水保工程学课程设计.docx

1、水保工程学课程设计西南林业大学水土保持工程学课程设计 姓名：杨丽蓉 学号：20110753028 班级：水土保持与荒漠化防治 小组：杨丽蓉 日期：2014年6月7/8/21/22/23 指导老师：马建刚前言拦砂坝是以拦蓄山洪泥石流沟道（荒溪）中的固体物质为主要目的，防治泥沙灾害的挡拦建筑物，它是荒溪治理的主要沟道工程措施。其目的主要有以下几点：1，拦蓄泥沙（包括块石），调节沟道内水砂，以免除泥沙对下游的危害，便于河道下游的整治。拦砂坝在减少泥沙来源和拦蓄泥沙方面能起到重大作用。拦砂坝将泥石流中的固体物质堆积库内，可以使下游免遭泥石流危害。2，提高坝址处的侵蚀基准，减缓坝上游淤积段河床比降，加宽

2、了河床，并使流速和流深减小，从而大大减小水流的侵蚀能力。3，因沟道流水侵蚀作用而引起的沟岸滑坡，其剪出口往往位于坡脚附近。拦砂坝的淤积物掩埋了滑坡体剪出口，对滑坡运动产生阻力，促使滑坡稳定，减小泥石流的冲刷及冲击力，防止溯源侵蚀，抑制泥石流发育规模。第1章 小流域基本概况1.1地理位置及地形概况怒江州六库镇位于云南省西北部，芭蕉河位于六库镇西坡，地理坐标为：98 49 24 E98 51 36 E,25 50 00 N25 51 30 N。芭蕉河源于著名的高黎贡山东坡，怒江西岸，汇水面积为4.08km,全沟长4.33km，流向自西向东，最高点海拔为2450m，山口处海拔为880m，高差达157

3、0m，比降为25.沟床叠水、陡坎、拐弯多见。沟床阻塞系数为1.31.7，沟侧山坡3035，局部达60。河流出口后堆积有不同时期的洪积物，与怒江交汇处海拔为790m，相关图件见图1-1和附图1。1.2水文地质流域内主要分布的地层有元古代高黎贡山群变质岩系，以片岩、片麻岩、混合岩、变粒岩为主。山口地带出露寒武系保山组砂岩、板岩，产状为250L40。三叠河弯街组（T3）碳酸盐岩，以白云岩为主，产状为230L55,其表层大部分覆盖有厚0.51.0m的坡残积层。山口以东至怒江约1100m，为一洪积扇，怒江州卫生学校、师范学校和汽车总站等单位设于此地，是州府重镇之一。新生代以来，构造应力呈东西向强烈挤压，

4、地壳持续抬升，在长期地质营力作用下，岩体破碎，节理裂缝发育，溪沟下切，风化土层深厚，崩塌、滑坡发育，松散体物质储量达1369104m,可移方量410104m，固体物质源丰富，为泥石流的形成创造了必要的物质条件。1.3植被该流域属于亚热带湿润气候，年平均气温为20.2，最高气温为26.6，极端最高气温可达41.6，最低气温达4.5.年平均降雨量为1011mm，510月为雨季，降雨量占全年的70.芭蕉河内常年有水，但随季节雨量暴涨暴落，旱季最小雨量为0.02m/s，雨季可增加数十倍。全流域林地面积占68%，郁闭度为60%，坡耕地占32%。1.4 泥石流概况从流域特点看，泥石流形成过程可分为水源区、

5、形成区、流通区和淤积区。水源区位于主沟海拔1060m以上，面积为3.62km。发育有滑坡3个，坍塌3处，松散固体物质储量为636104m，单位储存量为120.44104m/km；形成区位于主沟海拔1060880m，面积0.46km，发育有滑坡4个，坍塌5处，松散固体物质储存为730104m；流通、淤积区位于海拔880m至怒江边，长度为1.01km，泥石流时冲时淤。1.5 泥石流特征1989年10月20日20：00时，芭蕉河爆发力一场灾害性泥石流。高约3m的泥石流龙头夹裹着巨大的漂砾急汇而下，冲毁、於埋了沟道两岸附近的州汽车总站、州邮电局、州民族师范学校等6个单位的房屋40栋，桥梁2座等，估计经

6、济损失达889万元，根据灾后现场调查，泥石流剖面多为“泥包砾”，泥面呈黄色，坡降为8.7%,保存1年多仍未脱落，表明浆体粘度很高，为黏性泥石流。据房屋墙壁的泥痕和固体沉积物厚度，推算出流体容重为21kN/m，经采样粒度分析，测得中值粒径为d50=2.5mm，用泥痕计算得流速为45吗m/s，根据武汉水电学院水槽实验公式计算的流速为4.08m/s，流量为160m/s。1.6 泥石流成因芭蕉河山口以上属于中山地形，侵蚀切割较深，大部分地形呈“V”形谷，岸壁陡峻，岸体破碎，崩塌、滑坡较为发育，松散固体物质储量达1269104m，为泥石流的形成创造了物质基础。历时长、强度大的降雨时激发泥石流形成的动力。

7、1989年10月3日到20日，该地区出现了长达半个月的连阴降雨天气，共降雨461.7mm，突破了历史同期所有极限，其中10日为69.4mm，16日为74.5mm，17日为59.8mm，19日为50.5mm，20日晚又出现了高强度暴雨而触发了大规模泥石流。据资料记载，20世纪20年代，该地区曾爆发过一次大规模的最大的泥石流。1949年又爆发一次，但规模较小。从泥石流堆积扇的分布、厚度及堆积旋回分析，芭蕉河泥石流在历史上活动频繁，规模宏大，后期呈衰减之势，但近几年来，随着人口的增多，人类活动加剧，毁林开荒使生态恶化，泥石流活动趋于活跃。为此，积极对泥石流进行防治是完全必要的。第2章 泥石流的参数设

8、计2.1不同设计频率的最大24h降水量（H24p）的计算1.将芭蕉河流域19581989年32年的实测最大24h降水量列于表2-1中，计算出系列的统计参数，如均方差、变差系数CV、偏差系数CS，然后在频率格纸上点汇暴雨频率曲线。表2-1 芭蕉河流域设计暴雨频率计算表序号时间H24i（mm）H24i大小经验频率（%）p=m/（n+1）模比系数K11958-08-1586.088.63.031.5421957-07-1664.8866.061.531960-07-1645.474.59.091.341961-06-3051.472.312.121.2651962-08-2163.771.715.1

9、51.2561963-07-2541.970.518.181.2371964-05-2066.366.321.211.1581965-09-0571.766.324.241.1591966-07-1288.664.927.271.13101967-09-1057.564.830.31.13111968-08-1155.263.733.331.11121969-09-0344.661.536.361.07131970-08-1752.159.839.391.04141971-07-2844.857.542.421151972-11-0454.256.745.450.99161973-07-246

10、4.956.548.480.98171974-08-0541.855.251.510.96181975-07-3052.455.254.540.96191976-06-1870.554.257.570.94201977-07-0666.353.360.60.93211978-08-2153.352.463.630.91221979-08-1456.752.166.660.91231980-06-2838.651.469.690.89241981-07-2147.847.872.720.83251982-08-1455.245.475.750.79261983-08-2461.544.878.7

11、80.78271984-09-1635.644.681.810.78281985-07-0943.843.884.840.76291986-07-2872.341.987.870.73301987-09-0759.841.890.90.73311988-08-1756.538.693.930.67321989-10-1074.535.696.970.62总计1839.71839.732.00统计参数计算如下：（1）.样本的平均数=57.5（2）样本的均方差S=12.74（3）变差系数Cv=0.23模比系数 2.适线：采用不同的CS值进行适线，列表计算：理论频率计算表。分别绘制出理论频率曲线查找

12、不同频率的最大24h降水量，列成表格。Cv=0.22 Cs=0.44Cv=0.22 Cs=0.66Cv= 0.22 Cs=0.88理论频率P（%）KP理论频率P（%）KP理论频率P（%）KP0.01 2.040.012.020.012.100.11.820.11.790.1 1.850.21.750.21.720.21.770.331.700.331.670.331.710.51.660.51.630.51.6611.5811.5511.5821.5021.4721.4951.3951.3651.37101.29101.27101.27201.18201.16201.16500.98500.9

13、8500.97750.84750.86750.85900.73900.76900.77950.67950.71950.72990.56990.62990.65根据频率曲线与经验点据的配合情况，从中选出一条与经验点据配合较好的曲线作为采用曲线，相应于该曲线的参数便看作是总体参数的估值。采用的Cv= 0.22 ； Cs=32.2清水洪峰流量（Qwp）的计算，列表（其中km=2.6m3/（skm），选取Cs=2Cv，Cv=0.35，然后查P-型模比系数可得出kp。）2.3 泥石流洪峰流量（Qcp）计算，列表Qcp=Qwp,由于芭蕉河流域整体流域高差达1570米，比降为25%，沟床叠水、陡坎、拐弯多见

14、，所以综合荒溪指数可取5。表2-1 参数计算表p0.010.115kp5.284.102.821.82Qwp35.0527.2218.7212.08Qcp175.25136.193.660.42.4泥石年流淤积量（）计算，列表 泥石流淤积量计算采用侵蚀模数法，根据对流域综合情况的判断，给出林地和坡耕地的侵蚀模数，给出输移比，结合侵蚀物容重和不同地类面积计算。参考林地侵蚀模数为：1000t/ km2a，坡耕地侵蚀模数为：8000t/ km2a。林地年侵蚀量:4.08 km2 X 68% X 1000t/ km2a =2774.4t/a 坡耕地年侵蚀量: 4.08 km2 X 32% X 8000

15、t/ km2a =10444.8t/a表2-4泥石流淤积量计算表面积(km2)侵蚀模数(t/ km2a)输移比(t/a)林地2.774410000.41109.76坡耕地1.305680000.44117.92合计4.08528.68第3章 拦砂坝设计3.1 坝址选择：坝址选择的原则如下：（1）.地质条件 坝址附近应无大断裂通过，坝址处无滑坡、崩塌，岸坡稳定性好，沟床有基岩出露，或基岩埋深较浅，坝址为硬性岩或密实的老沉积物。（2）地形条件 坝址处沟谷狭窄，坝上游沟谷开阔，沟床纵坡较缓，建坝后能形成较大的拦淤库容。（3）建筑材料 坝址附近有充分的或比较充足的石料、砂等当地建筑材料。（4）施工条件

16、 坝址离公路较近，从公路到坝址的施工便道易修筑，附近有布置施工场地的地形，有可供施工使用的水源等。（5）与防治工程总体布置协调 如与上游的谷坊或拦砂坝、下游拦砂坝或排导槽能合理的衔接。（6）满足拦砂坝本身的设计要求 如以拦沙为主的坝，坝址应尽量选在“肚大口小”的沟段；以拦淤反压滑坡为主的坝，应尽量靠近滑坡。（7）有较好的综合效益 如拦砂坝既能拦砂，又能稳坡，一坝多用。3.2 坝型选择：浆砌石重力坝。多用于泥石流冲击力大的沟道，结构简单，施工简单，是群众常用的一种坝型。但施工进度较慢，一般用的水泥较多，造价就高。它的作用原理是，坝前作用的泥沙压力、冲击力、水压力等水平推力，通过坝体传递到坝的基础

17、上。坝的稳定，主要是坝体的质量在坝基础面上产生的摩擦力大于水平推力的原因。3.3 坝的设计：3.3.1初步拟定断面尺寸初定:坝高H=10m坝顶宽b=3m坝底宽度a=21m坝坡：上游为1:1；下游为1:0.8断面图如下：（图中单位为mm）（二）溢流口水力计算1、确定溢流口形状和两侧边坡溢流口形状为梯形，边坡坡度取1:0.82、溢流口宽度计算，一般其宽度为坝底宽的1/2-1/3。此次拦砂坝设计标准为20年一遇。则 3式中： 3、溢流口高度计算：断面图如下：（图中单位为mm）（三）稳定性分析坝高：10m ， 基础埋深：2m ，顶宽：3m 底宽：21m。 采用砌石砌体筑，砌体容重2.3tm.砌体与与坝

18、基之间摩擦系数为0.5（砂岩）。 (土壤有含水量的砂砾和粗砂) 泥石流容重与淤积物容重均取2.1tm 坝体受力示意图：1、作用力计算：（1）坝体重力(以1m坝长算)坝上游淤积物重: （2）泥沙压力 （3）被动土压力 （4）坝基扬压力： （5）泥石流冲击力：化为集中力为:2抗滑稳定计算 满足抗滑稳定要3坝基应力计算：荷载垂直力水平力对断面中心点力臂对断面中心点力矩G1+96.600G1+925.17-475.64G1+691.0-69G1+1153.83+440.45G1+1057.17+752.85W-115.83.5-441 P泥+8.575-579E0.67+5.7149下游面地基的强度计

19、算 下游面不产生拉应力验算不产生拉应力基于以上计算，所设计的拦砂坝满足稳定性要求。（四）坝下消能设计本次设计采用副坝消能，其中副坝坝顶高出原沟床0.5m，坝高2米，副坝距离主坝25米，具体示意图如下（图中单位为mm）： （五） 拦砂坝库容及淤积年限计算 坝的库容计算: 淤积年限计算: = (22480X1.4)/5287.68=6 Rs取1.4第四章 排导槽设计一、排导槽的平面布置形式，其布置位置见附图一。结合相关资料，因为芭蕉河的荒溪类型类型属于泥石流荒溪类型，所含固体物质丰富，可以采用的平面布置形式有向上游排及向中部排。布置排导沟的目的就是为了让泥石流和洪水顺畅排泄，而不至于漫流改道，确保

20、沿河两岸村庄、城镇、工矿区和农田的安全，但是芭蕉河的山口洪积扇设有学校、汽车总站等单位，所以本次设计选择向向下游排。二、排导沟类型与建筑材料 类型：挖填排导沟建筑材料：M7.5浆砌石三、排导槽断面设计,其横断面见附图，纵断面图见附图。1、选择合适的纵坡对于泥石流荒溪，因为其流体容重为2.11.5，结合当地泥石流固体物质特性，所以纵坡为20%。2、排导槽断面设计Qm为溢洪道的设计流量为：54.45m3/s（1）过水深h计算 其中 为0.58-0.96，一般取0.76； Q为设洪峰丰流量，本次设计采用20年一遇（2）断面宽度计算 ;把数据代入公式，可知矩形的水力最优断面根据相关规范还应加上安全超高

21、0.5-10m，本课程设计中取0.5m，最终高为3.5m3、渠道允许流速确定:由于该地区属于白云砂等硬水岩石为主，查表可确定它的允许流速（不充不淤）相关数值见表4-1： 表4-1 允许流速不冲不淤表渠道流量(m3/s)10允许流速(m/s)56.07.0断面图如下（图中单位为mm）：第五章 水土保持工程投资估算一、估算依据（1）水利部水土保持工程概算（估）算编制规定2003年6月；（2）水利部水土保持工程概算编制定额2003年6月；（3）国家计委、建设部计价格200210号文件工程勘察设计收费标准（2002年修订本）规定；（4）云南省建设厅编制的云南省2005年工程建设材料价格信息第一季度价格

22、；（5）云南省水利水电建筑工程概预算定额及有关规定；二、投资估算情况1、拦砂坝部分（1）主体工程量（2）副坝工程量2、排导槽部分（1）挖方量（2）砌石方量3、总造价 按照工程设计尺寸，计算各个工程的工程量，并考虑其他费用，最终结果见附表一水土保持投资估算表。表5-1 拦砂坝设计水土保持投资估算表（元）编号名称单位数量单价合计备注一工程措施30046961主坝土方开挖m328002056000M7.5浆砌块石m310015.522022034102副坝土方开挖m3122202440M7.5浆砌块石m3188.7220415143排导槽土方开挖m3818720163740M7.5浆砌块石m32433.6220537592二植物措施（无）三临时措施（无）四其它费用1建设管理费%260093.922工程建设监理费%1.545070.443科研勘测设计费%6180281.8一四部分合计五基本预备费%5164507.1六总投资3454649