《水土保持工程學(xué)》多媒體課件(第1章)-2014

《水土保持工程學(xué)》多媒體課件(第1章)-2014第一頁，共65頁。第一節(jié)坡面工程的類型及適用條件一、梯田（Terrace）

（一）梯田的作用Thefunctionofterrace攔蓄徑流泥沙；提高土壤肥力；為耕作機(jī)械化、水利化創(chuàng)造了條件。（二）梯田的分類

從全國范圍來講梯田可分為：西北黃土區(qū)梯田緩坡梯田土石山區(qū)梯田水稻梯田華南熱帶林梯田。第二頁，共65頁。

根據(jù)梯田斷面形式來分：

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。

根據(jù)田坎建材來分：土坎梯田;石坎梯田;土石坎梯田;植物坎梯田等

根據(jù)使用情況來分：水稻梯田；旱作梯田；果園梯田；茶園梯田。

根據(jù)施工方法分:人工梯田；機(jī)修梯田第三頁，共65頁。1-原地面；2-田面；3-地埂

1-1水平梯田斷面示意圖

第四頁，共65頁。1-原地面；2-田面；3-地埂

圖1-2坡式梯田斷面示意圖

第五頁，共65頁。1-原地面；2-田面；3-所隔坡面；4-地埂

圖1-4隔坡梯田斷面示意圖

第六頁，共65頁。1-原地面；2-田面，反坡角度一般不超過2°；3-地埂

圖1-3反坡梯田斷面示意圖

第七頁，共65頁。1-截水溝；2-軟埝；3-田面；4-原地面

圖1-5波浪式梯田斷面示意圖第八頁，共65頁。常見梯田

1.水平梯田大部分梯田屬于此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.

第九頁，共65頁。第十頁，共65頁。第十一頁，共65頁。第十二頁，共65頁。第十三頁，共65頁。二、地埂截水溝

地埂――沿等高線修筑的水平土埂，分軟埂和硬埂。

截水溝――增加梯田上部的水分條件和排水。三、水簸箕，截水坑在田間凹地或集流槽處修筑的蓄水工程四、蓄水池、水窖InaridandsemiaridregionofNorthwestpartofChina,speciallyloessplateauRegion，andtheregioninthesouthernpart,在徑流集中的地方，為防止水土流失，就地?cái)r蓄坡面徑流的池子叫蓄水池，窖叫水窖。第十四頁，共65頁。五、水平階、水平溝、魚鱗坑1．水平階2．水平溝3．魚鱗坑六、山邊溝第十五頁，共65頁。圖1-7水平溝示意圖

第十六頁，共65頁。魚鱗坑第十七頁，共65頁。第十八頁，共65頁。第十九頁，共65頁。山邊溝是在坡面上，每隔適當(dāng)距離，沿等高線方向所構(gòu)筑的一系列淺三角形溝，用來截短坡長，分段攔截徑流，控制沖蝕，防止面蝕和小侵蝕溝的形成，從而達(dá)到保護(hù)土地的目的。山邊溝效用與寬垅梯田相同，唯斷面有異而已。第二十頁，共65頁。山邊溝第二十一頁，共65頁。第二節(jié)坡面治理工程措施設(shè)計(jì)一、水平梯田

西北黃土高原應(yīng)用較多的是土坎水平梯田。先對田面進(jìn)行布設(shè)，然后設(shè)計(jì)梯田斷面。梯田斷面設(shè)計(jì)任務(wù)：

①根據(jù)地面坡度確定田面寬度；②根據(jù)土質(zhì)好壞及坡度大小決定田坎高度；③根據(jù)田坎穩(wěn)定要求決定田坎側(cè)坡坡角；④計(jì)算土方量、用功量。第二十二頁，共65頁。（一）田面布設(shè)在陡坡區(qū)，田塊布設(shè)需順山坡地形，大彎就勢，小彎取直，田塊長度盡可能在100~200m，便于施工和耕作。對梯田不能全部攔蓄暴雨徑流的地方，應(yīng)布設(shè)排水工程；在山丘上部有地表徑流進(jìn)入梯田的區(qū)域，應(yīng)布設(shè)截水溝等小型蓄排水措施，以保證梯田安全。在緩坡區(qū)，以道路骨架劃分梯田，梯田田面長200~400m，對少數(shù)地形有波狀起伏的區(qū)域，梯田應(yīng)順地勢呈扇形劃分，其埂線則隨之略有一定的弧度。第二十三頁，共65頁。（二）水平梯田斷面要素的相互關(guān)系斷面要素有：

田面毛寬Bm田坎占地寬Bn田面凈寬B田坎高度H田坎坡度α田面斜寬BL很顯然Bm=HctgθBn=Hctgα第二十四頁，共65頁。B=Bm-Bn=H（ctgθ-cgtα）畝土方量：Va=V·L

V－挖方或填方的斷面面積

L－每畝梯田的長度第二十五頁，共65頁。畝用功量：Wa=Va·SS－田面土方平均運(yùn)距則Wa=55.5BH第二十六頁，共65頁。（三）梯田設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

梯田防御暴雨標(biāo)準(zhǔn)，一般采用10年一遇3~6h最大降雨。在干旱、半干旱或其他少雨地區(qū)，可采用20年一遇3~6h最大降雨，也可根據(jù)各地降雨特點(diǎn)，采用當(dāng)?shù)刈钜桩a(chǎn)生嚴(yán)重水土流失的短歷時(shí)、高強(qiáng)度暴雨。

（四）田面寬度B設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原則：便于機(jī)耕，利于灌溉，土方量、用功量小。第二十七頁，共65頁。緩坡地（坡度在5度以下）根據(jù)機(jī)耕和灌溉要求地面坡度θ(度）12～34～5田面寬度B(米)50～6030～4015～20陡坡地（坡度15度－25度）7～10米中坡地（坡度在5度－15度）15～20米，山坡頂部10～15米其他情況坡地，可根據(jù)地形特點(diǎn)和耕作條件調(diào)整。第二十八頁，共65頁。（五）田坎設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)坡角α及田坎高度H埂坎高

h攔－攔蓄坎高，；K－徑流系數(shù)；f－設(shè)計(jì)最大暴雨△h－安全加高，取0.15~0.3m。第二十九頁，共65頁。2．田坎坡度α

α↑，不穩(wěn)α↓，田坎占地多，用功多，故應(yīng)有一個(gè)經(jīng)濟(jì)、安全的α，根據(jù)土坡穩(wěn)定分析計(jì)算定。

黃土區(qū)α=60～90°。一般情況下，蓄水埂高0.3~0.5m，頂寬0.3~0.5m，內(nèi)外坡比約1:1。

我國南方多雨地區(qū)，梯田內(nèi)側(cè)應(yīng)有排水溝。

（四）梯田的修筑標(biāo)準(zhǔn)（五）石坎梯田設(shè)計(jì)介紹斷面要素:第三十頁，共65頁。《水土保持工程》作業(yè)題梯田斷面設(shè)計(jì)一、已知基本資料1.土壤為粉質(zhì)壤土，內(nèi)聚力c=1.0t/m2，內(nèi)摩擦角φ=21°,濕容重r=1.6t/m3，地面坡度θ＝4°2.設(shè)計(jì)暴雨量48mm，徑流系數(shù)α=0.40。二、設(shè)計(jì)任務(wù)要求1.確定梯田類型；2.確定田面寬度、田坎高度、田坎坡角及田埂尺寸；3.計(jì)算土方量和用功量；4.按比例繪制設(shè)計(jì)圖；5.編寫設(shè)計(jì)說明書。第三十一頁，共65頁。圖1-10石坎梯田斷面圖

第三十二頁，共65頁。1.田面寬

石坎梯田田面寬度的設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮坡地土層厚度。修平后，梯田內(nèi)土層厚度應(yīng)大于30cm。

石坎梯田田面寬度按下式計(jì)算：B=2（T-h）ctgθ2.田坎

田坎高度H=B/(ctgθ-ctgα)田坎高加上田?。ㄐ钏。└呒礊楣】哺?。石坎梯田坎高一般為l.0~2.5m，外坡1:0.75；內(nèi)側(cè)接近垂直，頂寬0.4~0.5m。第三十三頁，共65頁。石坎水平梯田斷面尺寸參考表(陜西)坎頂寬d=0.5m地面坡度（°）田坎高（m）坎基寬（m）田面寬（m）耕作田面寬（m）田面斜寬（m）田坎占地（％）51.00.7411.4310.6911.476.471.50.8717.1416.2717.215.072.00.9922.8621.8722.944.30101.00.745.674.935.7513.051.50.878.507.638.6310.232.00.9911.3410.3511.518.702.51.1214.1713.0514.397.903.01.2417.0115.7717.277.20151.50.875.594.725.7915.502.00.997.466.477.7213.202.51.129.338.219.6512.003.01.2411.199.9511.5911.08202.00.995.494.505.8418.032.51.126.865.747.3016.323.01.248.247.008.775.04252.51.125.364.425.9120.803.01.246.435.197.0919.20第三十四頁，共65頁。二、隔坡梯田設(shè)計(jì)布設(shè)與水平梯田相似，設(shè)計(jì)主要解決兩個(gè)問題：（一）隔坡梯田坡地部分產(chǎn)流產(chǎn)沙量的估算（二）隔坡梯田平坡比的確定黃土高原隔坡梯田的平坡比一般在1:1~1:5之間。第三十五頁，共65頁。1．平臺(tái)寬度地面坡度（15～25°），水平田面寬度：5～10m，坡度緩的寬，坡度陡的窄。同時(shí)，既能適應(yīng)種植要求，又能攔蓄斜坡徑流。2．斜坡寬度平坡比一般為1：1～1：3（或者更大）。干旱少雨地區(qū)小，雨量較多地區(qū)大一般將斜坡部分在10年一遇暴雨中，產(chǎn)生徑流和泥沙量作為確定斜坡寬度的主要依據(jù)。此外，還需計(jì)算斜坡上全年的產(chǎn)流量，如水量偏小，側(cè)需適當(dāng)加大斜坡寬度。第三十六頁，共65頁。平坡比可依下式計(jì)算:1:m=1:m－平坡比n－隔坡梯田的設(shè)計(jì)年限s－年最大沖刷深度a－蓄水埂有效攔蓄高度ao－安全超高，一般取5cm第三十七頁，共65頁。陜北黃土丘陵區(qū)隔坡梯田斷面尺寸參考表地面坡度（°）斜坡種草斜坡為農(nóng)地平臺(tái)寬度（m）斜坡寬度(m)平坡比蓄水埂高度(m)平臺(tái)寬度(m)斜坡寬度(m)平坡比蓄水埂高度(m)518.054.01：30.318.027.01：1.50.31012.036.01：30.312.013.51：1.50.3158.525.51：30.38.512.81：1.50.3206.516.31：2.50.36.56.51：10.3255.012.51：2.50.35.05.01：10.3第三十八頁，共65頁。三、坡式梯田設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)主要解決的問題：（一）地埂布設(shè)（二）地埂的設(shè)計(jì)

地埂的斷面設(shè)計(jì)與來水來、來沙量有關(guān)，可據(jù)此來設(shè)計(jì)。在黃土區(qū)，地埂修后可逐年加高，一般每三年加高一次。第三十九頁，共65頁。第四十頁，共65頁。1．地埂內(nèi)測度高

H=h+Δh

h－地埂最大攔蓄高度Δh－地埂安全加高，Δh=0.5m最大攔蓄高度可根據(jù)單位埂長的坡面來水、來沙量Q來確定①Q(mào)=B（h1+h2）＋Vo

B－地埂水平間距；h1－最大一次暴雨徑流深；h2－最大沖刷深度，h2=h大+2h平h大－年最大沖刷深h平－多年平均沖刷深；VO－三年耕作翻入埂內(nèi)的土方量。第四十一頁，共65頁。每米埂長的最大攔蓄容積V可按下式計(jì)算

m－埂內(nèi)側(cè)邊坡比L－回水長度（最大攔蓄高度時(shí)）θ－田面坡度地埂最大攔蓄高度h，可根據(jù)下式計(jì)算

令V=Q則有第四十二頁，共65頁。則埂內(nèi)側(cè)高度：＝2．地埂鋪底寬度B0B0=3．埂外側(cè)高度

H2=H1+hc=H1＋B0sin?

4.每畝坡式梯田地埂土方量

G=A·L‘第四十三頁，共65頁。（三）變平年限（T）估算

變平原因

①翻土②沖刷③加高地埂沖刷面積按梯田面積一半計(jì)算，則

T=

V－坡地變?yōu)樗教萏锏耐练搅?按達(dá)到3°算;V1－第一次培埂坊量;g1－平均年沖刷量;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

第四十四頁，共65頁。g1=g2根據(jù)試驗(yàn)資料定；

g3=第四十五頁，共65頁。四、山邊溝設(shè)計(jì)

主要是排水?dāng)嗝娴脑O(shè)計(jì)，采用明渠均勻流的公式，斷面有梯形和三角形(一種截水排水溝)。五、坡面蓄水工程設(shè)計(jì)（一）蓄水池

1．蓄水池布設(shè)布置形式常有下幾種（北方）：①路邊蓄水池防止沖毀道路

②溝頭蓄水池防止徑流下溝，引起溝頭前進(jìn)③田間蓄水池為灌溉方便，常布設(shè)于較高的天然低地處第四十六頁，共65頁。在南方：（1）平地蓄水池（2）溝頭蓄水池（3）溝底坡腳蓄水池（4）灌溉蓄水池（5）連環(huán)蓄水池蓄水池一般為圓形或橢圓形。大的蓄水池可占幾畝地，容積可達(dá)幾百立方米，甚至幾千立方米。山坡地上的蓄水池，因受地形條件限制要小一些，蓄水量一般為50~100m3。第四十七頁，共65頁。第四十八頁，共65頁。第四十九頁，共65頁。圓形池平面布置圖

第五十頁，共65頁。矩形池平面布置圖

第五十一頁，共65頁。2．蓄水池組成

由池底、池坎（?。?、進(jìn)出口三部分組成。3．蓄水池形狀及容積設(shè)計(jì)據(jù)來水量Q

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，干旱半干旱區(qū)每畝地來水可按30~100m3估算。陜北：3.0~50m3關(guān)中：70~100m3一般按60m3即可。較大，還可根據(jù)用水量，通過調(diào)節(jié)計(jì)算確定（南方）。第五十二頁，共65頁。（1）調(diào)節(jié)水量計(jì)算法（2）利用經(jīng)驗(yàn)公式估算容積1）按來水量計(jì)算容積式中：V——蓄水池容積，m3；

W0——多年平均年來水量，m3；

K——調(diào)節(jié)系數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，K為0.3~1.0，在雨量較豐沛，溝道經(jīng)常有水的情況下，K取小值；在干旱少雨，溝道時(shí)常斷水的情況下，K取較大值；在集水面積小，平常無水，僅汛期大雨時(shí)才有徑流匯集的情況下，K取最大值。

第五十三頁，共65頁。2）按用水量計(jì)算容積V——蓄水池容積，m3；W——多年平均灌溉用水量，m3；ρ——蓄水池滲漏、蒸發(fā)損失水量的百分?jǐn)?shù)，一般小型蓄水池可按10%~20%考慮；其余符號(hào)意義同前。確定蓄水池容積，應(yīng)根據(jù)上述兩種計(jì)算結(jié)果，取其中較小者。

第五十四頁，共65頁。

當(dāng)用水量大于來水量時(shí)，按來水量設(shè)計(jì)，再根據(jù)來水量確定灌溉面積，其計(jì)算公式為：A——灌溉面積，畝；E——毛灌溉定額，即每畝地一年灌溉用水總量，m3/畝，可參考當(dāng)?shù)卦囼?yàn)資料確定（干旱地區(qū)150~250m3/畝）；其余符號(hào)意義同前。

第五十五頁，共65頁。（二）山塘

山塘是南方丘陵區(qū)應(yīng)用十分普遍的一種蓄水灌溉工程。容積較大，小者有500多立方米，大者可超過1萬m3。1.山塘位置選擇1）布設(shè)于有較大集流面積的徑流匯集處，如山腰居民點(diǎn)附近，山?jīng)_中央；2）建在粘結(jié)性強(qiáng)、滲透性小的土質(zhì)基礎(chǔ)上；3）山塘的高程，一般要高過最高一臺(tái)梯田的田面，同時(shí)還要留溢洪道；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）山塘應(yīng)盡量與一些較大的灌溉工程渠系串連在一起，平時(shí)引渠水回灌山塘，旱時(shí)取山塘水灌溉。

第五十六頁，共65頁。2.山塘容積

山塘開挖容積有兩種方法估算：依據(jù)山坡來水量定容積：V=0.667FΦh－0.667fh’n－QpV－山塘蓄水容積；F－集水面積（畝）；Φ-徑流系數(shù)；h－多年平均降水量；f－山塘控制的灌溉面積（畝）；h’－水稻日平均耗水量；n－水稻生長期內(nèi)灌水天數(shù)；Qp－暴雨期排水總體積。位于山?jīng)_中間的山塘，開挖容積為：V=Ql＋Qt－0.667fh’n－QpQl－上一級(jí)山塘排水量和集流區(qū)內(nèi)徑流量；Qt－本山塘集流區(qū)內(nèi)稻田在踩田和曬田期間的退水量。從山塘所控灌溉面積連續(xù)干旱天數(shù)所需灌溉水量定容積V=0.667fh’ngng－水稻生長過程中關(guān)鍵需水期天數(shù)。第五十七頁，共65頁。（三）水窖