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1、,第三章 水土保持工程措施,水土保持学,主要内容,第三节 沟道工程,一、沟头防护工程,蓄水式沟头防护工程 当沟上部来水较少时，可采用蓄水式沟头防护工程，即沿沟边修筑一道或数道水平半圆形沟埂，拦蓄上游坡面径流，防止径流排入沟道。沟埂的长度、高度和蓄水容量按设计来水量而定。蓄水式沟头防护工程又可分为:沟埂式防护和池埂结合式防护,在沟头以上的山坡上修筑与沟边大致平行的若干道封沟埂，同时在距封沟埂上方1.0-1.5m 处开挖与封沟埂大致平行的蓄水沟，拦截和蓄存从山坡汇集而来的地表径流。沟埂式沟头防护，在沟头地形较完整时，可作成连续式沟埂；在地形破碎时，可作成断续式沟埂。,（1）沟埂式沟头防护,（a）平
2、面布设图（b）断面示意图 连续式围堰沟头防护示意图,（a）平面布设图（b）断面示意图 断续式围堰沟头防护示意图,第一道围堰,第二道围堰,设计中，主要注意的问题:,即封沟埂位置的确定、封沟埂的高度、蓄水沟的深度、沟埂的长度及道数。第一道封沟埂与沟顶的距离，一般等于23倍沟深，至少相距510m，以免引起沟壁崩塌。沟埂的蓄水容积可按1020a一遇的暴雨计算。,当沟头以上汇水面积较大，并有较平缓的地段时，则可开挖涝池群。各个涝池应互相连通，组成连环涝池，以最大限度地拦蓄地表径流，防止和控制沟头侵蚀作用。同时，涝池之内蓄存的水也可得以利用。,（2）池埂结合式沟头防护,池埂结合式沟边埂布设示意图,（2）池
3、埂结合式沟头防护,一、沟头防护工程,泄水式沟头防护工程（1）当沟头来水面积大且来水量多时，沟埂已不能有效地拦蓄径流（2）受侵蚀的沟头临近村镇，威胁交通，而又无条件或不允许采取蓄水式沟头防护时，必须把径流导至集中地点通过泄水建筑物排泄入沟。一般泄水式沟头防护工程有悬臂跌水、和台阶式跌水两种类型。,悬臂跌水断面图,沟底应有消能措施，可用浆砌石作成消力池，或碎石堆于跌水基部，以防冲刷。,台阶式沟头防护，按其形式不同可分为两种：单级式和多级式。单级台阶式跌水：多用于跌差不大（1.52.5m），而地形降落比较集中的地方。多级台阶式跌水：多用于跌差较大，而地形降落距离较长的地方。在这种情况下如采用单级台阶
4、式跌水，因落差过大，下游流速大，必须做很坚固的消力池，建筑物的造价高。,台阶式跌水沟头防护,多级台阶式跌水沟头防护,台阶式跌水沟头防护工程的断面可按下列公式计算，以保证工程的安全性与经济性。,h泄水槽水深，m，b泄水槽底宽，m；Q设计洪水流量，m3s。,第三节 沟道工程,二、谷坊（check dam,gully control dam）,在易受侵蚀的沟道内，为了固定沟床而修筑的横向挡拦建筑物。又名防冲坝、沙土坝、闸山沟等。谷坊高度一般小于3m，是水土流失地区沟道治理的一种主要工程措施。,谷坊的种类谷坊的作用谷坊位置的选择谷坊设计,按所使用的建筑材料，分为：土谷坊、浆砌石谷坊、干砌石谷坊、混凝土
5、谷坊、钢筋混凝土谷坊、插柳谷坊等。按使用年限，分为：永久性谷坊和临时性谷坊。浆砌石谷坊、混凝土谷坊和钢筋混凝土谷坊为永久性谷坊，其余基本上属于临时性谷坊。按透水性，分为：不透水性谷坊和透水性谷坊。不透水性谷坊，如土谷坊、浆砌石谷坊、混凝土谷坊、钢筋混凝土谷坊等。透水性谷坊，只起拦沙挂淤作用，如插柳谷坊、干砌石谷坊等。,1、谷坊的种类,干砌石谷坊,干砌石谷坊,浆砌石谷坊,混凝土谷坊,柳谷坊 在柳树多的地区，在较小的支毛沟上部的土质沟床上，可修筑柳桩编篱谷坊。,柳桩块石谷坊 在块石或卵石较多的沟谷中，可采用这种谷坊。它能缓流拦沙，有一定抗御山洪冲刷的能力。,柳桩块石谷坊断面示意图,木料谷坊,枝条谷
6、坊,固定与抬高侵蚀基准面，防止沟床下切；抬高沟床，稳定山坡坡脚，防止沟岸扩张及滑坡；减缓沟道纵坡，减小山洪流速，减轻山洪或泥石流灾害；使沟道逐渐淤平，形成坝阶地，为发展农林业生产创造条件。,2、谷坊的作用,2、谷坊的作用,谷坊的主要作用是防止沟床下切。因此，在考虑沟道是否应该修建谷坊时，首先应当研究该段沟道是否会发生冲刷下切。,判别某沟段是否发生下切冲刷的因素有沟床的土壤、地质条件、植物生长情况、沟底坡度、流速、流量等。如果估算的沟床允许流速大于洪水时的天然流速，则不会发生冲刷。即无修建谷坊的必要。,3.谷坊位置的选择,谷口狭窄；沟床基岩外露；上游有宽阔平坦的贮砂空间；在有支流汇合的情形下，应
7、在汇合点的下游建造谷坊；避开天然跌水，谷坊不应设置在天然跌水附近的上下游，但可设在有崩塌危险的山脚下。,谷坊高度（H）：，一般应依据所采用的建筑材料来确定，但主要以能承受水压力和土压力而不被破坏为原则。谷坊稳定坡度（I0）：淤满后淤积泥沙的表面坡度称为稳定坡度。稳定坡度的估算：根据坝后淤积土的土质决定淤积物表面的稳定坡度。沙土0.005粘壤土0.008粘土0.01粗沙0.02根据瓦兰亭公式计算稳定坡度I00.093d/H d砂砾的平均砾径H平均水深,4.谷坊设计,谷坊稳定坡度（3）日本学者认为稳定坡度是原有坡度的一半；（4）修建实验谷坊，淤满后实测稳定坡度。谷坊水平间距L：根据谷坊高度H、沟底
8、天然坡度I，以及谷坊坝后淤土表面稳定坡度I0进行计算。,4.谷坊设计,LH/（I I0）L谷坊间距；H谷坊高度；I天然坡度；I0稳定坡度。L（1.5-2.0）n在日本n=1/IL（1.5-2.0）bb沟宽,谷坊贮砂量,4.谷坊设计,V贮砂量h谷坊溢流口顶缘距地面的高度B1堆积地的平均宽度E旧沟床的倾斜角堆积倾斜角b贮留泥沙和旧沟床的相交点至谷坊的水平距离,第三节 沟道工程,三、淤地坝（check dam，silt-trap dam，soil saving dam）,系指在沟道里为了拦泥、淤地所建的坝。坝内所淤成的土地称为坝地。,1、淤地坝的作用,稳定和抬高侵蚀基面，防止沟底下切和沟岸坍塌，控制
9、沟头前进和沟壁扩张；蓄洪、拦泥、削峰，减轻下游洪沙灾害；落淤、造地，变荒沟为良田，可为山区农林牧业发展创造有利条件。,随着坝内淤积面的逐年提高，坝体与坝地较快地连成一个整体，实际上坝体可以看作是一个重力式挡土墙。溢洪道（spillway）是泄水建筑物，当淤地坝洪水位超过设计高度时，就由溢洪道排出，以保证坝体的安全和坝地的正常生产。放水建筑物（water release works）多采用竖井式和卧管式，库内清水等通过放水设备排泄到下游。,2、淤地坝的组成,坝体（dam）是挡水挡泥建筑物，用以挡蓄洪水，淤积泥沙，抬高淤积面。,放水建筑物竖井,卧管式放水洞,放水洞出口,放水洞出口,溢洪道,淤地坝设
10、计、施工，管理技术与水库有相同的方面，也有不同的方面。淤地坝在构成上亦有大坝、溢洪道和放水涵管，但由于它主要用于拦泥而非长期蓄水，因此，淤地坝比水库大坝设计洪水标准低，坝坡比较陡，对地质条件要求低，坝基、岸坡处理和背水坡脚排水设施简单。淤地坝在设计和运用上一般可不考虑坝基渗漏和放水骤降等问题。,3、淤地坝的分类,按筑坝材料可分为土坝、石坝、土石混合坝等；按坝的用途可分为缓洪骨干坝、拦泥生产坝等；按建筑材料和施工方法可分为夯碾坝、水力冲填坝、定向爆破坝、堆石坝、干砌石坝、浆砌石坝等。,土坝,石坝,4、淤地坝的分级标准,5、坝址选择,坝址的选择在很大程度上取定于地形和地质条件，除此之外还必须结合工
11、程枢纽布置、整体规划、淹没情况和经济条件等综合考虑。一个好的坝址必须满足拦洪或淤地效益大、工程量小和工程安全三个基本要求。在选择坝址时，要提出坝型建议。,在地形上要求河谷狭窄、坝轴线短，库区宽阔容量大，沟底比较平缓。坝址附近应有宜于开挖溢洪道的地形和地质条件。最好有鞍形岩石山凹。还应注意到坝体分期加高时，放、泄水建筑物的布置位置。坝址附近应有良好的筑坝材料（土、砂、石料），取用容易，施工方便。坝址地质构造稳定，两岸无疏松的坍土、滑坡体，断面完整，岸坡不大于60。要避免有可能造成坝基滑动的软弱层。坝址应避开沟岔、弯道、泉眼，遇有跌水，应选在跌水上方。坝身不能有冲沟，以免洪水冲刷坝身。库区淹没损失
12、要小，应尽量避免村庄、大片耕地、交通要道和矿井等被淹没。坝址还必须结合枢纽规划统一考虑。,坝址选择一般应考虑以下几点：,6、淤地坝布置形式,淤地坝布置形式由沟道地形、地质条件、泥沙情况、邻沟分洪布置、利用形式以及经济技术上的合理性与可能性等多种因素来确定。流域建坝密度应根据降雨情况，沟道比降，沟壑密度，建坝淤地条件，按梯级开发利用原则，因地制宜的规划确定。一般在沟壑密度57 km/km2，沟道比降23，适宜建坝的丘陵沟壑区，每km2可建坝35座；在沟壑密度35 km/km2，适宜建坝的残塬沟壑区，每km2建坝24座；沟道比较大的土石山区，每km2建坝58座比较适宜。,7、淤地坝坝高的确定,淤地
13、坝除了拦泥淤地外，还有防洪的要求。所以，淤地坝的库容由两部分组成：一部分为拦泥库容，另一部分为滞洪库容（flood detention storage）。而相应于该两部分库容的坝高，即为拦泥坝高和滞洪坝高。因此，淤地坝高拦泥坝高滞洪坝高安全坝高,拦泥坝高的确定：,分析淤地坝的坝高淤地面积库容曲线，初步选定经济合理的拦泥坝高，从关系曲线中查得相应坝高的拦泥库容；初拟坝高加滞洪坝高和安全超高的初估值，一般为34米，作为全坝高估算坝体的工程量；根据施工方法、工期和社会经济情况，判断实现初选坝高的可能性；根据淤地坝控制流域内的年平均输沙量推求淤平年限。,滞洪坝高的确定：根据设计洪水的大小，进行调洪演算
14、，确定防洪建筑物的规模和尺寸，确定滞洪库容和相应的滞洪坝高。安全超高的确定：主要取决于坝高的大小。,表 淤地坝安全超高表,8、坝系的规划原则,坝系规划必须在流域综合治理规划的基础上，上下游、干支沟全面规划，统筹安排。最大限度地发挥坝系调洪拦沙，淤地增产的作用。各级坝系，自成体系，相互配合，联合运用，调节蓄泄，确保坝系安全。坝系中必须布设一定数量的控制性的骨干坝，安全生产的中坚工程。在流域内进行坝系规划的同时，要提出交通道路规划。,9、坝系的布设,上淤下种，淤种结合：凡集水面积小，坡面治理较好，洪水来源少的沟道，可采取由沟口到沟头，自下而上分期打坝方式，当下坝淤满能耕种时，再打上坝拦洪淤地，逐个
15、向上发展，形成坝系。,9、坝系的布设,上坝生产，下坝拦淤：在流域面积较大的沟道，坡面治理差，来水很多，劳力又少的情况下，可以采取从上到下分期打坝的办法，待上坝淤满利用时，从溢洪道一侧开挖排洪渠，将洪水全部排到下坝拦蓄，再打下坝，滞洪拦淤，由沟头直打到沟口，逐步形成坝系。,9、坝系的布设,支沟滞洪，干沟生产：在已成坝系的干支沟内，干沟以生产为主，支沟坝以滞洪为主，干支沟各坝应按区间流域面积分组调节，控制洪水，达到拦、蓄、淤、排和生产的目的。支沟坝淤满后，有条件就继续加高，若无条件，就应加强坡面治理，保持较大的滞洪库容，以保证干沟重点坝的安全生产。,9、坝系的布设,多漫少排，漫排结合：在形成完整坝
16、系及坡面治理较好的沟道里，可通过建立排水滞洪系统，把全流域的洪水分成两部分，大部分引到坝地里，漫地肥田，小部分通过排洪渠排到坝外漫淤滩地。以排为主，漫淤滩地：对于一些较大的流域往往由于洪水较大，所有坝地不能吃掉大部分洪水时，就采取以排为主的方式，有计划的把洪水泥沙引到沟外，漫淤台地、滩地，其办法主要通过坝系控制，分散来水、将洪水由大化小，由急化缓，创造控制利用洪水的条件，把排洪与引洪漫地结合起来。,9、坝系的布设,高线排洪，保库灌田：在坝地面积不多的流域或者有小水库的沟道，为了充分利用好坝地或使水库长期运用，不能淤积，可以绕过水库、坝地，在沟坡高开渠，把上游洪水引到下游沟道或其它地方加以利用。
17、隔山凿洞，邻沟分洪：在一些流域面积较大且坡面治理差的沟道，虽然沟内打坝较多，但由于洪量太大，坝系拦洪能力有限，或者坝地存在严重盐碱化和排洪渠占用坝地太多等原因，既不能有效地拦蓄所有洪水，又不能安全向下游排洪，在这种情况下，只要邻近有山沟，隔梁不大，又要退洪漫淤条件，就可开挖分洪遂洞，使洪水泄入邻沟内，淤漫坝地或沟台地，分散洪水，不致集中为害。坝库相间，清洪分治：在沟道里能多淤地的地方打淤地坝，在泉眼集中的地方修水库，因地制宜合理布置坝地和水库位置。,第三节 沟道工程,拦沙坝是以拦蓄山洪及泥石流沟道中固体物质为主要目的，防治泥沙灾害的拦挡建筑物，它是沟道治理主要的工程措施，坝高一般为315米。,
18、作用：拦蓄泥沙，以免泥沙对下游的危害；提高侵蚀基准，减缓坝上游淤积段河床比降，加宽河床，并使流速和径流深减小，从而大大减小了水流的侵蚀能力；淤积物淤满上游两岸坡脚，由于坡面比降降低，坡长减小，坡面冲刷作用和岸坡崩塌作用减弱，最终趋于稳定；拦沙坝在减少泥沙来源和拦蓄泥沙方面能起很大作用。,三、拦沙坝,拦沙坝,坝高确定：,拦沙效益：坝高愈高，拦沙愈多，并能更有效地用回淤来稳定上游滑坡崩塌体。因此，拦沙坝的拦淤效益是随着坝高的增加而增大的。工程量和工期：在荒溪中修拦沙坝，一般在冬春进行，到次年雨季前完工，不然就有冲毁的危险。应根据当地乡村劳力的条件和工期估算所能完成的工程量，并据此确定合理的坝高。坝
19、下消能设施：过坝山洪及泥石流的坝下消能设施费用是随着坝高的增加而增加的，在确定坝高时应考虑这一因素。在荒溪中修建坝群，不仅可以解决坝下游的消能防冲问题，同时可大大增加淤积库容。确定坝高要充分考虑坝址所处的地质条件与地形条件。,坝型选择,砌石坝石料丰富，采运条件又比较方便的地方采用。,坝型主要根据山洪或泥石流的规模和当地的建筑材料来选择。,混合坝当坝址附近土料丰富而石料不足时，可采用土石混合坝；在盛产木材的地区，可采用木石混合坝，坝身由木框架填石构成。,混合坝,铁丝石笼坝适用于小型沟道，在我国西南山区较为多见，它的优点是修建简易，施工迅速，造价低。不足之处是使用期短，坝的整体性较差。,栅格坝,栅格坝是近年来发展起来的拦挡泥石流新型坝，具有节省建筑材料，坝型简单、施工进度快，使用期长等优点。,栅格坝,最适用于拦蓄含巨石，大漂砾的水石流。,
