水土保持专业案例考前培训.ppt

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1、考 前 培 训,中国水土保持学会2010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36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36小时最大降雨。（本身为题点）,南、北方在相同地面坡度情况

2、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1

3、00m(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2

4、5cm，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=1/101/20；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

5、工程。实际工作中依具体情况调整,3、坝系工程布设方式骨干坝控制,水沙资源综合利用分批建坝,分期加高,蓄种相间一次成坝,先淤后排,逐坝利用坝体持续加高,增大库容,全拦全蓄上坝拦洪拦泥,下坝蓄清水,库坝结合清洪分治,排洪蓄清,蓄排结合引洪漫地,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 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

6、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；,推理公式,式中,表5-2-6 汇流参数m值,6、调洪演算 单坝调洪,qp=Qp(1-VZ/WP)VZWP 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

7、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=K i;q=AV=AKi q=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

8、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1015米设一条，宽1-1.5米；4）护坡和坝坡排水：竖向排水50100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

9、，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 孔口面积，m2；Q要求放水流量，m3/s；流量系数，一般取=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

10、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2.5 km2，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2 km有数量

11、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22.5 m3/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

12、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？,=,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围埂式围埂加蓄水池式围埂加其它工程排水型:跌水式悬臂式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 W=10KRF V=LH2m+1/i/2LH2/(2i)（二）例题 略,V=LH2m+1/

13、i/2LH2/(2i)V=LH2m+1/i/2=LH2m+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：与沟头防护工程、淤地坝等配合使用；顶底相照；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

14、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

15、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）P188-1

16、89 适用于南方，考虑问题的思路和滚水坝相同 公式:W=W0+1000 K R F2+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5-2-66,5、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，P193 M=107d y/c,例题一 题干：某小流域内建有6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5

17、00t/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、

18、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20，坝前淤积泥沙高度为10，泥沙内摩擦角为12，泥沙饱和容重为1.8t/m3。坝基允许承载力为=40 t/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

19、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400 t，坝体所受水平力总和为200 t，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50 m，坝顶以上水深和坝下河床水深均为4 m，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

20、关注点1、坝址选择土料充足土场位置合适，高出冲填坝面10米以上能满足用水有蓄水要求时，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，筑坝材料要附合规范要求非均质坝应采用全河床全断面冲填4、关注点 表5-2-24；表5-2-25；表5-2-26；表5-2-29；表5-2-31；抽水流量计算-式5-2-91 能够判断是否需要设计蓄水池了解水坠坝工程设计主要内容,（二）例题题干：某沟道拟建一座有蓄水要求的淤地坝，设计坝高20m，坝基和两岸地质条件良好，无永久性渗漏。坝址左岸有丰富的轻粉质壤土可供筑坝，左岸邻沟有常流水，日

21、来水量3000 m3。1、若修建水坠坝，最合理坝型是？,2、已知抽水流量为40L/s，备用系数为1.2，日最大冲填土方量为4000 m3，设计冲填泥浆的土水体积比为2.5，问日内有效冲填时间多少?，是否需设设蓄水池?,八、生态工程设计小结 1、在理解的基础上熟练掌握 水力学公式：均匀流公式；堰流公式；结构计算：抗滑稳定计算公式；抗倾覆稳定计算公式；竖向应力计算公式 2、以淤地坝为中心理解设计内容并向其它工程幅谢 3、熟悉其它公式，能够及时查到 4、通读教材，理解内容，注意参数条件,第六章 开发建设项目水土保持工程设计 第 二节 拦渣工程 一、拦渣工程类型 拦渣坝、挡渣墙、拦渣堤、拦渣围堰、尾矿

22、坝、贮灰坝、赤泥坝 二、工程设计（一）原则（P316）与要求,（二）拦渣坝（P318）1、拦渣坝一般适用于弃渣过程短，量大的工程；可以一次建成，也可以分期建设，一次性建成的工程完全可以按照淤地坝的原理来做，需要注意的是要合理确定防洪标准和工程规模 2、拦渣坝坝址选择是关键，实践中要考虑多方面因素，如弃渣数量、地形条件（口小肚大）、工程地质条件（不发生渗透变形、不发生不均匀沉降）、水文地质条件、施工条件、运距（经济与否）等综合考虑后确定,3、坝型选择注意 土坝或其它类型土石坝可以利用部分弃土弃渣。如果分期施工要先解决好排洪问题；4、拦泥库容可以和淤地坝同样的方面来确定；拦渣库容就是弃渣量；滞洪库

23、容也可参照淤地坝方法来确定；5、建筑物设计方法同前面所讲,（二）挡渣墙（P318）,略（三）拦渣堤略,例题一题干：某地一建设项目需弃渣350万m3。现选定一沟道弃渣，沟口拟建一拦渣坝，沟口断面以上流域面积7km2,流域长度8km，流域平均坡度6%，平均年侵蚀模数4000t/km2.a，土壤干容重1.31t/m3；拦渣坝上游弃渣尾部拟修建一拦洪坝，拦洪坝坝址断面以上流域面积3.0 km2，流域长度4.5 km，流域坡度10%。拦洪坝上游洪水经过廊道流至设在拦渣坝下游的消力池后.,1、上游拦洪坝坝址处沟底和两岸为黄土，若仅考虑地质条件，哪种坝型最合适?请给出理由!,2、假定浆砌石拦渣坝高10m，上

24、游面垂直且光滑，渣顶面水平且与坝顶面齐平，坝内弃渣为无粘性土、内摩擦角为28度、容重为1.7t/m3。坝内无水情况下，上游坝脚处垂向土压力强度和水平向主动土压力强度分别是多少,3、假定浆砌石拦渣坝坝基底滑裂面（水平）抗滑稳定安全系数为1.05，作用于滑裂面以上坝体的竖向力为550t、水平力为450t，则摩擦系数是多少,4、给出有关数据，画出洪水过线和泄水过程线，并能做简单判断例题二 1、某季节性河流拟修建浆砌石防洪墙，建筑物级别定为4级，正常运用条件下抗滑稳定安全系数应不小于多少？最不利工况为什么：,Ks=,=,=0.6,+,例题四：题干：某沟道两岸为土质岸坡，冲刷严重，沟底宽约500m，沟道

25、中段为弯曲段。现对该沟道护岸治理，过流断面为矩形，根据洪水计算及水力学计算拟定改造后的沟底宽为40m，平均水深2.5m，弯曲段曲率半径400m，洪峰流量600 m3/s,1、弯道段凹岸墙顶应高出凸岸墙顶多少？主要解答过程：凹岸水位与凸岸水位之差值计算：V=600/（402.5）=6（m/s）；H=6240/（9.81400）=0.37(m),2、若左岸山坡需布设浆砌石排水明渠与沟道相接，洪峰流量约为1.1m3/s设计渠底宽度0.8m，则明渠弯道半径应多少：排水明渠弯曲段的弯曲半径不得小于最小容许半径及渠底宽的5倍；,例题五：题干：某小流域为季节性河沟，泥石流形成区为土山区；过流区为长1200m

26、的U形河谷，两岸和谷底为沙质基岩；泥石流堆积区条件良好。,1、为避免泥石流对建筑物和人员造成威胁，拟对该小流域进行综合治理，应采取的正确措施是：,2、现决定在过流区采取工程措施，则适宜的构筑物是：,小结：,1、开发建设项目水土保持工程措施设计目前处于探索阶段，2、一般来说是可以运用已有的知识解决工程问题 3、注意特殊性，比如拦洪坝要注意解决好回水和淹没占地，合理确定工程规模，处理好外部环境关系,结束语：,1、通读教材，注意细节，理解内含 2、结合大纲有所侧重 3、考试时要仔细审题,了解水土保持工程措施分类及其作用（专业知识）熟练掌握土质梯田和石坎梯田的设计计算。了解淤地坝的分类、作用和坝系布设、利用。熟练掌握淤地坝单坝枢纽布置、水文计算和调洪演算。了解坝体渗流计算、坝坡稳定分析和消能计算。掌握放水建筑物和溢洪道水力学计算。了解水坠坝工程设计主要内容。掌握谷坊和沟头防护工程设计。掌握小型蓄排引水工程设计，包括水窑、水窖、涝池、蓄水池、截水沟、小型塘坝、滚水坝、引洪漫地。了解拦沙坝分类及作用。熟练掌握拦沙坝稳定与应力计算。掌握坝下消能和冲刷深度计算。,THE ENDTHANKS！,THE END,