《水土保持工程学》多媒体课件第1章

第一章坡面治理工程,我国山区面积约占全国国土面积的2/3，其中不少耕地为坡耕地。黄土高原坡耕地占总耕地面积的79，水土流失主要来源于此，因此，坡面治理具有很重要的意义。坡面治理措施与地面坡度、土质等自然条件的不同而不同。工作量最大的是农田基本建设，即梯田的建设。,第一节坡面工程的类型及适用条件,一、梯田（Terrace）（一）梯田的作用Thefunctionofterrace拦蓄径流泥沙；提高土壤肥力；为耕作机械化、水利化创造了条件。（二）梯田的分类从全国范围来讲梯田可分为：西北黄土区梯田缓坡梯田土石山区梯田水稻梯田华南热带林梯田。,根据梯田断面形式来分：水平梯田（benchterrace）；坡式梯田（slopingterrace）；隔坡梯田（intervalterrace）；反坡梯田（back-（reverse）slopeterrace）；波浪式梯田。根据田坎建材来分：土坎梯田;石坎梯田;土石坎梯田;植物坎梯田等根据使用情况来分：水稻梯田；旱作梯田；果园梯田；茶园梯田。根据施工方法分:人工梯田；机修梯田,1-原地面；2-田面；3-地埂1-1水平梯田断面示意图,1-原地面；2-田面；3-地埂图1-2坡式梯田断面示意图,1-原地面；2-田面；3-所隔坡面；4-地埂图1-4隔坡梯田断面示意图,1-原地面；2-田面，反坡角度一般不超过2；3-地埂图1-3反坡梯田断面示意图,1-截水沟；2-软埝；3-田面；4-原地面图1-5波浪式梯田断面示意图,常见梯田1.水平梯田大部分梯田属于此2坡式梯田3隔坡梯田conservationbenchterrace4石坎梯田5土石坎梯田Theconservationbenchterraceisdesignedforsemiaridregionswheremaximummoistureconservationisneeded.Itconsistsofanearthenembankmentandaverybroadflatchannelthatresemblesalevelbench.Thesloppingareaabovethisbenchandextendingupslopetothenextterraceridge,istherunoffcontributingareatothebenchedarea.,二、地埂截水沟地埂沿等高线修筑的水平土埂，分软埂和硬埂。截水沟增加梯田上部的水分条件和排水。三、水簸箕，截水坑在田间凹地或集流槽处修筑的蓄水工程四、蓄水池、水窖InaridandsemiaridregionofNorthwestpartofChina,speciallyloessplateauRegion，andtheregioninthesouthernpart,在径流集中的地方，为防止水土流失，就地拦蓄坡面径流的池子叫蓄水池，窖叫水窖。,五、水平阶、水平沟、鱼鳞坑1水平阶2水平沟3鱼鳞坑六、山边沟,图1-7水平沟示意图,鱼鳞坑,山边沟是在坡面上，每隔适当距离，沿等高线方向所构筑的一系列浅三角形沟，用来截短坡长，分段拦截径流，控制冲蚀，防止面蚀和小侵蚀沟的形成，从而达到保护土地的目的。山边沟效用与宽垅梯田相同，唯断面有异而已。,山边沟,第二节坡面治理工程措施设计,一、水平梯田西北黄土高原应用较多的是土坎水平梯田。先对田面进行布设，然后设计梯田断面。梯田断面设计任务：根据地面坡度确定田面宽度；根据土质好坏及坡度大小决定田坎高度；根据田坎稳定要求决定田坎侧坡坡角；计算土方量、用功量。,（一）田面布设在陡坡区，田块布设需顺山坡地形，大弯就势，小弯取直，田块长度尽可能在100200m，便于施工和耕作。对梯田不能全部拦蓄暴雨径流的地方，应布设排水工程；在山丘上部有地表径流进入梯田的区域，应布设截水沟等小型蓄排水措施，以保证梯田安全。在缓坡区，以道路骨架划分梯田，梯田田面长200400m，对少数地形有波状起伏的区域，梯田应顺地势呈扇形划分，其埂线则随之略有一定的弧度。,（二）水平梯田断面要素的相互关系断面要素有：田面毛宽Bm田坎占地宽Bn田面净宽B田坎高度H田坎坡度田面斜宽BL很显然Bm=HctgBn=Hctg,B=Bm-Bn=H（ctg-cgt）亩土方量：Va=VLV挖方或填方的断面面积L每亩梯田的长度,亩用功量：Wa=VaSS田面土方平均运距则Wa=55.5BH,（三）梯田设计标准梯田防御暴雨标准，一般采用10年一遇36h最大降雨。在干旱、半干旱或其他少雨地区，可采用20年一遇36h最大降雨，也可根据各地降雨特点，采用当地最易产生严重水土流失的短历时、高强度暴雨。（四）田面宽度B设计设计原则：便于机耕，利于灌溉，土方量、用功量小。,缓坡地（坡度在5度以下）根据机耕和灌溉要求,陡坡地（坡度15度25度）710米中坡地（坡度在5度15度）1520米，山坡顶部1015米其他情况坡地，可根据地形特点和耕作条件调整。,（五）田坎设计,主要设计坡角及田坎高度H埂坎高h拦拦蓄坎高，；K径流系数；f设计最大暴雨h安全加高，取0.150.3m。,2田坎坡度,，不稳，田坎占地多，用功多，故应有一个经济、安全的，根据土坡稳定分析计算定。黄土区=6090。一般情况下，蓄水埂高0.30.5m，顶宽0.30.5m，内外坡比约1:1。我国南方多雨地区，梯田内侧应有排水沟。（四）梯田的修筑标准（五）石坎梯田设计介绍断面要素:,水土保持工程作业题,梯田断面设计一、已知基本资料1.土壤为粉质壤土，内聚力c=1.0t/m2，内摩擦角=21,湿容重r=1.6t/m3，地面坡度42.设计暴雨量48mm，径流系数=0.40。二、设计任务要求1.确定梯田类型；2.确定田面宽度、田坎高度、田坎坡角及田埂尺寸；3.计算土方量和用功量；4.按比例绘制设计图；5.编写设计说明书。,图1-10石坎梯田断面图,1.田面宽石坎梯田田面宽度的设计，应考虑坡地土层厚度。修平后，梯田内土层厚度应大于30cm。石坎梯田田面宽度按下式计算：B=2（T-h）ctg2.田坎田坎高度H=B/(ctg-ctg)田坎高加上田埂（蓄水埂）高即为埂坎高。石坎梯田坎高一般为l.02.5m，外坡1:0.75；内侧接近垂直，顶宽0.40.5m。,二、隔坡梯田设计,布设与水平梯田相似，设计主要解决两个问题：（一）隔坡梯田坡地部分产流产沙量的估算（二）隔坡梯田平坡比的确定黄土高原隔坡梯田的平坡比一般在1:11:5之间。,1平台宽度地面坡度（1525），水平田面宽度：510m，坡度缓的宽，坡度陡的窄。同时，既能适应种植要求，又能拦蓄斜坡径流。2斜坡宽度平坡比一般为1：11：3（或者更大）。干旱少雨地区小，雨量较多地区大一般将斜坡部分在10年一遇暴雨中，产生径流和泥沙量作为确定斜坡宽度的主要依据。此外，还需计算斜坡上全年的产流量，如水量偏小，侧需适当加大斜坡宽度。,平坡比可依下式计算:1:m=1:m平坡比n隔坡梯田的设计年限s年最大冲刷深度a蓄水埂有效拦蓄高度ao安全超高，一般取5cm,三、坡式梯田设计设计主要解决的问题：（一）地埂布设（二）地埂的设计地埂的断面设计与来水来、来沙量有关，可据此来设计。在黄土区，地埂修后可逐年加高，一般每三年加高一次。,1地埂内测度高,H=h+hh地埂最大拦蓄高度h地埂安全加高，h=0.5m最大拦蓄高度可根据单位埂长的坡面来水、来沙量Q来确定Q=B（h1+h2）VoB地埂水平间距；h1最大一次暴雨径流深；h2最大冲刷深度，h2=h大+2h平h大年最大冲刷深h平多年平均冲刷深；VO三年耕作翻入埂内的土方量。,每米埂长的最大拦蓄容积V可按下式计算m埂内侧边坡比L回水长度（最大拦蓄高度时）田面坡度地埂最大拦蓄高度h，可根据下式计算令V=Q则有,则埂内侧高度：2地埂铺底宽度B0B0=3埂外侧高度H2=H1+hc=H1B0sin4.每亩坡式梯田地埂土方量G=AL,（三）变平年限（T）估算,变平原因翻土冲刷加高地埂冲刷面积按梯田面积一半计算，则T=V坡地变为水平梯田的土方量,按达到3算;V1第一次培埂坊量;g1平均年冲刷量;g2平均每年耕作下翻土方量;g3平均每年加高地埂的土方量,g1=g2根据试验资料定；g3=,四、山边沟设计,主要是排水断面的设计，采用明渠均匀流的公式，断面有梯形和三角形(一种截水排水沟)。五、坡面蓄水工程设计（一）蓄水池1蓄水池布设布置形式常有下几种（北方）：路边蓄水池防止冲毁道路沟头蓄水池防止径流下沟，引起沟头前进田间蓄水池为灌溉方便，常布设于较高的天然低地处,在南方：,（1）平地蓄水池（2）沟头蓄水池（3）沟底坡脚蓄水池（4）灌溉蓄水池（5）连环蓄水池蓄水池一般为圆形或椭圆形。大的蓄水池可占几亩地，容积可达几百立方米，甚至几千立方米。山坡地上的蓄水池，因受地形条件限制要小一些，蓄水量一般为50100m3。,圆形池平面布置图,矩形池平面布置图,2蓄水池组成,由池底、池坎（埂）、进出口三部分组成。3蓄水池形状及容积设计据来水量Q根据经验，干旱半干旱区每亩地来水可按30100m3估算。陕北：3.050m3关中：70100m3一般按60m3即可。较大，还可根据用水量，通过调节计算确定（南方）。,（1）调节水量计算法（2）利用经验公式估算容积1）按来水量计算容积式中：V蓄水池容积，m3；W0多年平均年来水量，m3；K调节系数，根据经验，K为0.31.0，在雨量较丰沛，沟道经常有水的情况下，K取小值；在干旱少雨，沟道时常断水的情况下，K取较大值；在集水面积小，平常无水，仅汛期大雨时才有径流汇集的情况下，K取最大值。,2）按用水量计算容积V蓄水池容积，m3；W多年平均灌溉用水量，m3；蓄水池渗漏、蒸发损失水量的百分数，一般小型蓄水池可按10%20%考虑；其余符号意义同前。确定蓄水池容积，应根据上述两种计算结果，取其中较小者。,当用水量大于来水量时，按来水量设计，再根据来水量确定灌溉面积，其计算公式为：A灌溉面积，亩；E毛灌溉定额，即每亩地一年灌溉用水总量，m3/亩，可参考当地试验资料确定（干旱地区150250m3/亩）；其余符号意义同前。,（二）山塘,山塘是南方丘陵区应用十分普遍的一种蓄水灌溉工程。容积较大，小者有500多立方米，大者可超过1万m3。1.山塘位置选择1）布设于有较大集流面积的径流汇集处，如山腰居民点附近，山冲中央；2）建在粘结性强、渗透性小的土质基础上；3）山塘的高程，一般要高过最高一台梯田的田面，同时还要留溢洪道；4）集水坡面要采取林草措施固土，防止流失泥沙淤塞山塘；5）山塘应尽量与一些较大的灌溉工程渠系串连在一起，平时引渠水回灌山塘，旱时取山塘水灌溉。,2.山塘容积,山塘开挖容积有两种方法估算：依据山坡来水量定容积：V=0.667Fh0.667fhnQpV山塘蓄水容积；F集水面积（亩）；-径流系数；h多年平均降水量；f山塘控制的灌溉面积（亩）；h水稻日平均耗水量；n水稻生长期内灌水天数；Qp暴雨期排水总体积。位于山冲中间的山塘，开挖容积为：V=QlQt0.667fhnQpQl上一级山塘排水量和集流区内径流量；Qt本山塘集流区内稻田在踩田和晒田期间的退水量。从山塘所控灌溉面积连续干旱天数所需灌溉水量定容积V=0.667fhngng水稻生长过程中关键需水期天数。,（三）水窖,1位置布设2形式有井窖和窑窖两种，前者多布设于地下，后者多布设于崖畔3容积按有关公式计算，一般1580m3。,六、陡坡治理工程设计（一）鱼鳞坑鱼鳞坑是拦蓄径流泥沙、造林整地的工程措施，形状为月牙形。一般小型鱼鳞坑的尺寸是：坑长：0.81.5m；坑深：0.40.5m坑宽：0.40.5m坑埂高：0.30.4m（二）水平沟水平沟一般用于荒坡治理的造林整地，可拦蓄一定的径流泥沙。设计任务主要是确定断面大小、挖方量及间距。,鱼鳞坑,挖深与底宽：0.30.5m边坡系数：挖方1：1填方1：1.21.5蓄水深：0.71.0m沟间距：2m左右，沿等高线，呈“品”字形排列，长35m，植树35棵。,七、截水沟和排水沟,（一）截水沟1.防御暴雨标准根据水土保持综合治理技术规范（GB/T16453.2-1996）中“小型蓄排水工程”的规定，截水沟按10年一遇24h最大降雨量设计。（1）蓄水型