3.4-5溝渠工程+水平溝

1、3.4 山邊溝渠工程一、溝渠工程的定義與功能v1 1、定義、定義v為防治坡面水土流失而修建的截排水設(shè)施，統(tǒng)稱山坡溝渠工程。山坡溝渠工程是坡面治理的重要組成部分。v2 2、功能、功能v （1）攔截坡面徑流，引水灌溉；v （2）排除多余來水，防止沖刷；v （3）減少泥沙下瀉，保護(hù)坡腳農(nóng)田；v （4）鞏固和保護(hù)治坡成果。 二、溝渠工程的類型二、溝渠工程的類型v（1）截水溝。水平溝、沿山溝、攔山溝、環(huán)山溝、山圳以及梯田內(nèi)的邊溝、背溝；v （2）排水溝。撇水溝、天溝、排洪溝；v （3）蓄水溝。水平竹節(jié)溝；v （4）引水渠。堰溝；v （5）灌溉渠 三、溝渠工程規(guī)劃與設(shè)計三、溝渠工程規(guī)劃與設(shè)計v（一）、規(guī)劃

2、原則（一）、規(guī)劃原則v（1）坡面溝渠工程應(yīng)與梯田、耕作道路、沉沙蓄水工程同時規(guī)劃，并以溝渠、道路為骨架，合理布設(shè)截水溝、排水溝、蓄水溝、引水渠、灌溉渠、沉沙池、蓄水池等工程，形成完整的防御、利用體系。v（2）根據(jù)不同的防治對象，因地制宜確定溝渠工程的類型、數(shù)量，并按高水高排或高用、中水中排或中用、低水低排或低用的原則設(shè)計。 v（3）在坡面上一般應(yīng)綜合考慮布設(shè)截、排、引、灌溉渠工程，截水溝、排水溝可兼做引水渠、灌溉渠。v（4）截水溝一般應(yīng)與排水溝相接，并在連接處前后作好沉沙、防沖設(shè)施。v（5）梯田區(qū)域內(nèi)承接背溝兩端的排水溝，一般垂直等高線布設(shè)，并與梯田兩端的道路同向，呈路邊溝或路代溝（為凹處）狀

3、，土質(zhì)排水溝應(yīng)分段設(shè)置跌水，一般以每臺梯面寬為水平段，每臺梯坎高為一級跌水，在跌水處作好鋪草皮或石方襯砌等防沖消能措施。 v（6）截水溝和排水溝、引水渠、灌溉渠在坡面上的比降，應(yīng)視其截、排、用水去處（蓄水池或天然沖溝及用水地塊）的位置而定。當(dāng)截、排、用水去處的位置在坡面時，截水溝和排水溝可基本沿等高線布設(shè)，溝底比降應(yīng)滿足不沖不淤流速；溝底比降過大或與等高線垂直布設(shè)時，必須作好防沖措施。 v（7）一個坡面面積較小的溝渠工程系統(tǒng)，可視為一個排、引、灌水塊。當(dāng)坡面面積較大，可劃分為幾個排、引、灌水塊或單元，各單元分別布置自己的排、引、灌去處（或蓄水池或天然沖溝或用水地塊）。v（8）坡面溝渠工程規(guī)劃還

4、應(yīng)盡量避開滑坡體、危巖等地帶，同時注意節(jié)約用地，使交叉建筑物（如涵洞等）最少，投資最省。 （二）設(shè)計v 1、暴雨徑流的設(shè)計、暴雨徑流的設(shè)計v（1）設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)水土保持國家標(biāo)準(zhǔn)GBT 16453.l16453.6 水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范1996，小型蓄排水引水工程中規(guī)定，防御暴雨標(biāo)準(zhǔn)，按10年一遇24h最大降雨量設(shè)計。 v（2）坡面徑流量、洪峰流量與土壤侵蝕量的坡面徑流量、洪峰流量與土壤侵蝕量的確定。確定。目前，長江流域各地均用了大量中小河流實測資料的小區(qū)徑流觀察資料，編制有水文手冊，應(yīng)查閱當(dāng)?shù)厮氖謨越榻B的不同的暴雨徑流量與土壤侵蝕量。以一次暴雨徑流模數(shù)Mw（m3/km2）、設(shè)計頻

5、率暴雨坡面最大徑流量（或設(shè)計洪峰流量）Q（m3/s）和年均土壤侵蝕模數(shù)Ms（t/km2）表示。 2、截水溝的容積尺寸v每道截水溝的容量（V）按下式計算：v V= Vw 十 Vsv式中： V截水溝容量， m3 ；v Vw 一次暴雨徑流量， m3 ；v Vs 13年土壤侵蝕量， m3 ；vVs 的計量單位，應(yīng)根據(jù)各地土壤的容重，由噸折算為m3 。v上式中Vw 和Vs值按下式計算。v Vw=MwFv Vs= 3MsFv式中： F截水溝的集水面積， km2；v Mw一次暴雨徑流模數(shù)， m3/km2 ；v Ms年均土壤侵蝕模數(shù)， tkm2 ； v根據(jù)V值按下式計算截水溝斷面面積。v A1= VLv式中：

6、A1截水溝斷面面積，m2；v L截水溝長度，m。 參考尺寸v截水溝一般采用半挖半填作為梯形斷面，其斷面要素、符號、常用數(shù)值如下：v溝底寬（Bd）： 0.30.5m；v溝深（H）： 0.40.6m；v內(nèi)坡比（mi）：1：1；v外坡比（mo）：1:1.5。 補(bǔ)充：兩條蓄水溝間距離確定v式中：Vk土壤發(fā)生流失作用的流速，m/s；vm流速系數(shù),據(jù)地形切割度大小而定，1m2；vC據(jù)坡降i和地面粗糙率n決定的系數(shù)，vL臨界溝間距離(斜距)m;vh降雨強(qiáng)度，m/s;v徑流系數(shù)。iCi307hLCmVk舉 例v在我國水土流失嚴(yán)重的黃土地區(qū)，當(dāng)?shù)乇韽搅髁魉贋?.16m/s時，最細(xì)的粘土粒就會流失，若m=2，C=

7、30i1/2，h為2mm/分，徑流系數(shù)=0.8，則當(dāng)坡度為30時，溝間沿斜坡的最大距離為多少？最大水平距離為多少？提示v若截水溝只為蓄積徑流泥沙，斷面設(shè)計滿足容積水、沙即可；但若還有排除徑流泥沙的目的，則斷面尺寸需要按渠道設(shè)計程序，滿足Q和V的要求。3、截水溝斷面設(shè)計v（1 1）截水溝斷面設(shè)計公式）截水溝斷面設(shè)計公式 截水溝斷面積A2，根據(jù)設(shè)計頻率暴雨坡面匯流洪峰流量，按明渠均勻流公式計算。v A2Q /V v式中：A2截水溝過水?dāng)嗝婷娣e，m2 ；v Q設(shè)計坡面匯流洪峰流量，m3 /s；v C謝才系數(shù)；v R水力半徑，m；v i截水溝溝底比降。 RiCV vQ值的計算值的計算：坡面小匯水面積的

8、設(shè)計洪峰流量的計算，常采用區(qū)域性經(jīng)驗公式。v Qp=KIm Fn （適用于 F=10km2的小流域）v Qp=Cp Fn （適用于1km2F10km2 的小流域） v Qp= Cp F（適用于F=1km2 的小流域）v以上3式中：Qp設(shè)計頻率暴雨產(chǎn)生的洪峰流量，m3s；v K綜合系數(shù)（反映地面坡度、河網(wǎng)密度、河道比降、降雨歷時及流域形狀等因素）；v I設(shè)計頻率暴雨凈雨深， mm；v m峰量關(guān)系指數(shù)；v F小流域面積或坡面排水塊匯水面積，km2 ；v n隨匯水面積的增大而遞減的指數(shù)；v Cp與流域自然地理、下墊面因素有關(guān)的系數(shù)。 v這些區(qū)域性經(jīng)驗公式，主要因子是地面坡度和設(shè)計暴雨下的下墊面因素，

9、用主要因子建立查算表，使用十分方便。v將地面平均坡度劃分為5、10、15、20、25、30以上6級，使每個級差的設(shè)計洪峰流量均有一定差異。在野外可以測算梯田、林草地、坡耕地、荒坡以及裸露土石山坡等不同下墊面排水塊的匯水面積及其各排水塊的平均地面坡度。v下墊面因素，可用暴雨徑流系數(shù)表示，暴雨徑流系數(shù)可參考下列情況取用：梯田、林草地面積占70以上取0.70；梯田或林草地、坡耕地面積各占50左右取 0.80；坡耕地、荒坡面積占 70以上取 0.90；基巖裸露面積占50左右的瘠薄坡耕地取0.95。v確定了地面平均坡度和暴雨徑流系數(shù)后，可根據(jù)排水塊匯水面積，查出設(shè)計洪峰流量。P118表43為四川及重慶地

10、區(qū)小匯水面積10a一遇設(shè)計洪峰流量查算表。 vR值的計算值的計算：v R= A2 /xv式中：x截水溝斷面濕周，m，系指過水?dāng)嗝嫠髋c溝槽接觸的邊界總長度。v 矩形斷面：X=b2hv 梯形斷面：X=b2hv式中：b溝槽底寬，m；v h過水深，m；v m溝槽內(nèi)邊坡系數(shù)。 21mvC C值的計算值的計算：一般采用滿寧公式。v式中：n溝槽糙率。與土壤、地質(zhì)條件及施工質(zhì)量等有關(guān)，一般土質(zhì)截水溝取0.025左右。6/1n1RC vi值的選擇值的選擇：截水溝溝底i值與斷面設(shè)計是互為依據(jù)、相互聯(lián)系的，不能把它們截然分開確定，而應(yīng)交替進(jìn)行，反復(fù)比較，最后確定合理的方案。vi值主要決定于截水溝沿線的地形和土質(zhì)條

11、件，一般i值與溝沿線的地面坡度相近，以免開挖太深；同時還應(yīng)滿足不沖不淤流速的要求。長江流域的山地、丘陵區(qū)土質(zhì)i值一般選擇1/300比較適宜，最大不超過1/100，最小不小于1/500。為了施工方便，同一條溝（跌水除外）最好采用一個i值。為了防止泥沙淤積，不淤流速（最小允許流速）一般采用0.200.50m/s，見P121表44 。土壤質(zhì)地不淤流速重粘壤土0.751.25中粘壤土0.651.00輕粘壤土0.600.90粗砂土（d=12mm）0.500.65中砂土(d=0.5mm)0.400.60細(xì)沙土(d=0.050.1mm)0.25淤土0.20表44 截水溝不淤流速 m/sv也可根據(jù)水流中泥沙的

12、類別按下式計算。v Vk = R1/2v式中：Vk最小不淤流速，ms；v R水力半徑，m；v 系數(shù)，可在表45中選用。泥沙類型值泥沙類型值粗沙0.650.75細(xì)沙0.450.55中沙0.550.65極細(xì)沙0.350.45表45不同泥沙值 補(bǔ)充：不沖流速土壤名稱土壤名稱干重（干重（t/m3）不沖允許流速不沖允許流速V不沖不沖（m/s）輕壤土輕壤土1.3-1.70.60-0.80中壤土中壤土1.3-1.70.65-0.85重壤土重壤土1.3-1.70.70-1.00粘土粘土1.3-1.70.75-0.95表1 均質(zhì)粘性土不沖流速 （R=1） 表2 均質(zhì)無粘性土不沖流速 （R=1）土質(zhì)土質(zhì)粒徑粒徑(

13、mm) V不沖不沖（m/s）土質(zhì)土質(zhì)粒徑粒徑(mm) V不沖不沖（m/s）極細(xì)砂極細(xì)砂0.05-0.100.35-0.45中礫石中礫石5-100.90-1.10細(xì)砂和中砂細(xì)砂和中砂0.25-0.500.45-0.60粗礫石粗礫石10-201.10-1.30粗砂粗砂0.5-2.00.60-0.75小卵石小卵石20-401.30-1.80細(xì)礫石細(xì)礫石2.0-5.00.75-0.90中卵石中卵石40-601.80-2.20v當(dāng)渠道水力半徑R1m時，表中數(shù)值應(yīng)乘以R，即得相應(yīng)的V不沖不沖值值。 值的確定：v對于砂礫石、卵石及疏松的砂壤土、壤土、粘土，=1/31/4;v對于中等密實和密實的砂壤土、粘土，

14、 =1/41/5。v黃土地區(qū)渾水渠道可按陜西水科所提出的公式計算：V不沖=CR0.4v式中：C系數(shù)，粉質(zhì)壤土C=0.96； 沙壤土C=0.7。vm m值的確定值的確定：截水溝內(nèi)邊坡系數(shù)m值的確定，主要取決于溝深和土質(zhì)。土壤松散、溝槽較深，應(yīng)采用較大的m值；反之，土質(zhì)堅硬，溝槽較淺，m值可小。由于坡面暴雨徑流的沖刷和截水溝洪水易漲易落及其滲透壓等原因，土質(zhì)截水溝邊坡容易坍塌，因此，截水溝的m值一般應(yīng)比灌溉渠的m值大。山丘區(qū)截水溝內(nèi)邊坡系數(shù)可參考表46確定。 土質(zhì)挖方段填方段水深1m水深12m水深23m水深1m水深12m水深23m粘土和壤土粘土和壤土1.001.001.251.001.251.50

15、輕壤土輕壤土1.001.251.501.251.501.75沙壤土沙壤土1.251.501.751.501.752.00沙土沙土1.501.752.001.752.002.25表46 截水溝內(nèi)邊坡系數(shù)m值 （2）截水溝斷面設(shè)計步驟 v 過水深過水深h h計算：vA A一般斷面形式設(shè)計公式：v式中：h過水深，m；v a常數(shù)，a=0.580.94，一般采用0.76v Q設(shè)計洪峰流量，m3/s。 3Qah v B B水力最優(yōu)斷面設(shè)計公式：v式中：h過水深，m；v n溝槽糙率；v Q設(shè)計洪峰流量， m3/s ；v m截水溝內(nèi)邊坡系數(shù)；v i截水溝溝底比降。 83212189. 1immnQhv寬深比計

16、算確定底寬寬深比計算確定底寬b：v =N1Q0.10-m (Q1.5m3/s)v = N2Q0.25-m (1.5m3/sQ50m3/s)v式中：寬深比系數(shù)，= b/h(或b=h)v m截水溝內(nèi)邊坡系數(shù)；v N常數(shù)，N1=2.353.25，一般采用2.8；N2=1.83.4，一般采用2.6。 v用求得的用求得的h、b和已知的和已知的n 、m、i計算計算A2 、x、R、C等水力要素等水力要素。按明渠均勻流公式計算截水溝輸水能力，并校核流量和流速。v截水溝輸水能力應(yīng)等于大于設(shè)計頻率洪峰流量;流速應(yīng)滿足不沖不淤流速（即：QQ設(shè)，V不淤VV不沖）。v否則,應(yīng)適當(dāng)調(diào)整h、b值及其溝底比降i值，重新計算再

17、校核，直到滿足輸水能力和流速條件為止。 v對采用一般斷面形式和最優(yōu)斷面設(shè)計的計算結(jié)果，若均能滿足校校要求的，應(yīng)在施工布置階段，根據(jù)施工條件等因素選擇其中之一。v堤寬B和安全超高v截水溝設(shè)計斷面確定后，還應(yīng)根據(jù)不同的建筑材料等因素，選擇溝堤寬B和安全超高H（P123圖419）。小型的截水溝土質(zhì)溝堤B0.30m，安全超高一般視溝渠設(shè)計流量大小而定：Q1m3/s時， H =0.20.3m； Q= 110m3/s， H =0.4m。3.5 魚鱗坑、水平溝和水平階 v一、魚鱗坑一、魚鱗坑v魚鱗坑是陡坡地（45）植樹造林的整地工程，多挖在石山區(qū)較陡的梁峁坡面上，或支離破碎的溝坡上。由于這些地區(qū)不便于修筑水

18、平溝，因而采取挖坑的辦法分散攔截坡面徑流。 1 魚鱗坑的布置布置v是從山頂?shù)缴侥_每隔一定距離成排地挖月牙形坑，每排坑均沿等高線，上下兩個坑應(yīng)交叉而又互相搭接，呈品字型排列。魚鱗坑水平間距m=1.53.5m（約坑徑的2倍），上下排距n=l.5 m，月牙坑半徑R=0.40.5m ，坑深H=0.40.6m。挖坑取出的土，培在外沿筑成半圓埂，以增加蓄水量。埂中間高、兩邊低，使水從兩邊流入下一個魚鱗坑。表土回填坑內(nèi)，坑內(nèi)植樹。 2 魚鱗坑的兩種狀態(tài)兩種狀態(tài)v是當(dāng)降雨強(qiáng)度小，歷時短時，魚鱗坑不可能漫溢，它起到了完全切斷和攔截坡面徑流的作用；v當(dāng)降雨強(qiáng)度大，歷時長時，魚鱗坑發(fā)生漫溢時，使徑流在坡面由上至下運動時不是直線或沿某一個方向運動，避免了坡面徑流集中，沖刷能力減弱。 3 魚鱗坑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)v從暴雨頻率和造林成活保證率兩方面來考慮，選用多大合適，各地應(yīng)因地、因時、因樹種而定。4 魚鱗坑布置形式和數(shù)量布