水土保持工程學(xué)課程設(shè)計

1、<p>　　水土保持工程學(xué)課程設(shè)計</p><p><b>　　1 小流域基本情況</b></p><p>　　1.1地理位置及地形概況</p><p>　　怒江州六庫鎮(zhèn)位于云南省西北部，芭蕉河位于六庫鎮(zhèn)西坡，地理坐標為：東經(jīng)98°49′24″～98°51′36″，北緯25°50′00″～25°

2、51′30″。芭蕉河源于著名的高黎貢山東坡，怒江西岸，匯水面積為4.08km2，全溝長4.33km，自西向東流，最高點海拔為2450m，山口處海拔為880m，高差達1570m，比降為250‰。溝床迭水、陡坎、拐彎多見。溝床阻塞系數(shù)為1.3～1.7，溝側(cè)山坡30～35°，局部達60°。河流出口后堆積有不同時期的洪積物，與怒江交匯處海拔為790m。</p><p><b>　　1.2水文

3、地質(zhì)</b></p><p>　　流域內(nèi)主要分布的地層有元古代高黎貢山群變質(zhì)巖系，以片巖、片麻巖、混合巖、變粒巖為主。山口地帶出露寒武系保山組砂巖、板巖，產(chǎn)狀為250L40。三迭河彎街組（T3）碳酸鹽巖，以白云巖為主，產(chǎn)狀為230L55，其表層大部分覆蓋有厚0.5～1.0m的坡殘積層。山口以東至怒江約1100m，為一洪積扇，怒江州衛(wèi)校、師范學(xué)校和汽車總站等到單位設(shè)于此地，是州府重鎮(zhèn)之一。新生代以來，構(gòu)

4、造應(yīng)力呈東西向強烈擠壓，地殼持續(xù)抬升，在長期地質(zhì)營力作用下，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，溪溝下切，風(fēng)化土層深厚，崩塌、滑坡發(fā)育，松散體物質(zhì)儲量達1369萬m3，可移方量410萬m3，固體物質(zhì)源豐富，為泥石流的形成創(chuàng)造了必要的物質(zhì)條件。</p><p><b>　　1.3植被</b></p><p>　　該流域?qū)儆趤啛釒駶櫄夂?，年平均氣溫?0.2℃，最高氣溫為26.6℃

5、，極高氣溫可達41.6℃，最低氣溫可達4.5℃。年平均降雨量為1011mm，5～10月為雨季，降雨量占全年的70%。芭蕉河內(nèi)常年有水，但隨季節(jié)流量暴漲暴落，旱季最小流量為0.02m3/s，雨季可增加數(shù)十倍。全流域林地面積占68%，郁閉度為60%，坡耕地占32%。</p><p><b>　　1.4泥石流概況</b></p><p>　　從流域特點看，泥石流形成過程可分

6、為水源區(qū)、形成區(qū)、流通區(qū)和淤積區(qū)。水源區(qū)位于主溝海拔1060m以上，面積為3.62km2。發(fā)育有滑坡3個，坍塌3處，松散固體物質(zhì)儲量為636萬m3，單位儲存量為120.44萬m3/km2；形成區(qū)位于主溝海拔1060～880m，面積0.46km2，發(fā)育有滑坡4個，坍塌5處，松散固體物質(zhì)儲量為730萬m3；流通、淤積區(qū)：海拔880m至怒江邊，長度為1.01km，泥石流時沖時淤。</p><p><b>　　

7、1.5泥石流特征</b></p><p>　　1989年10月20日晚8時，芭蕉河爆發(fā)了一場災(zāi)害性泥石流。高約3m的泥石流龍頭夾裹著巨大漂礫急匯而下，沖毀、於埋溝道兩岸附近州云總站、州郵電局、州民族師范學(xué)校等6個單位的房屋40棟，橋梁兩座等，估計經(jīng)濟損失達889萬元。根據(jù)災(zāi)后現(xiàn)場調(diào)查，泥石流剖面多為“泥包礫”，泥面呈黃色，坡降8.7%，保存1年多未脫落，表明漿體稠度很高，為粘性泥石流。據(jù)房屋墻壁的泥痕

8、和固體沉積物厚度，推算出流體容重為21KN/m3，經(jīng)采樣粒度肥西，測得中值粒徑為d50=2.5mm，用泥痕計算得流速為4～5m/s，根據(jù)武漢水電學(xué)院水槽實驗公式計算的流速為4.08m/s，流量160m3/s。</p><p><b>　　1.6泥石流成因</b></p><p>　　芭蕉河山口以上屬中山地形，侵蝕切割較深，大部分地段呈“V”型谷，岸壁陡峻，岸體破碎，崩

9、塌、滑坡較為發(fā)育，松散固體物質(zhì)儲量達1269萬m3，為泥石流的形成創(chuàng)造了物質(zhì)基礎(chǔ)。歷時長、強度大的降雨是激發(fā)泥石流形成的動力。1989年10月3日至20日，該地區(qū)出現(xiàn)了長達半月的連陰降雨天氣。共降雨461.7mm，突破了歷史同期所有極值，其中10日為69.4mm，16日為74.5mm。17日為59.8mm，19日為50.5mm，20日晚又出現(xiàn)了高強度點暴雨而觸發(fā)了大規(guī)模泥石流。</p><p>　　據(jù)資料記載，二

10、十世紀二十年代，曾爆發(fā)過一次規(guī)模最大的泥石流。1949年又爆發(fā)一次，但規(guī)模較小。從泥石流堆積扇的分布、厚度及堆積旋回分析，芭蕉河泥石流在歷史上層活動頻繁，規(guī)模宏大，后期呈衰減之勢，但近年來，人口增多，人類活動加劇，毀林開荒使生態(tài)惡化，泥石流活動趨于活躍。為此，積極對泥石流進行防治是完全必要的。</p><p>　　2.1.1系列的統(tǒng)計參數(shù)</p><p><b>　　=12.74

11、32</b></p><p>　　2.2 清水洪峰流量（）計算，列表</p><p>　　(其中=2.6m3/s·km2，選取Cs=2Cv，Cv=0.35，然后查P-Ⅲ型模比系數(shù)可得出。)</p><p>　　表2-2清水洪峰流量計算表</p><p>　　2.3泥石流洪峰流量（）計算，列表</p><

12、;p>　　2.4泥石年流淤積量（）計算，列表</p><p>　　泥石流淤積量計算采用侵蝕模數(shù)法，根據(jù)對流域綜合情況的判斷，給出林地和坡耕地的侵蝕模數(shù)，給出輸移比，結(jié)合侵蝕物容重和不同地類面積計算。參考林地侵蝕模數(shù)為：1000t/ km2·a，坡耕地侵蝕模數(shù)為：8000t/ km2·a。</p><p>　　林地年侵蝕量:4.08 km2 X 68% X 1000

13、t/ km2·a =2774.4t/a </p><p>　　坡耕地年侵蝕量: 4.08 km2 X 32% X 8000t/ km2·a =10444.8t/a</p><p>　　表2-4泥石流淤積量計算表</p><p><b>　　3攔砂壩設(shè)計</b></p><p><b>　　3

14、.1壩址選擇</b></p><p><b>　　壩址選擇原則</b></p><p>　　(1)在地形條件方面，應(yīng)選擇溝道狹窄、庫內(nèi)平坦廣闊的地形，以提高單位壩體攔蓄泥沙的庫容。</p><p>　　(2)地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件方面，力求壩基和山坡基礎(chǔ)良好，不漏水，盡量避免地質(zhì)松軟及溝床向下傾斜較陡的地段，以免壩身發(fā)生塌陷、滑動等

15、危險。壩址兩側(cè)山坡應(yīng)穩(wěn)定，無滑坡危險。</p><p>　　(3)壩址上游集水區(qū)土壤侵蝕嚴重時，有滑坡潛在危險。</p><p>　　(4)壩址附近應(yīng)有足夠的適宜筑壩用的材料，如粘性土、壤土、砂土、砂、石以及石料等。</p><p>　　根據(jù)以上原則,此次設(shè)計將壩布設(shè)在等高線為900m的溝道上,具體位置見附圖4-1。</p><p><

16、b>　　3.2 壩型選擇</b></p><p><b>　　壩型名稱：重力壩。</b></p><p>　　建筑材料：混凝土,石料。</p><p><b>　　3.3 壩的設(shè)計：</b></p><p>　　3.3.1初步擬定斷面尺寸</p><p>&

17、lt;b>　　初定:</b></p><p><b>　　壩高H=8m</b></p><p><b>　　壩間距L=25m</b></p><p>　　壩頂寬b=2.5 m</p><p><b>　　壩底寬度a=18m</b></p><

18、;p>　　壩坡：上游為1:1；下游為1:0.8</p><p><b>　　壩斷面圖:</b></p><p>　　3.3.2溢流口水力計算</p><p>　　於流口形狀為梯形，邊坡坡度取1:0.8</p><p>　　此次攔砂壩設(shè)計標準為20年一遇。則</p><p><b>

19、　　溢流口寬度計算：</b></p><p>　　取單寬流量q=40m3/s</p><p>　　溢流口高度計算：取，</p><p><b>　　所以取為4m；</b></p><p>　　3.3.3穩(wěn)定性分析</p><p>　　壩高：8m ， 基礎(chǔ)埋深：2m ，堰頂寬：2.5m

20、。 采用砌石砌體筑，砌體容重2.3t／m.砌體與與壩基之間摩擦系數(shù)為0.5。</p><p>　　泥石流容重與淤積物容重均取2.1t／m</p><p><b>　　壩體受力示意圖：</b></p><p><b>　　1、作用力計算：</b></p><p>　?。?）壩體重力(以1m壩長算)&l

21、t;/p><p><b>　　壩上游淤積物重:</b></p><p><b>　　（2）泥砂壓力</b></p><p><b>　?。?）被動土壓力</b></p><p><b>　?。?）壩基揚壓力：</b></p><p>　

22、?。?）泥石流沖擊力：</p><p><b>　　化為集中力為:</b></p><p><b>　　不考慮地震影響</b></p><p><b>　　2抗滑穩(wěn)定計算</b></p><p><b>　　滿足抗滑穩(wěn)定要求</b></p>

23、<p><b>　　3壩基應(yīng)力計算：</b></p><p>　　N= G1+ G2+G3+G4 +G5+G6-Wφ=300.25</p><p><b>　　M=287.4</b></p><p>　　e=M/N=0.95<20/6</p><p><b>　　下游應(yīng)力&

24、lt;/b></p><p>　　=300.25/20X(1+6X0.95/20)</p><p>　　=1.92 kg／cm<σ=4</p><p>　　基于以上計算，所設(shè)計的攔砂壩滿足穩(wěn)定性要求。</p><p>　　3.3.4壩下消能設(shè)計</p><p>　　本次設(shè)計采用副壩消能，壩高1米，副壩距離主

25、壩25米，具體示意圖如下：</p><p>　　3.3.5 攔砂壩庫容及淤積年限計算</p><p><b>　　壩的庫容計算:</b></p><p><b>　　淤積年限計算:</b></p><p>　　= (22480X1.4)/5287.68=6</p><p>&

26、lt;b>　　Rs取1.4</b></p><p><b>　　4排導(dǎo)槽設(shè)計</b></p><p><b>　　4.各參數(shù)值確定</b></p><p>　　根據(jù)課程設(shè)計提供的背景資料，結(jié)合相關(guān)規(guī)范，可以確定如下參數(shù)：</p><p>　　(1)渠道長，由地形圖可知渠道長16*5

27、0=800m</p><p>　　(2)水力坡度:i=(830-720）/800=0.13</p><p>　　(3)糙率值:查相關(guān)表格可得到：渠道的糙率值n=0.03</p><p>　　(4)邊坡系數(shù):取0.4。</p><p>　　(5)渠道允許流速確定:由于該地區(qū)屬于白云砂等硬水巖石為主，查表可確定它的允許流速（不充不淤）相關(guān)數(shù)值見表

28、4-1：</p><p>　　表4-1 允許流速不沖不淤表</p><p><b>　　4.2路線布設(shè)</b></p><p>　　沿著原來的泥石流流通的溝道布設(shè)排導(dǎo)槽，按照尺寸在岸邊設(shè)置擋墻，把水和沙限制在一定的范圍內(nèi)，避免對周圍的生產(chǎn)生活帶來不便。</p><p><b>　　4

29、.3斷面尺寸設(shè)計</b></p><p>　　渠道斷面采用梯形斷面，最優(yōu)的斷面比βm=b/h=1.24即b=1.24h</p><p>　　排導(dǎo)漕按明渠均勻流進行設(shè)計：</p><p>　　Qm為溢洪道的設(shè)計流量為：106.8m3/s；</p><p>　　A=(b+mh)h=（1.24h+0.4hXh）h=1.64h2;<

30、;/p><p>　　X=1.24h+2.6h=3.84h;</p><p>　　R=A/X=0.43h;</p><p><b>　　把數(shù)據(jù)代入公式</b></p><p><b>　　h=3.1m；</b></p><p>　　寬為：1.24X3.1=3.8米；</p&g

31、t;<p>　　根據(jù)相關(guān)規(guī)范還應(yīng)加上安全超高0.5-10m，本課程設(shè)計中取0.4m，最終高為：3.5m，具體尺寸參見下圖:</p><p>　　5水土保持工程投資估算</p><p><b>　　5.1估算依據(jù)</b></p><p>　　（1）水利部《水土保持工程概算（估）算編制規(guī)定》2003年6月；</p>&l

32、t;p>　?。?）水利部《水土保持工程概算編制定額》2003年6月；</p><p>　?。?）國家計委、建設(shè)部計價格[2002]10號文件《工程勘察設(shè)計收費標準（2002年修訂本）》規(guī)定；</p><p>　?。?）云南省建設(shè)廳編制的《云南省2005年工程建設(shè)材料價格信息》第一季度價格；</p><p>　?。?）云南省水利水電建筑工程概預(yù)算定額及有關(guān)規(guī)定；