高产稳产基本农田，然后根据地形条件，划分耕作区，每个耕作区面积一般以50100亩为宜。 缓坡区梯田的规划原则 1)以道路为骨架划分耕作区，在耕作区内布置宽面（2030m或 更宽）、低坎（1m左右）地埂的梯田，田面长200400m，便 利大型机械耕作和自流灌溉。 2)一般情况下耕作区为矩形或正方形，四面或三面通路，路面宽 3m左右，路旁与渠道、农田防护林网结合；耕作区道路两端与 村、乡、县公路相连。,四 梯 田,梯田的规划 耕作区规划 3)对少数地形有波状起伏的，耕作区应顺总的地势呈扇形，区内 梯田埂线亦随之略有弧度，不要求一律成直线。 如果耕作区规划在坡底下部，其上是林地、牧场或荒坡，有暴雨径流下泄时，应在耕作区上缘开挖截水沟，拦截上部来水，并引入蓄水池或在适当地方排入沟壑，保证耕作区不受冲刷。,四 梯 田,梯田的规划 地块规划 1、地块的平面形状，应基本上顺等高线呈长条形、带状布设。一 般情况下，应避免梯田施工时远距离运送土方。 2、当坡面有浅沟等复杂地形时，地块布设必须注意“大弯就势， 小弯取直”，不强求一律顺等高线，以免把田面的纵向修成连 续的“s”形，不利于机械耕作。 3、如果梯田有自流灌溉条件，则应使田面纵向保留13001 500的比降，以利行水，在某些特殊情况下，比降可适当加大， 但不应大于1200。,四 梯 田,梯田的规划 地块规划 4、地块长度规划，有条件的地方可采用300400m，一般是150200m，在此范围内，地块越长，机耕时转弯掉头次数越少，功效越高，如有地形限制，地块长度最好不要小于100m。 5、在耕作区和地块规划中，如有不同镇、乡的插花地，必须进行协商调整，便于施工和耕作。,四 梯 田,梯田的规划 梯田附属建筑物规划 1、蓄水拦沙设施的规划 规划内容包括“引、蓄、灌、排”的坑、凼、池、塘、埝等缓流拦沙附属工程。规划时既要做到各设施之间的紧密结合，又要做到与梯田建设的紧密结合。规划程序上可按“蓄引结合，蓄水为灌，灌余后排”的原则，根据各台梯田的布设情况，由高台到低台逐台规划，作到地（田）地有沟，沟沟有凼，分台拦沉，就地利用。其拦蓄量，可按拦蓄区内510年一遇的一次最大降雨量的全部径流量加全年土壤可蚀总量为设计依据。,四 梯 田,梯田的规划 梯田附属建筑物规划 2、梯田区的道路规划 山区道路规划总的要求，一是保证今后机械化耕作的机具能顺利地进入每一个耕作区和每一块地；二是必须有一定的防冲设施，以保证路面完整与畅通，保证不因路面径流而冲毁农田。 丘陵陡坡地区的道路规划，着重点在于解决机械上山问题。坡下部一般顺沟布设，道路比降大体接近或稍大于沟底比降；上部道路一般应在坡面上呈“s”形盘旋而上。 道路宽度，主干线路基宽度不能小于4.5m，转弯半径不小于15m，路面坡度不要大于11（即水平距离100m，高差下降或上升11m）。 山地道路还要做好防冲措施，必须搞好路面的排水、分段引水进地或进旱井、蓄水池。,四 梯 田,四 梯 田,梯田的规划 梯田附属建筑物规划 3、灌溉排水设施的规划 规划的原则一方面要根据整个水利建设的情况，把一个完整的灌溉系统所包括的：水源和引水建筑、输水配水系统、田间渠道系统、排水系统等工程全面规划布置；另一方面，要充分体现拦蓄和利用当地雨水的原则，围绕梯田建设，合理布设蓄水灌溉和排洪防冲工程。,四 梯 田,梯田的规划 梯田附属建筑物规划 3、灌溉排水设施的规划 灌排设施的重点：坡地梯田区以突出蓄水灌溉为主，结合坡面蓄水拦沙工程规划，根据坡地梯田面积和水源情况，布设池、塘、埝、库等蓄水和渠系工程；冲沟梯田区，不仅要考虑灌溉用水，而且排洪和排涝设施也十分重要。冲沟梯田区的排洪渠系布设可与灌溉渠道相结合，平日输水灌溉，雨日排涝防冲。,四 梯 田,梯田的断面设计 梯田断面设计的基本任务是确定在不同条件下梯田的最优断面。所谓“最优断面”，就是同时达到下述3点要求：一是要适应机耕和灌溉要求；二是要保证安全与稳定；三是要最大限度的省工。 最优断面的关键是确定适当的田面宽度和埂坎坡度，由于各种的具体条件不同，最优的田面宽度和埂坎坡度也不同，但是考虑“最优”的原则和原理是相同的。,四 梯 田,梯田的断面设计 水平梯田各要素之间的关系 一般土质和地面坡度选定田坎和侧坡，然后计算田面宽度、也可根据地面坡度、机耕和灌溉需求先定田面宽，然后计算田坎高。田面越宽，耕作越方便，但田坎越高，挖土方量越大，用工越多，田坎也不易稳定。,四 梯 田,梯田的断面设计 水平梯田各要素之间的关系 各要素之间具体计算方法分述如下： 田面毛宽（m）bm=h*ctg 埂坎占地（m）bn=h*ctg 田面净宽（m）b=bm-bn=h(ctg-ctg) 田坎高度（m）h=b/(ctg-ctg) 田面斜度（m）b1=h/sin 地面坡度；h埂坎高度； 埂坎坡度；b田面净宽； bn埂坎占地； bm田面毛宽； b1田面斜宽。,四 梯 田,四 梯 田,梯田的断面设计 水平梯田各要素之间的关系 根据经验，一般采用小型农机或牲畜进行耕作，这种农具在810米田面上就能自由地掉头转弯，这一宽度无论对于畦灌或喷灌都可以满足，因此，在陡坡地修建梯田时，其田面宽度不应小于8m。,四 梯 田,梯田的断面设计 水平梯田各要素之间的关系 从上述关系式可以看出，埂坎高度是根据田面宽度、埂坎坡度和地面坡度3个要素计算而得。其余3要素：田面毛宽、埂坎占地、田面斜宽都可根据埂坎高度、埂坎坡度、地面坡度3个数值计算而得。对于具体地块来说，地面坡度是个常数，因此，田面宽度和埂坎坡度是断面要素中起决定作用的因素。在梯田断面计算中，主要研究这两个因素。,四 梯 田,四 梯 田,果树台田断面要素计算图（单位：mm）,四 梯 田,梯田断面要素计算图（单位：mm）,四 梯 田,水平梯田断面尺寸参考值,四 梯 田,梯田的断面设计 梯田土方量的计算 1、土方断面 在挖填方相等时，梯田挖（填）方的断面面积可由下式计算： 2、每亩土方量 因为 每亩田面长度 所以 每亩土方量,四 梯 田,梯田的断面设计 梯田土方量的计算,不同埂坎高与土方量关系,五 小型防洪护岸工程,防治山洪的护岸工程 防治山洪的护岸工程与一般平原、河流的护岸工程并不完全一样，主要区别在于横向侵蚀使沟岸崩坏以后，由于山区较陡，还可能因下部沟岸崩塌引起山崩。因此，护岸工程还必须起到防止山崩的作用。,五 小型防洪护岸工程,护岸工程主要用于下列情况： （1）由于山洪、泥石流冲击使山脚遭受冲刷后而有山坡崩塌危险 的地方。 （2）在有滑坡的山脚下，设置护岸工程兼起挡土墙的作用，以防 止滑坡及横向的侵蚀。 （3）用于保护谷坊、拦沙坝等建筑物。谷坊或淤地坝拦沙后，多 沉积于沟道中部，山洪遇堆积物常向两侧冲刷，如果两岸岩 石或者土质不佳，就需要设置护岸工程，以防止冲塌沟岸而 导致谷坊或拦沙坝失事，在沟道窄而溢洪道宽的情况下，如 果过坝的山洪流向改变，也可能危及沟岸，这时也需要设置 护岸工程。 （4）沟道纵坡陡急，两岸土质不佳的地段，除修谷坊防止下切外， 还应修护岸工程。,五 小型防洪护岸工程,护岸工程 为了防止护岸工程被破坏，除应注意工程本身的质量外，还应防止因基础被冲刷而遭受破坏。因此，在坡度陡急的山洪沟道中修建护岸工程时，常需同时修建护基工程，如果下游沟道坡度较缓，一般不修护基工程 ，但护岸工程的基础，需要足够的埋深。由于该区是土石质，采取抛石护基，即选用施工地点附近较大的/石块铺到护岸的基部进行护底，其石块间的位置可以移动，但不能暴露沟底，可使基础免受洪水冲刷淘深，且较耐用并有一定挠曲性。 护坡工程当流速为34米/秒时，采用双层干砌石，在受主流冲刷，山洪流速45米/秒时，挟带泥沙，冲击力猛的地点，则采用浆砌石。,五 小型防洪护岸工程,干砌石护坡断面图,五 小型防洪护岸工程,浆砌石护坡断面图,六 农田防护林,农田防护林 农田防护林的主要目的是防风固沙，蓄水保土，调节田间小气候，防止灾害性气候因素的危害，为农作物生长，高产稳产创造适宜的条件，从这一目的出发，设计合理的林带，应该是有效防护距离大，防风效率高，占用土地少，山、水、田、林、路各项建设结合的好。 农田水分调节林是布设在农田周围，具有一定宽度的林带，可以防止农业水土流失，保护土壤肥力，改善农田小气候，起到改善农业生产和创造良好环境条件的作用。农田水分调节林的设置对上方径流有拦截和过滤的作用，使之壤中流或潜流，可以补充下方农田土壤水分。对下方有消除产生径流的作用，防止农田被冲刷，即使远离林带产生径流，其流量流速也以减缓许多。,六 农田防护林,农田防护林 1、林带结构采用疏透结构，疏透结构的林带不仅能较大的降低害 风的风速，而且防护距离也较大。在背风面的处，害风 的风速才恢复到。所以一般来说疏透结构的林带应该在 实际生产中加以推广。当然，营造这种林带在树种选择与配置 上须特别注意，而且当林带郁闭后还应经常抚育，否则很容易 成紧密结构。,六 农田防护林,农田防护林 2、林带宽度：林带宽度也是林带本身的结构指标，它对防风效果 有一定的影响，但不是林带越宽防护效果越好。林带宽度对防 风效应的影响是指在林带透风系数相同，其他结构特征、天气 条件及立地因子都一致的条件下，由于宽度不同而引起林带防 风效应的差异。在生产上经过多年的实践和摸索，我国现行营 造的林带多为行，812米宽的窄林带。窄林带的优 点是显而易见的，占地少，而防护作用却一点不差。从这个角 度上讲，确定林带最适宽度也是生产上需要解决的重要问题之 一。,六 农田防护林,农田防护林 3、林带与田渠路的配置 目前营造的农田防护林都属于方田林网，因此，在规划设计上，必须本