第三章水土保持工程措施(2)

第三章水土保持工程措施综合治理措施工程措施农业措施林草措施沟道工程3概述1坡面治理工程2小型蓄排引水工程5主要内容工程治沙措施6护岸与治滩工程4第三节沟道工程谷坊二沟头防护工程一淤地坝三拦沙坝二一、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2～3倍沟深，至少相距5～10m，以免引起沟壁崩塌。•沟埂的蓄水容积可按10～20a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（＜1.5～2.5m），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，m3／s。b=0.335Q1h3h=0.5013Q2b2第三节沟道工程谷坊二沟头防护工程一淤地坝三拦沙坝二二、谷坊（checkdam,gullycontroldam）——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。1.谷坊的种类2.谷坊的作用3.谷坊位置的选择4.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坊①固定与抬高侵蚀基准面，防止沟床下切；②抬高沟床，稳定山坡坡脚，防止沟岸扩张及滑坡；③减缓沟道纵坡，减小山洪流速，减轻山洪或泥石流灾害；④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①谷口狭窄；②沟床基岩外露；③上游有宽阔平坦的贮砂空间；④在有支流汇合的情形下，应在汇合点的下游建造谷坊；⑤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：⑴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0.02⑵根据瓦兰亭公式计算稳定坡度I0＝0.093d/Hd—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①L＝H/（I－I0）L－谷坊间距；H－谷坊高度；I－天然坡度；I0－稳定坡度。②L＝（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bBVtgtgEh)()(1212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α－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谷坊二沟头防护工程一淤地坝三拦沙坝二三、淤地坝（checkdam，silt-trapdam，soilsavingdam）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（waterreleaseworks）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、淤地坝的分级标准分级标准库容(万m3)坝高（m）单坝淤地面积（亩）控制流域面积（km2）大型500—100＞30＞150＞15中型100—1030—15150—3015—1小型＜10＜15＜30＜15、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。①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。②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。③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。④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。⑤库区淹没损失要小，应尽量避免村庄、大片耕地、交通要道和矿井等被淹没。⑥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5—7km/km2，沟道比降2％—3％，适宜建坝的丘陵沟壑区，每km2可建坝3—5座；在沟壑密度3—5km/km2，适宜建坝的残塬沟壑区，每km2建坝2—4座；沟道比较大的土石山区，每km2建坝5—8座比较适宜。7、淤地坝坝高的确定淤地坝除了拦泥淤地外，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（flooddetentionstorage）。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：①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；②初拟坝高加滞洪坝高和安全超高的初估值，一般为3－4米，作为全坝高估算坝体的工程量；③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；④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，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坝高（m）1010—2020安全超高（m）0.5—1.01.0—1.51.5—2.08、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