水土保持工程学课程设计资料.docx

1、水土保持工程学课程设计资料水土保持工程学课程设计拦渣坝设计学院：环境科学与工程学院姓名： 西南林业大学 学号： 20120753045 班级： 水保2012级 指导老师： 马建刚 目录第一章 小流域基本情况 31.1地理位置及地形概况 31.2水文地质 31.3植被 41.4泥石流概况 41.5泥石流特征 41.6泥石流成因 5第二章 泥石流设计参数计算 52.1不同设计频率的最大24h降水量（H24p）的计算 52.2清水洪峰流量（Qwp）计算，列表 92.3 泥石流洪峰流量（Qcp）计算，列表 92.4 泥石年流淤积量（Wcp）计算，列表 11第三章 拦砂坝设计 123.1 坝址选择 12

2、3.2 坝型选择 123.3 坝的设计 123.4 拦砂坝库容及淤积年限计算 16第四章 排导槽设计 174.1 排导槽平面布置形式 174.2排导沟断面设计 17第五章 水土保持工程投资估算 185.1估算依据 185.2 投资估算情况 19第一章 小流域基本情况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：984924 E985136 E, 255000 N255130 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1570m，比降为25。沟

3、床叠水、陡坎、拐弯多见。沟床阻塞系数为1.31.7，沟侧山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1-11.2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。三迭河弯街组（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，怒江州卫校、师范学校和汽车总站等到单位设于此地，是州府重镇之一。新生代以来，构造应力呈东西向强烈挤压，地壳持续抬升，在长期地质营力作用下

4、，岩体破碎，节理裂隙发育，溪沟下切，风化土层深厚，崩塌、滑坡发育，松散体物质储量达1369万m3，可移方量410万m3，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，极高气温可达41.6，最低气温可达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，但随季节流量暴涨暴落，旱季最小流量为0.02m3/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、形成区、流通区和淤积区。水源区位于主沟

5、海拔1060m以上，面积为3.62km2。发育有滑坡3个，坍塌3处，松散固体物质储量为636万m3，单位储存量为120.44万m3/km2；形成区位于主沟海拔1060880m，面积0.46km2，发育有滑坡4个，坍塌5处，松散固体物质储量为730万m3；流通、淤积区：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日晚8时，芭蕉河爆发了一场灾害性泥石流。高约3m的泥石流龙头夹裹着巨大漂砾急汇而下，冲毁、於埋沟道两岸附近州云总站、州邮电局、州民族师范学校等6个单位的房屋40栋，桥梁两座等，估计经济损失达889万元。根据灾后现场调查，泥石流剖面多为“泥

6、包砾”，泥面呈黄色，坡降8.7%，保存1年多未脱落，表明浆体稠度很高，为粘性泥石流。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/m3，经采样粒度肥西，测得中值粒径为d50=2.5mm，用泥痕计算得流速为45m/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160m3/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。1989年10月3日到20日，该地区出现了长达半个月的连阴降

7、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，二十世纪二十年代，曾爆发过一次规模最大的泥石流。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层活动频繁，规模宏大，后期呈衰减之势，但近年来，人口增多，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。第二章 泥石流设计参数计算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1

8、9581989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。统计参数计算如下：（1）样本的平均数：（2）样本的均方差s：（3）变差系数Cv：表4-1 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11958.08.1586.088.63.01.5421957.07.0964.8866.11.5031960.07.1645.474.59.11.3041961.06.3051.472.312.11.2651962.08.2163.771.715.21

9、.2561963.07.2541.970.518.21.2371964.05.2066.366.321.21.1581965.09.0571.766.324.21.1591966.07.1288.664.927.31.13101967.09.1057.564.830.31.13111968.08.1155.263.733.31.11121969.09.0344.661.536.41.07131970.08.1752.159.839.41.04141971.07.2844.857.542.41.00151972.11.0454.256.745.50.99161973.07.2464.956.54

10、8.50.98171974.08.0541.855.251.50.96181975.07.3052.455.254.50.96191976.06.1870.554.257.60.94201977.07.0666.353.360.60.93211978.08.2153.352.463.60.91221979.08.1456.752.166.70.91231980.06.2838.651.469.70.89241981.07.2147.847.872.70.83251982.08.1455.245.475.80.79261983.08.2461.544.878.80.78271984.09.163

11、5.644.681.80.78281985.07.0943.843.884.80.76291986.07.2872.341.987.90.73301987.09.0759.841.890.90.73311988.08.1756.538.693.90.67321989.10.1074.535.697.00.62总计1839.7（4）偏差系数Cs：（5）模比系数Ki：2适线：采用不同的Cs值进行适线，列表计算：理论频率曲线计算表。分别绘制出理论频率曲线，然后找出与经验点据配合得较好的理论曲线，在此曲线上查找不同频率的最大24h降雨量，列成表格。1) X=57.49mm,取Cv=0.22，并假定Cs

12、=2Cv=0.44，查水文与水资源学附表，得出不同频率的KP值，列于表中第（2）栏，乘以X得相应的QP值，列于表第（3）栏。将表中第（1）、（3）两栏对应数值点绘曲线，发现理论曲线尾部与经验点据略向上偏移较少，配合的比较好，但头部偏移经验点据较多。 2）改变参数，重新配线。由第一次配线结果表明，需要增大Cv值。现取Cv=0.24，Cs=2Cv=0.48，再查附表2得到相应的KP值，并计算各Qp值，至于表（4）、（5）栏，经与经验点据配合，发现头部较第一次配线头部向上与经验点据，尾部向下更接近于经验点据。3）再次改变参数，第三次配线。现取Cv=0.25，Cs=2Cv=0.50，再查附表2得到相应

13、的KP值，并计算各Qp值，至于表（6）、（7）栏，再次计算理论频率曲线，与经验点据配合较好，即作为采用的理论频率曲线。频率P（%）第一次配线第二次配线第三次配线=57.50Cv=0.22Cs=2Cv=0.44=57.50Cv=0.24Cs=2Cv=0.44=57.50Cv=0.25Cs=2Cv=0.5KPQPKPQPKPQP（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）0.012.04117.302.16124.202.22127.650.11.82104.651.91109.831.96112.700.21.75100.631.83105.231.87107.530.331.797.751.77

14、101.781.81104.080.51.6695.451.7399.481.77101.7811.5890.851.6494.301.6796.0321.586.251.5589.131.5890.8551.3979.931.4382.231.4583.38101.2974.181.3275.901.3376.48201.1867.851.1968.431.2069.00500.9856.350.9856.350.9856.35750.8448.300.8347.730.8247.15800.7945.430.846.000.7643.70900.7341.980.7140.830.7040

15、.25950.6738.530.6436.800.6336.23990.5632.200.5330.480.5229.902.2清水洪峰流量（Qwp）计算，列表按照公式( F为流域面积，为4.08km)来计算，其中KM=2.6m3/skm2，选取Cs=2Cv，Cv=0.35，然后查P-型模比系数可得出KP。P%CV 0.01 0.1 0.2 0.33 0.5 1 2 5 10 20 50 75 80 90 95 99 0.35 2.86 2.44 2.31 2.22 2.13 2.00 1.84 1.64 1.47 1.28 0.96 0.75 0.67 0.59 0.51 0.37 0.40

16、 3.20 2.70 2.54 2.42 2.32 2.15 1.98 1.74 1.54 1.31 0.95 0.71 0.62 0.53 0.45 0.30 0.45 3.59 2.98 2.80 2.65 2.53 2.33 2.13 1.84 1.60 1.35 0.93 0.67 0.58 0.48 0.40 0.26 0.50 3.98 3.27 3.05 2.88 2.74 2.51 2.27 1.94 1.67 1.38 0.92 0.64 0.54 0.44 0.34 0.21 清水洪峰流量对应表KP2.862.442.312.222.132.001.841.64Qwp18.

17、9916.2015.3414.7414.1413.2812.2210.89KP1.471.280.960.750.670.590.510.37Qwp9.768.506.374.984.453.923.392.462.3 泥石流洪峰流量（Qcp）计算，列表运用公式Qcp=*Qwp计算泥石流洪峰流量式中 Qcp泥石流洪峰流量（m3/s）； Qwp清水洪峰流量（m3/s）； 综合荒溪指数，取决于荒溪类型及荒溪流过区末端弯曲度K值。芭蕉河流域爆发的泥石流容重为21kN/m3（即2.1t/m3），2.1t/m31.7t/m3,属于冲击力强的泥石流荒溪，其沟道的弯曲度，1.5K2的冲击力冲击力强泥石流荒溪

18、1.77-83-1011-1615-30泥石流荒溪1.5-1.75-66-77-1111-15高含沙山洪荒溪1.1-1.52-33-44-57-10一般山洪荒溪1.05-1.11-1.051.05-1.11.1-1.153-52.4 泥石年流淤积量（Wcp）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Wcp。参考林地侵蚀模数为：1000t/ km2a，坡耕地侵蚀模数为：8000t/ km2a。Wcp=A林W林1+A坡W坡2式中 Wcp泥石流淤积量，t/a A林林地面积，km2 A坡坡耕地面积，km2

19、 W林林地侵蚀模数，为1000t/（km2a） W坡坡耕地侵蚀模数，为8000t/（km2a） 1,2输移比，取0.4Wcp=A林W林1 + A坡W坡2 =4.08 km268%1000 t/（km2a）0.4+4.08 km232%8000t /（km2a）0.4 =1109.76 t/a + 4177.92 t/a =5287.68 t/a泥石流年淤积数量统计表流域面积占地比例面积侵蚀模数输移比Wcp（t/a）（km2）（%）（km2）t/（km2a）林地4.08682.7710000.41109.76坡耕地4.08321.3180000.44177.92合计4.085287.68第三章

20、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 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。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。5）.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

21、大口小”的沟段；以拦淤反压滑坡为主的坝，应尽量靠近滑坡。6）.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 坝型选择选用浆砌石重力坝。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：（一）初步拟定断面尺寸，并绘制断面图；（二）溢流口水力计算；（三）稳定性分析；（四）坝下消能设计，并绘图。3.3.1初步拟定断面尺寸浆砌石坝断面轮廓尺寸设计坝高（m）坝顶宽度（m）坝底宽度（m）坝坡上游下游31.24.21:0.61:0.441.56.31:0.71:0.5

22、52.09.01:0.81:0.682.516.91:11:0.8103.020.51:11:0.8单宽流量的确定工程实践证明对于软弱岩石常取q=20-50m3/(s*m)；中等坚硬的岩石q=100-150m3/(s*m)；特别坚硬的岩石q=20-50m3/(s*m)。若此拦砂坝设计标准为10年一遇，则（其中为山洪中固体物质比重,一般取2.4-2.7；为山洪容重）3.3.2 溢流口水力计算溢流口形状为梯形；边坡坡度取1:1设计洪峰流量QC=Qwp(1+)DC=8.50(1+1.8）1.7=40.46m3/s,式中=1.8。,DC值取1.7溢流口宽度计算：取溢流口的单宽流量q=10m3/s, 超

23、高0.5mB=Qc/q=40.46 m3/s /10m3/s =4.5m溢流口高度计算：h=h0+h=2.5+0.5=3.5m溢流口断面图如下图：3-2（图中单位为mm），见附图23.3.3稳定性分析坝高：10m ， 基础埋深：2m ，顶宽：3m 底宽：18m。 采用砌石砌体筑，砌体容重2.3tm.砌体与与坝基之间摩擦系数为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： 泥沙压力：（其合力作用在4m处）坝基土压力为：坝基渗透压力为：作用点在离上游4m处。坝的稳定计算：3.3.4

24、坝下消能设计，并绘图本次设计采用副坝消能，其中副坝坝顶高出原沟床1m，坝高3米，副坝距离主坝20米，具体示意图如下（图中单位为mm）：3.4 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（a）第四章 排导槽设计4.1 排导槽平面布置形式结合相关资料，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。

25、4.2排导沟断面设计类型：挖填排导沟建筑材料：M7.5浆砌石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，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10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0.5-10m，本课程设计中取0.5m，最终高为3.5m（3）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）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第五章 水土保持工程投资估算5.1估算依据（1）水利部水土保持工