坡面工程水土保持北京林大.課件

1、主講:王秀茹教授9/20/20221水土保持工程學(xué)是應(yīng)用工程之原理，防治山區(qū)、丘陵區(qū)、風(fēng)沙區(qū)水土流失，保護(hù)、改良與合理利用水土資源，以利于充分發(fā)揮水土資源的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，建立良好生態(tài)環(huán)境的科學(xué)。 水土保持工程措施是小流域水土保持綜合治理措施體系的組成部分，根據(jù)興修目的及其應(yīng)用條件，可以分為以下4種類(lèi)型：（1）山坡防護(hù)工程；（2）山溝治理工程；（3）山洪排導(dǎo)工程；（4）小型蓄水用水工程。9/20/20222第一部分 山坡防護(hù)工程 山坡防護(hù)工程的作用在于用改變地形的方法防止坡地水土流失，將雨水及雪水就地?cái)r蓄，使其滲入農(nóng)地、草地或林地，減少或防止形成坡面徑流，增加農(nóng)作物、牧草以及林木可利用的土

2、壤水分。同時(shí)，將未能就地?cái)r蓄的坡地徑流引入小型蓄水工程。在有發(fā)生重力侵蝕危險(xiǎn)的坡地上，可以修筑排水工程或支撐建筑物防止滑坡作用。屬于山坡防護(hù)工程的措施有：梯田、攔水溝埂、水平溝、水平階、水簸箕、魚(yú)鱗坑、山坡截留溝、水窯（旱井）、蓄水池以及穩(wěn)定斜坡下部的擋土墻等。9/20/20223一、坡面集水保水工程二、梯田三、山坡固定工程山坡防護(hù)工程9/20/202241.1.1水窖的定義與功能定義：修建于地面以下并具有一定容積的蓄水建筑物叫水窖，水窖由水源、管道、沉沙、過(guò)濾、窖體等部分組成。功能：1攔蓄雨水和地表徑流2提供人畜飲水和旱地灌溉的水源3減輕水土流失。1.1 水窖9/20/20226 水窖可分為

3、井窖、窯窖、豎井式圓弧形混凝土水窖和隧洞形（或馬鞍形）漿砌石窖等形式?？筛鶕?jù)實(shí)際情況采用修建單窖、多窖串聯(lián)或并聯(lián)運(yùn)行使用，以發(fā)揮其調(diào)節(jié)用水的功能。1.1.2水 窖 的 類(lèi) 型井窖在黃河中游地區(qū)分布較廣。主要由窖筒、旱窖、散盤(pán)、水窖、窖底等部分組成。窯窖與西北地區(qū)群眾居住的窯洞相似，其特點(diǎn)是容積大，占地少，施工安全，取土方便，省工省料。窯窖容積一般為300500m3。窯高2m以上，窖長(zhǎng)625m。上寬2.03.5m，底寬0.52.5m，根據(jù)其修筑方法不同又可分為挖窯式和屋頂式兩種。9/20/20227 2工程布置原則 （1）以飲用水為主的窖池，應(yīng)遠(yuǎn)離污染源。 （2）水源地（或調(diào)節(jié)池）應(yīng)置于高位點(diǎn)，

4、以便自壓供水。 （3）應(yīng)避開(kāi)不良地質(zhì)地段。 3水源工程 水窖的水源有雨水、泉水、裂隙水、山溝水、庫(kù)水以及提水入窖（池）等。（1）雨水作為水窖水源?？衫矛F(xiàn)有的房屋、曬壩（坪）、沖溝、道路等集水，也可修建集雨坪、攔山溝等工程攔截雨水，匯流入窖。（2）庫(kù)水作為水窖水源時(shí)，水庫(kù)就是水窖的調(diào)節(jié)池、沉淀池。（3）泉水、裂隙水、河水作為水窖水源。在水源處修建一集水池或取水口，將水集中起來(lái)，通過(guò)輸水管或暗（明）渠進(jìn)入水窖。（4）渠水作為水窖水源。一般來(lái)說(shuō)，渠水水源均能滿(mǎn)足水窖對(duì)水量的需求。（5）輸配水工程輸水形式，一般采取暗渠、陡坡、管道三種形式輸水。（6）凈化設(shè)施利用自然山坡匯集雨水，必須經(jīng)沉沙過(guò)濾后方能

5、進(jìn)入水窖。過(guò)濾池下方應(yīng)設(shè)一集水溝，再用管道（或）進(jìn)入窖內(nèi)。9/20/20229（二）水窖總?cè)莘e的確定水窖總?cè)莘e是水窖群容積的總和，應(yīng)與其控制面積相適應(yīng)。水窖群的布置形式有以下幾種： 1梅花形：將若干水窖按梅花形布置成群，用暗管連通，從中心水窖提水灌溉。2排子形水窖群：這種水窖群布置在窄長(zhǎng)的水平梯田內(nèi)，順等高線(xiàn)方向筑成一排水窖群，窖底以暗管連通，在水窖群的下一臺(tái)梯田地坎上設(shè)暗管直通窖內(nèi)，窖水可自然灌溉下方農(nóng)田。 9/20/202210（四）窖址的選擇 1有足夠的水源。 2有深厚而堅(jiān)硬的土層；水窖一般應(yīng)設(shè)在質(zhì)地均勻的土層上，以粘性土壤最好，黃土次之。 3在石質(zhì)山區(qū)，多利用現(xiàn)有地形條件，在無(wú)泥石流危

6、害的溝道兩側(cè)的不透水基巖上，加上修補(bǔ)，做成水窖。 4窖址應(yīng)便于人蓄用水和灌溉農(nóng)田。9/20/2022111.2 澇 池定義:以攔蓄地表徑流為主而修建的，蓄水量在50m31000m3的蓄水工程,稱(chēng)為澇池（蓄水池）。功能:攔蓄地表徑流，充分和合理利用自然降雨或泉水，就近供耕地、經(jīng)濟(jì)林、果澆灌和人畜飲水需要，減輕水土流失。1.2.1 澇池的定義與功能9/20/2022121.2.2澇 池 的 類(lèi) 型 按材料可分為土池、三合土池、漿砌條石池、漿砌塊石池、磚砌池和鋼筋混凝土池等;按形式可分為圓形池、矩形池、橢圓形池等幾種類(lèi)型。此外，蓄水池還可分為封閉型和敞開(kāi)式兩大類(lèi)。9/20/2022131.2.3澇池

7、位置的選擇 澇池一般都修在鄉(xiāng)村附近、路邊、梁峁坡和溝頭上部。池址土質(zhì)應(yīng)堅(jiān)實(shí)，最好是粘土或粘壤土。此外選擇澇池的位置還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1、有足夠的來(lái)水量。2、澇池池底稍高于被灌溉的農(nóng)田地面，以便自流灌溉。不能離溝頭、溝邊太近，以防滲水引起坍塌。1.2.4澇池的規(guī)劃 蓄水池一般規(guī)劃布設(shè)在坡面水匯流的低凹處，并與排水溝、沉沙池形成水系網(wǎng)絡(luò)。以滿(mǎn)足農(nóng)、林用水和人畜飲水需要為規(guī)劃設(shè)計(jì)依據(jù)。規(guī)劃布設(shè)中應(yīng)盡量考慮少占耕地，來(lái)水充足，蓄引方便，造價(jià)低，基礎(chǔ)穩(wěn)固等條件。 蓄水池的配套設(shè)施有：引水渠、排水溝、沉沙池、過(guò)濾池（有人畜飲水要求的蓄水池）、進(jìn)水和取水設(shè)施（放水管或梯步）。 房屋前后或道路旁的開(kāi)敞式蓄水池

8、還應(yīng)加欄桿或圍坪。人畜飲水用的蓄水池一般為封閉式，確保用水清潔衛(wèi)生和安全。9/20/2022141.2.6澇池容積計(jì)算澇池蓄水量加上超高的容積即為澇池總?cè)萘俊Ｓ煽側(cè)萘考俺氐男螤羁梢远ǔ龀氐木唧w尺寸。池的形狀隨地形變化而異，其不同形狀的澇池總?cè)萘坑?jì)算方法如下：（一）矩形（二）平底圓形（三）“”字形（四）橢圓形9/20/2022161.2.7澇池的養(yǎng)護(hù)澇池的養(yǎng)護(hù)和管理要遵循以下幾點(diǎn)原則：（一）按誰(shuí)建設(shè)、誰(shuí)使用、誰(shuí)管理原則落實(shí)養(yǎng)護(hù)責(zé)任制。（二）應(yīng)盡量避免澇池干涸，以免池底和四周的防滲層干裂而導(dǎo)致其漏水。（三）澇池修成后，如果來(lái)水量比預(yù)先估計(jì)的少，應(yīng)另設(shè)法開(kāi)辟水源，或開(kāi)挖引水溝。把可能引入溝的水引入澇

9、池，增加來(lái)水量，以充分發(fā)揮澇池的作用。（四）暴雨前后應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)養(yǎng)護(hù)，及時(shí)清淤保持蓄水容積，并對(duì)蓄水池上下沉沙池、排水溝進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。9/20/2022171.3.3工程規(guī)劃與設(shè)計(jì) 1坡面溝渠工程應(yīng)與梯田、耕作道路、沉沙蓄水工程同時(shí)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。 2根據(jù)不同的防治對(duì)象，因地制宜確定溝渠工程的類(lèi)型的數(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(jì)。 以修梯田、保土耕作、經(jīng)果林為主的坡面，應(yīng)根據(jù)降雨和匯流面積合理布設(shè)截水溝、排水溝，并結(jié)合水源規(guī)劃引水渠、灌溉渠；以保土耕作為主的

10、坡面還應(yīng)配合等高種植，規(guī)劃若干道蓄水溝；以種植林草為主的坡面，溝渠工程應(yīng)采用均勻分布的蓄水溝，上方有較大來(lái)水面積的應(yīng)規(guī)劃截水溝或排洪溝。9/20/202219 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。 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。 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(xiàn)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，土質(zhì)排水溝應(yīng)分段設(shè)置跌水，一般以每臺(tái)梯面寬為水平段，每臺(tái)梯坎高為一級(jí)跌水，在跌水處作好鋪草皮或石方襯砌等防沖消能措施。9/20/202220 6截水溝和排水溝、引水渠、灌溉渠在坡

11、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(shí)，截水溝和排水溝可基本沿等高線(xiàn)布設(shè)，溝底比降應(yīng)滿(mǎn)足不沖不淤流速；溝底比降過(guò)大或與等高線(xiàn)垂直布設(shè)時(shí)，必須作好防沖措施。 7一個(gè)坡面面積較小的溝渠工程系統(tǒng)，可視為一個(gè)排、引、灌水塊。當(dāng)坡面面積較大，可劃分為幾個(gè)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）。 8坡面溝渠工程規(guī)劃還應(yīng)盡量避開(kāi)滑坡體、危巖等地帶，同時(shí)注意節(jié)約用地，使交叉建筑物（如涵洞等）最少，投資最省。9/20/2022211.4 魚(yú)鱗坑、水平溝和水平階1.4.1魚(yú) 鱗 坑 魚(yú)鱗坑是陡

12、坡地（45）植樹(shù)造林的整地工程，多挖在石山區(qū)較陡的梁毛坡面上，或支離破碎的溝坡上。由于這些地區(qū)不便于修筑水平溝，因而采取挖坑的辦法分散攔截坡面徑流。 魚(yú)鱗坑的布置是從山頂?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(xiàn)挖，上下兩個(gè)坑應(yīng)交叉而又互相搭接，成品字型排列。9/20/2022221.4.2水 平 溝在坡面不平、覆蓋層較厚、坡度較大的丘陵坡地，采用水平溝。水平溝的設(shè)計(jì)和修筑原則是：水平溝的溝距和斷面大小，應(yīng)以保證設(shè)計(jì)頻率暴雨徑流不致引起坡面水土流失。陡坡、土層薄、雨量大，溝距應(yīng)小些；反之可大些。坡陡，溝深而窄；坡緩，溝淺而寬。一般溝距為35m，溝口寬0.71m,溝深0.51.0m.水

13、平溝容積比魚(yú)鱗坑大，故蓄水量也大。為防止山洪過(guò)大沖壞地埂,每隔510m,設(shè)置瀉洪口,使超量的徑流導(dǎo)入山洪溝中。為使雨水在溝中均勻，減少流動(dòng)，每隔510m ,留一道土擋,其高度為溝深的1/21/3。9/20/2022231.4.3水 平 階水平階是沿等高線(xiàn)自上而下里切外墊，修成一臺(tái)面，臺(tái)面外高里低，以盡量蓄水，減少流失，但其效果不如水平溝。在山石多、坡度大（1025）坡面上采用。水平階的設(shè)計(jì)計(jì)算類(lèi)同梯田，如采用斷續(xù)水平階，實(shí)際相當(dāng)于窄式隔坡梯田。階面面積與坡面面積之比為1:14。9/20/202224抑制水面蒸發(fā)的工程技術(shù)1、液態(tài)化學(xué)制劑2、石蠟蒸發(fā)抑制劑3、固態(tài)板4、砂、石填充法抑制農(nóng)用水池和

14、渠道滲漏的工程 技術(shù)1、“膨潤(rùn)土”2、化學(xué)制劑，如聚乙烯和聚丙烯塑料薄膜及丁烯橡膠、塑料布、塑料纖維或玻璃纖維，增強(qiáng)的瀝青和水泥等材料，也可用于水池和渠道防滲。抑制農(nóng)田水分滲漏的工程技術(shù)1、建造人工地下?lián)跛畬?、施用改土物質(zhì)改良土壤的保水性能用環(huán)境控制的手段抑制農(nóng)田水分的蒸騰和蒸發(fā)1、封閉的溫室農(nóng)業(yè)2、局部開(kāi)放的溫室農(nóng)業(yè)3、塑料棚9/20/202226 梯田是山區(qū)、丘陵區(qū)常見(jiàn)的一種基本農(nóng)田，它是由于地塊順坡按等高線(xiàn)排列呈階梯狀而得名。在坡地上沿等高線(xiàn)修成階臺(tái)式或坡式斷面的田地，梯田可以改變地形坡度，攔蓄雨水。增加土壤水分，防治水土流失，達(dá)到保水、保土、保肥目的，同改進(jìn)農(nóng)業(yè)耕地作技術(shù)結(jié)合，能大幅

15、度地提高產(chǎn)量，從而為貧困山區(qū)退耕陡坡，種草種樹(shù)，促進(jìn)農(nóng)、林、牧、副業(yè)全面發(fā)展創(chuàng)造了前提條件。 我國(guó)規(guī)定，25以下的坡耕地一般可修成梯田，種植農(nóng)作物。25以上的則應(yīng)退耕植樹(shù)種草。 二 梯田9/20/202227 (1)水平梯田 田面呈水平，適宜于種植水稻和其他旱作、果樹(shù)等。 (2)坡式梯田順坡向每隔一定間距沿等高線(xiàn)修筑地埂而成的梯田。依靠逐年耕翻、徑流沖淤并加高地埂，使田面坡度逐年變緩，終至成水平梯田，所以這也是一種過(guò)渡的形式。9/20/202229（3)反坡梯田 田面微向內(nèi)側(cè)傾斜，反坡一般可達(dá)2，能增加田面蓄水量，并使暴雨時(shí)過(guò)多的徑流由梯田內(nèi)側(cè)安全排走。適于栽植旱作與果樹(shù)。(4)隔坡梯田相鄰兩

16、水平階臺(tái)之間隔一斜坡段的梯田。9/20/2022302.波浪式梯田在緩坡地上修筑的斷面呈波浪式的梯田。又名軟埝或?qū)捁√萏铩?/20/202231 (二)按田坎建筑材料分類(lèi) 按田坎建筑材料分類(lèi)，可分為土坎梯田、石坎梯田、植物田坎梯田。 黃土高原地區(qū)，土層深厚，年降水量少，主要修筑土坎梯田。土石山區(qū)，石多土薄，降水量多，主要修筑石坎梯田。陜北黃土丘陵地區(qū)，地面廣闊平緩，人口稀少，則采用以灌木、牧草為田坎的植物田坎梯。9/20/202232 (三)按土地利用方向分類(lèi) 按土地利用方向分類(lèi)，有農(nóng)田梯田，水稻梯田、果園梯田、林木梯田等。以灌溉與否可分為旱地梯田、灌溉梯田。 (四)按施工方法分類(lèi) 有人工梯田

17、、機(jī)修梯田。 9/20/2022332.2 梯田的規(guī)劃與設(shè)計(jì) 梯田建設(shè)是山區(qū)水土保持和改變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件的一項(xiàng)重要措施。因此，梯田規(guī)劃必須在山、水、田、林、路全面規(guī)劃的基礎(chǔ)上進(jìn)行。規(guī)劃中要因地制宜地研究和確定一個(gè)經(jīng)濟(jì)單位(鄉(xiāng)或鎮(zhèn))的農(nóng)、林、牧用地比例，確定耕作范圍，制定建設(shè)基本農(nóng)田規(guī)劃。 2.2.1梯田的規(guī)劃 (一) 耕作區(qū)的規(guī)劃 耕作區(qū)的規(guī)劃，必須以一個(gè)經(jīng)濟(jì)單位(一個(gè)鎮(zhèn)或一個(gè)鄉(xiāng))農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水土保持全面規(guī)劃為基礎(chǔ)。 在塬川緩坡地區(qū)，一般以道路、渠道為骨干劃分耕作區(qū)在丘陵陡坡地區(qū)，一般按自然地形，以一面坡或峁、梁為單位劃分耕作區(qū)，每個(gè)耕作區(qū)面積，一般以50100畝為宜。 9/20/202234 (

18、二)地塊規(guī)劃 1.地塊的平面形狀，應(yīng)基本上順等高線(xiàn)呈長(zhǎng)條形、帶狀布設(shè)。一般情況下，應(yīng)避免梯田施工時(shí)遠(yuǎn)距離運(yùn)送土方。 2.當(dāng)坡面有淺溝等復(fù)雜地形時(shí)，地塊布設(shè)必須注意“大彎就勢(shì)，小彎取直”，不強(qiáng)求一律順等高線(xiàn)，以免把田面的縱向修成連續(xù)的“S”形，不利于機(jī)械耕作。 3.如果梯田有自流灌溉條件，則應(yīng)使田面縱向保留1/3001/500的比降，以利行水，在某些特殊情況下，比降可適當(dāng)加大，但不應(yīng)大小1/200。 4.地塊長(zhǎng)度規(guī)劃，有條件的地方可采用300400m，一般是150200m，在此范圍內(nèi)，地塊越長(zhǎng)，機(jī)耕時(shí)轉(zhuǎn)彎掉頭次數(shù)越少，工效越高，如有地形限制，地塊長(zhǎng)度最好不要小于100m。 5.在耕作區(qū)和地塊規(guī)劃

19、中，如有不同鎮(zhèn)、鄉(xiāng)的插花地，必須進(jìn)行協(xié)商和調(diào)整，便于施工和耕作。 9/20/202235 (三)梯田附屬建筑物規(guī)劃 1.坡面蓄水?dāng)r沙設(shè)施的規(guī)劃 梯田區(qū)的坡面蓄水?dāng)r沙設(shè)施的規(guī)劃內(nèi)容，包括“引、蓄、灌、排”的坑、函、池、塘、埝等緩流攔沙附屬工程。 規(guī)劃時(shí)既要做到各設(shè)施之間的緊密結(jié)合，又要做到與梯田建設(shè)的緊密結(jié)合。 規(guī)劃程序上可按“蓄引結(jié)合，蓄水為灌，灌余后排”的原則，根據(jù)各臺(tái)梯田的布置情況，由高臺(tái)到低臺(tái)逐臺(tái)規(guī)劃，作到地(田)地有溝，溝溝有函，分臺(tái)攔沉，就地利用。其攔蓄量，可按攔蓄區(qū)內(nèi)510年一遇的一次最大降雨量的全部徑流量加全年土壤可蝕總量為設(shè)計(jì)依據(jù)。 9/20/202236 2.梯田區(qū)的道路規(guī)劃

20、 山區(qū)道路規(guī)劃總的要求，一是要保證今后機(jī)械化耕作的機(jī)具能順利地進(jìn)入每一個(gè)耕作區(qū)和每一地塊。二是必須有一定的防沖設(shè)施，以保證路面完整與暢通，保證不因路面徑流而沖毀農(nóng)田。9/20/202237 (1)丘陵陡坡地區(qū)的道路規(guī)劃，重點(diǎn)在于解決機(jī)械上山問(wèn)題。西北黃土丘陵溝壑區(qū)的地形特點(diǎn)是，上部多為1530的坡耕地，下部多為4060的荒陡坡，溝道底部比降較小。因此，機(jī)械上山的道路，也應(yīng)地分上、下兩部分。下部一般順溝布設(shè)，道路比降大體接近稍大于溝底比降，上部道路，一般應(yīng)在坡面上呈“S”形旋而上。 9/20/202238 (2)塬、川緩坡地區(qū)的道路規(guī)劃。由于塬、川地區(qū)地面廣闊平緩，耕作區(qū)的劃分主要以道路為骨干劃

21、定，因此，相鄰的兩條順坡道路的距離，就是梯田地塊的長(zhǎng)度，相鄰的兩條橫坡道路的方向，可以直接影響到耕作區(qū)地塊的布設(shè)，因此，必須注意以下問(wèn)題。 根據(jù)前述地塊長(zhǎng)度的要求，確定順坡道路間的距離，一般是200400m。 若地塊布設(shè)基本上順等高線(xiàn)，橫坡道路的方向，也應(yīng)基本上順等高線(xiàn)。 因此，在塬、川緩坡地區(qū)，通過(guò)道路布設(shè)劃分耕作區(qū)時(shí)，應(yīng)根據(jù)地面等高線(xiàn)的走向，每一耕作區(qū)的平面形狀，可以是正方形或矩形，也可以是扇形。見(jiàn)下頁(yè)圖3-7（a）9/20/202239 這樣，耕作區(qū)內(nèi)的每一個(gè)地塊，都可以基本上順著等高線(xiàn)布置，機(jī)械修筑梯田時(shí)省工，修成的梯田又便于機(jī)耕，避免了地塊呈斜角小塊地或梯田施工中的遠(yuǎn)距離大土方量的搬

22、運(yùn)。 9/20/202240 如果強(qiáng)求耕作區(qū)的平面形狀為正方形或矩形，見(jiàn)上頁(yè)圖3-7（b），左右兩邊的四個(gè)耕作區(qū)，其橫坡道路不是基本上順等高線(xiàn)，而是與等高線(xiàn)斜交，這樣就會(huì)造成兩種不利的后果： 如耕作區(qū)的地塊都順等高線(xiàn)布設(shè)，必然有少數(shù)幾塊在耕作區(qū)上下兩處與道路斜交，形成斜角小塊地，不利機(jī)耕。 為了不留斜角小塊地，必須使耕作區(qū)內(nèi)的地塊都與橫坡道路平行，就不能基本上順等高線(xiàn)布設(shè)，修梯田時(shí)必須遠(yuǎn)距離運(yùn)土， 就會(huì)大大降低工效，增加費(fèi)用 。 山地道路還應(yīng)該考慮路面的防沖措施。 9/20/202241 3.灌溉排水設(shè)施的規(guī)劃 梯田建設(shè)不僅控制了坡面水土流失，而且為農(nóng)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展創(chuàng)造了良好的生態(tài)環(huán)境，并導(dǎo)致農(nóng)

23、田熟制和宜種作物的改進(jìn)，提高梯田效益。在梯田規(guī)劃的同時(shí)必須結(jié)合進(jìn)行梯田區(qū)的灌溉排水設(shè)施規(guī)劃。 梯田區(qū)灌溉排水設(shè)施的規(guī)劃原則，一方面要根據(jù)整個(gè)水利建設(shè)的情況，把一個(gè)完整的灌溉系統(tǒng)所包括的：水源和引水建筑、輸水配水系統(tǒng)、田間渠道系統(tǒng)、排水泄系統(tǒng)等工程全面規(guī)劃布置；另一方面，由于梯田分布多在干旱缺水的山坡或山洪匯流的沖溝(古代侵蝕溝道)地帶，常處于干旱或洪澇的威脅，因此，梯田區(qū)灌排設(shè)施規(guī)劃的另一個(gè)原則，就是要充分體現(xiàn)攔蓄和利用當(dāng)?shù)赜晁脑瓌t，圍繞梯田建設(shè)，合理布設(shè)蓄水灌溉和排洪防沖以及冬水梯田的改良工程。 9/20/202242 梯田灌排設(shè)施的重點(diǎn)：坡地梯田區(qū)以突出蓄水灌溉為主，結(jié)合坡面蓄水?dāng)r沙工程

24、的規(guī)劃，根據(jù)坡地梯田面積和水源(當(dāng)?shù)亟邓畯搅?情況，布設(shè)池、塘、埝、庫(kù)等蓄水和渠系工程；沖溝梯田區(qū)，不僅要考慮灌溉用水，而且排 洪和排澇設(shè)施也十分重要。沖溝梯田區(qū)的排洪渠系布設(shè)可與灌溉渠道相結(jié)合，平日輸水灌溉，雨日排澇防沖。至于沖溝梯田區(qū)的排落空問(wèn)題，由于多屬土壤本身或地勢(shì)低洼之故，所以，為了節(jié)省渠道占地和提高排澇效果，可以采用暗渠或明渠結(jié)合工程的排澇設(shè)施。9/20/202243例：長(zhǎng)江上游坡耕地整治經(jīng)驗(yàn) 科學(xué)考察簡(jiǎn)報(bào)2006年第14期 實(shí)施坡改梯、坡面水系工程和田間道路相結(jié)合的坡面水土綜合整治。在小流域綜合治理規(guī)劃的基礎(chǔ)上，選擇坡度較緩又相對(duì)集中的坡耕地修建石坎或土坎梯田；在梯田的上部修筑攔

25、水溝，在梯田間布設(shè)蓄水池和沉沙池，通過(guò)小型渠系將攔水溝、梯田、沉沙池和蓄水池連通，同時(shí)與渠系結(jié)合建設(shè)農(nóng)田道路。坡面水系工程可以起到攔、導(dǎo)、蓄、排、灌的作用，降雨時(shí)將上游坡面的來(lái)水和梯田里多余的水量通過(guò)渠系引入蓄水池，蓄水池蓄滿(mǎn)后則從下游排出，干旱時(shí)則將蓄水池 里的水放出，用于灌溉。長(zhǎng)江上游坡耕地水土綜合整治模式 9/20/2022442.2梯田的斷面設(shè)計(jì) 梯田的斷面關(guān)系到修筑時(shí)的用工量，埂坎的穩(wěn)定，機(jī)械化耕作和灌溉的方便。不少地方過(guò)去修筑的窄條梯田，田面寬度只有3-5m，不能適應(yīng)機(jī)械耕作要求。有的地方則片面求大求寬，致使修筑梯田時(shí)用工過(guò)多，而且修成后埂坎高，穩(wěn)定性差。 梯田斷面設(shè)計(jì)的基本任務(wù)，

26、是確定在不同條件下梯田的最優(yōu)斷面。所謂“最優(yōu)”斷面，就是同時(shí)達(dá)到下述三點(diǎn)要求。 一、是要適應(yīng)機(jī)耕和灌溉要求； 二、是要保證安全與穩(wěn)定； 三、是要最大限度地省工。 最優(yōu)斷面的關(guān)鍵是確定適當(dāng)?shù)奶锩鎸挾群凸】财露?，由于各地的具體條件不同，最優(yōu)的田面寬度和埂坎坡度也不相 同，但是考慮“最優(yōu)”的原則和原理，是相同的。9/20/202245 (一)水平梯田的斷面要素 1.梯田的斷面要素 9/20/202246 2.各要素之間的關(guān)系 一般根據(jù)土質(zhì)和地面坡度選定田坎高和側(cè)坡(指田坎邊坡)，然后計(jì)算田面寬度，也可根據(jù)地面坡度、機(jī)耕和灌溉需要先定田面寬，然后計(jì)算田坎高。從圖可以看出，田面愈寬，耕作愈方便，但田坎愈

27、高，挖(填)土方量愈大，用工愈多，田坎也不易穩(wěn)定。在黃土丘陵區(qū)一般田面寬以30m左右為宜，緩坡上寬些，陡坡上窄些，最窄不要小于8m，田坎高以1.53m為宜，緩坡上低些，陡坡上高些，最高不要超過(guò)4m。9/20/202247 各要素之間具體計(jì)算方法分述如下：田面毛寬 (m) BmHctg 埂坎占地 (m) BnHctg田面凈寬 (m) BnBmBnH(ctgctg) 埂坎高度 (m) 田面斜寬 (m)9/20/202248 從上述關(guān)系可以看出，埂坎高度（H）是根據(jù)田面寬度（B）、埂坎坡度（）和地面坡度（）3個(gè)數(shù)值計(jì)算而得。其余3個(gè)要素：田面毛寬（Bm）、埂坎占地（Bn）、田面斜寬（B1）都可根據(jù)H

28、、這3個(gè)數(shù)值計(jì)算而得。對(duì)于一個(gè)具體地塊來(lái)說(shuō)，地面坡度（）是個(gè)常數(shù)，因此，田面寬度（B）和埂坎坡度（）是斷面要素中起決定作用得因素。在梯田斷面計(jì)算中，主要研究這兩個(gè)因素。9/20/2022493.梯田土方量的計(jì)算 (1)梯田土方量的計(jì)算 在挖填方相等時(shí)，梯田挖(填)方的斷面面積可由下式計(jì)算： (2)每畝土方量 每畝田面長(zhǎng)度 每畝土方量 根據(jù)上述公式可以計(jì)算出不同田坎高的每畝土方量(指挖方)。 9/20/202250(二)梯田的需功量 1.梯田需功量的概念 修水平梯田不只考慮土方的多少，同時(shí)要考慮運(yùn)距，才能比較確切地說(shuō)明修梯田所需要完成的全部工作量。梯田的需功量或梯田土方運(yùn)移工作量，是指土方乘運(yùn)距

29、(m3m)。 2.梯田需功量的計(jì)算 每畝梯田需功量式中：Wa每畝梯田需功量(m3m)； V梯田每畝土方量(m3)； S0修梯田時(shí)土方的平均運(yùn)距(m)。梯田每畝土方需功量與田面寬度得平方成正比關(guān)系。9/20/202251(三)梯田田面寬度的設(shè)計(jì) 梯田最優(yōu)斷面的關(guān)鍵是最優(yōu)的田面寬度，所謂“最優(yōu)”田面寬度，就必須是保證適應(yīng)機(jī)耕和灌溉的條件下，田面寬度為最小。根據(jù)不同地形和坡度條件，在不同地區(qū)分別采用不同的田面寬度。1.在殘?jiān)?、緩坡地區(qū)，農(nóng)耕地一般坡度在5以下一般拖拉機(jī)翻地時(shí)，都把2530m寬的田面作為一個(gè)耕作小區(qū)。如果田面寬5060m時(shí)，則分為兩個(gè)小區(qū)進(jìn)行耕作；如果田面寬80100m時(shí)，則分為34個(gè)

30、小區(qū)進(jìn)行耕作；以免掉頭轉(zhuǎn)彎時(shí)空行程太大，同時(shí)30m左右的田面寬度，灌溉時(shí)作為畦子長(zhǎng)度，也比較合適。無(wú)論從機(jī)耕或灌溉的要求來(lái)看，田面寬度一般以30m左右為宜。2.丘陵陡坡地區(qū)一般坡度1030，目前很少實(shí)現(xiàn)機(jī)耕，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一般采用小型農(nóng)機(jī)進(jìn)行耕作，在陡坡地(25)修梯田時(shí)，其田面寬度不應(yīng)小于8m。9/20/2022523.特殊情況下的田面寬度(1)丘陵陡坡區(qū)梁峁頂部，地面坡度較緩，田面寬度增大到2030m時(shí)，雖然梯田需功量(Wa)大一些，但施工方便，推土工率(P)也大大提高，在這種特殊情況下，適當(dāng)加寬設(shè)計(jì)的田面寬度是可取的。(2)灌溉渠道高程已確定，采取的田面寬度其相應(yīng)的田面高程大于渠底高程時(shí)

31、，水就灌不上地，這時(shí)應(yīng)降低田面高程，可以加寬田面寬度，使切土土方增大，田面高程就可降低。 (3)有的緩坡地區(qū)，為了加快梯田建設(shè)，采取較窄的田面寬度15m左右，機(jī)械耕作時(shí)，相鄰上下兩臺(tái)套起來(lái)，機(jī)械在梯田兩頭地邊的道路上掉頭轉(zhuǎn)彎，這種具體作法也是可取的。 總之，田面寬度設(shè)計(jì)，既要有原則性，又要有靈活性。原則性就是必須在適應(yīng)機(jī)耕和灌溉的同時(shí)，最大限度的省工。靈活性就是在保證這一原則的前提下，根據(jù)具體條件，確定適當(dāng)?shù)膶挾?，不能只根?jù)某一具體寬度，一成不變。9/20/202253(四)埂坎外坡的設(shè)計(jì) 梯田埂坎外坡的基本要求是，在一定的土質(zhì)和坎高條件下，要保證埂坎的安全穩(wěn)定，并盡可能地少占農(nóng)地，少用工。

32、在一定的土質(zhì)和坎高條件下，埂坎外坡越緩則安全穩(wěn)定性越好，但是它的占地和每畝修筑用工量也就越大。反之，如埂坎外坡較陡，則占地和每畝修筑用工量也較小，但是安全穩(wěn)定性就較差。既要安全穩(wěn)定，又要少占地、少用工，就是“最優(yōu)斷面”設(shè)計(jì)對(duì)埂坎外坡的要求。要做到這一點(diǎn)，必須進(jìn)行埂坎穩(wěn)定坡度的土力學(xué)分析。9/20/202254 1.不同埂坎高度下的埂坎外坡 當(dāng)已知土壤性質(zhì)和狀態(tài)(即當(dāng)土壤的顆粒組成、密實(shí)程度，含水量情況等)，通過(guò)土力學(xué)試驗(yàn)即可確定其內(nèi)聚力(C)和內(nèi)摩擦角( )以及濕容重()。這樣，可以直接計(jì)算出不同坎高下的穩(wěn)定埂坎外坡(采用一定安全系數(shù)K值)。 現(xiàn)將黃土地區(qū)不同埂坎高度條件下，采用埂坎外坡列于下

33、表，供設(shè)計(jì)時(shí)參考。 表中，埂坎外側(cè)坡度()的運(yùn)用可采用下列情況：粘性土壤可采用上限數(shù)值，即外側(cè)坡可以陡一些。砂性土壤應(yīng)采用下限數(shù)值。 埂坎高度（H）埂坎外側(cè)坡度（）2m以下75 80 24m70 75 46m65 70 68m60 65 9/20/2022552.埂坎占地的計(jì)算 埂坎占地(Bn)可根據(jù)埂坎高度(H)和埂坎外坡()，按公式BnHctg進(jìn)行計(jì)算，現(xiàn)將計(jì)算結(jié)果列于表3-3，供設(shè)計(jì)時(shí)參考：表3-3 不同埂高、坎坡下的埂坎(Bn)占地計(jì)算表12345678900.000.00850.090.180.260.35800.180.350.530.700.881.06750.270.540.8

34、01.071.341.611.872.15700.360.731.091.461.822.182.552.92651.401.862.332.803.263.74602.893.464.064.63554.905.61H(m)()B0(m)9/20/202256 在修筑梯田時(shí)，一般在埂坎修成后，梯田田面外部，還修一個(gè)蓄水邊埂，因此在計(jì)算占地?cái)?shù)時(shí)，必須把蓄水邊埂的占地也同時(shí)加上，因?yàn)樗鼈兌紝儆诜寝r(nóng)田生產(chǎn)占地，蓄水邊埂斷面一般采用高30cm，頂寬20cm，內(nèi)側(cè)坡度為45。計(jì)算蓄水邊埂占地如下表 ：埂坎外坡蓄水邊埂占地埂坎外坡蓄水邊埂占地85 0.53m65 0.64m80 0.55m60 0.67

35、m75 0.58m55 0.70m70 0.61m9/20/202257 由此可知，梯田修成后，田面上農(nóng)業(yè)凈用面積數(shù)應(yīng)為田面毛寬減去埂坎占地和蓄水邊埂占地?cái)?shù)，求其占地系數(shù)可采用下述公式： 9/20/2022582.3土方量計(jì)算 (一)方格網(wǎng)法 方格網(wǎng)法適用于比較復(fù)雜的地形。在田塊平面形狀比較方正的情況下，測(cè)量計(jì)算都比較方便，而且精確度高。具體步驟如下：1.打樁。在要測(cè)量的梯田區(qū)范圍內(nèi)，劃分成1020m見(jiàn)方的方格。各方格的頂點(diǎn)均用木樁標(biāo)定，給予編號(hào)。2.整樁。因各方格網(wǎng)頂點(diǎn)的木樁是按規(guī)定距離設(shè)置的，在地面起伏不平的地塊上，會(huì)有個(gè)別樁點(diǎn)的高程不能代表它周?chē)孛娴母叱獭＿@樣就必須檢查每一方格頂點(diǎn)的樁

36、點(diǎn)處地面高程的代表性，過(guò)高時(shí)要適當(dāng)鏟平，過(guò)低時(shí)要適當(dāng)填起，然后踏平實(shí)。否則測(cè)量后，計(jì)算土方平衡時(shí)會(huì)出現(xiàn)偏差。3.測(cè)量。按各木樁編號(hào)順序進(jìn)行高程測(cè)量，并作記錄。讀數(shù)到厘米即可。 9/20/2022594.計(jì)算(1)求田塊的平均高程(2)計(jì)算各樁點(diǎn)的設(shè)計(jì)高程，對(duì)于沒(méi)有縱坡要求的水平梯田，田塊平均高程即各樁點(diǎn)設(shè)計(jì)高程；對(duì)需留縱坡的梯田，則田塊的平均高程作為田塊中間斷面的設(shè)計(jì)高程。按規(guī)定的地塊縱向比降(如1/3001/500)計(jì)算沿地長(zhǎng)各排樁點(diǎn)的設(shè)計(jì)高程，寫(xiě)在各樁的高程下面，并加注三角符號(hào)以示區(qū)別。(3)計(jì)算各樁點(diǎn)的挖填深度，用地塊各排樁點(diǎn)的設(shè)計(jì)高程(即開(kāi)挖的設(shè)計(jì)高程)與各樁點(diǎn)實(shí)測(cè)高程相比較，即可得出

37、挖、填深度，并注明于方格網(wǎng)圖上。一般填高數(shù)用紅筆寫(xiě)，挖深數(shù)用藍(lán)筆寫(xiě)。9/20/202260(4)計(jì)算挖、填土方量填方總量方格面積各角點(diǎn)填高之和/42(各邊點(diǎn) 填高之和)/44(各中間點(diǎn)高之和)/4 方格面積各角點(diǎn)填高之和/4各邊點(diǎn)填 高之和/2各中間點(diǎn)填高之和同理可得：挖方總量=方格面積各角點(diǎn)挖深之和/4各邊點(diǎn)挖 深之和/2各中間點(diǎn)挖深之和 上述兩個(gè)公式的填高及挖深數(shù)，以米為單位，每一小方格面積以平方米為單位。對(duì)不足10m或20m見(jiàn)方的“破格”，應(yīng)分別計(jì)算挖、填土方量，然后加在挖、填方總量?jī)?nèi)。 9/20/202261(5)開(kāi)挖線(xiàn)調(diào)整：求出挖、填土方總量后，若二者相差太多，需要進(jìn)行高或降低的調(diào)整

38、，以求地塊填挖土方平衡。其調(diào)整數(shù)值計(jì)算可用下列公式。 按計(jì)算數(shù)值變更各個(gè)樁點(diǎn)設(shè)計(jì)高度，重新計(jì)算挖深填高和挖、填土方量，直至接近平衡為止。(6)每一小方格的挖、填土方量的求法：如小方格的四個(gè)角均為填高或均為挖深，則相加后被4除即得平均填高(或挖深)數(shù)，再乘以方格面積即得方格填方(或挖方)量；如四個(gè)角上有的是填高數(shù)，有的是挖深數(shù)，則填、挖分別計(jì)算，不管是幾個(gè)數(shù)，都各自相加被4除，不能互相抵銷(xiāo)，這樣計(jì)算的土方量，一般偏大。 9/20/202262(二)散點(diǎn)法(又叫多點(diǎn)平均法) 散點(diǎn)法適用于地形雖有起伏，但變化比較均，不太復(fù)雜的地形。這種復(fù)雜的地形。這種方法的特點(diǎn)是測(cè)點(diǎn)位置不受限制，可以根據(jù)地形情況，

39、布置測(cè)點(diǎn)，求平均高程方法簡(jiǎn)便。具體步驟如下： 1.在田面的四角四邊，田中的最高點(diǎn)、最低點(diǎn)、次高點(diǎn)，次低點(diǎn)以及一切能代表不同高程的各個(gè)位置上打樁，作為測(cè)點(diǎn)，并測(cè)出其高程讀數(shù)分別為H1、H2、Hn共有n個(gè)高程點(diǎn)。必須注意，“儀器高不變”。 2.設(shè)所要求得的田面平均高程讀數(shù)為Ha 則： 在測(cè)得各點(diǎn)高程讀數(shù)時(shí)，很快就能算出Ha的數(shù)值。 9/20/202263 3.各測(cè)點(diǎn)高程大于Ha的是挖方，小于Ha的是填方。從“高程讀數(shù)”來(lái)說(shuō)，小于Ha的是挖方，大于Ha的是填方。算出各點(diǎn)與Ha的差數(shù)作為施工時(shí)應(yīng)挖掘的挖、填深度。 在測(cè)尺上讀數(shù)為Ha的地方作一記號(hào)。保持儀器位置和原來(lái)的“儀器高”不變。由執(zhí)尺人在田面上選

40、擇若干新的測(cè)點(diǎn)，要求從儀器去看這些測(cè)點(diǎn)的高程讀數(shù)都必須是Ha 。把這些新測(cè)點(diǎn)聯(lián)起來(lái)，就是田面上的挖填分界線(xiàn)。9/20/2022644.計(jì)算挖填土方總量，按下述方法步驟進(jìn)行： (1)求挖、填平均深度 挖方區(qū)平均挖深： 填方區(qū)平均填高： 式中：m測(cè)點(diǎn)讀數(shù)大于Ha的測(cè)點(diǎn)數(shù)； L測(cè)點(diǎn)讀數(shù)小于Ha的測(cè)點(diǎn)數(shù)； mLn Hc測(cè)點(diǎn)讀數(shù)小于Ha的各點(diǎn)讀數(shù)之和；HcHc1Hc2Hcl Hf測(cè)點(diǎn)讀數(shù)大于Ha的各測(cè)點(diǎn)讀數(shù)之和。HfHf1Hf2Hfm 9/20/202265(2)求挖、填方面積 挖方面積： 填方面積： 式中：Aa測(cè)量地塊總面積。當(dāng)已知Ac時(shí)：AfAaAc (3)計(jì)算挖、填土方量 挖方量：VcAchc 填方量：VfAfhf9/20/2022665.土方平衡計(jì)算： 令 VVcVf 如V0或數(shù)量很小，則挖、填方平衡，所定挖填分界線(xiàn)適合。當(dāng)V值較大時(shí)