水土保持专业案例考前培训-工程技术措施.ppt
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1、考 前 培 训,中国水土保持学会 2010年7月,注册土木工程师(水利水电工程) 水土保持执业资格专业考试,说明:,1、本次讲课并不是考试合格的充分条件, 2、考试通过需要理解教材中内容,并且相对熟练掌握(看大纲); 3 、讲课顺序:为便记忆 ,按课本顺序讲,第五章 水土保持生态建设工程设计,第二节 工程措施设计 一、梯田工程设计 概念及关注点:梯田规划是小流域综合治理规划的组成部分;实际工作中梯田布置应考虑其它措施以保护梯田安全(主要是排水措施); 梯田设计标准:一般采人用10年一遇36小时最大降雨,在干旱、半干旱或其它少雨地区,可采用20年一遇36小时最大降雨。(本身为题点),南、北方在相
2、同地面坡度情况下,田面净宽B、田坎高度H、田坎坡度取值不同表5-2-1。(注意适用条件) 教材中P125倒2行至P126正1行与国标有冲突,应与国标为准,例题二 题干:黄土高原地区某行政村附近有坡降为17%,坡长为100m(干扰项)的一块坡耕地,现欲将该坡耕地改造为水平梯田。,1、 如果要满足机械耕作要求,下列断面尺寸最合理的是。,2、假定设计田面净宽为2m,田坎坡度为73,则新修梯田田坎高度最接近_m。 。 3、假定设计田坎坡度为75,田坎高2.5m,则每公顷土方运移量为最接近是多少? 。,南方某地拟在一坡度为19、坡面长120m地块修水平梯 田,田坎高度为2.3m,则最适宜的人工保留表土方
3、法为?,例题四: 当坡面平顺,挖填方量相等,田坎高度为3.5m时,则修成0.8hm2梯田的挖填方总量最接近?,例题五: 华北某土石山区修建石坎梯田,原地面坡度为13,修筑前坡面土层厚度为70cm,修平后挖方处后缘保留的土层厚度为25cm,则修成后田面净宽最接近多少?,例题六: 黄土高原某地区,拟修建水平梯田。现某村庄附近有坡降为16%,坡长为150m的一块坡耕地,欲改造为水平梯田。 1 假定田坎高度3m,可修多少台梯田。,二、淤地坝设计 (一)概念及关注点 1、淤地坝等级划分及设计标准(表5-2-4),按库容分小型、中型、骨干坝 2、坝系工程布设 1)布设原则 全面规划,统筹安排,利用水沙,淤
4、地灌溉; 大中小联合运用,充分发挥整体功能 骨干坝一次设计,分期加高,经济合理 2)合理性判断 建坝密度:坝地面积/流域面积=1/101/20; 建坝顺序(开发顺序):汇流面积小于1km2;先下后上,其它先上后 下;根据地形地质条件先建控制性工程。实际工作中依具体情况调整,3、坝系工程布设方式 骨干坝控制,水沙资源综合利用 分批建坝,分期加高,蓄种相间 一次成坝,先淤后排,逐坝利用 坝体持续加高,增大库容,全拦全蓄 上坝拦洪拦泥,下坝蓄清水,库坝结合 清洪分治,排洪蓄清,蓄排结合 引洪漫地,漫排兼顾 4、建筑物组成及坝型选择 组成:三大件、两大件、一大件 坝型:土坝为主(淤地坝主要在北方且以黄
5、土高原地区为主),5水文计算 洪水频率和重现期 式中 p经验频率(%); m序位或序号(一般是由大到小的排位 n 某一样本的总 项数洪水频率是指多年中的平均出现机会 重现期-是指多年平均中平均若干年出现一次,但并非一定要出现,也可能 在较集中的时间内出现两次以上 教材中N=100/P,计算时正确,但物理意义不清晰,应该是互为倒数 N=1/P;,推理公式,式中,表5-2-6 汇流参数m值,6、调洪演算 单坝调洪,qp=Qp(1-VZ/WP) VZWP qp=Mbh01.5 式中: 频率为p的洪水时溢洪道最大下泄流量,m3/s; 设计洪峰流量,m3/s; 滞洪库容,万m3; M流量系数; b 溢洪
6、道宽,m; 包含行近流速的溢洪道堰上水头,m。,上述两个公式中,有7个参数,我们知道Qp、WP、M,理论上有无数解,实际工作中先根据地形地质条件假定b、h0,然后再定Vz ,一次计算不可能各参数都合适,要经过多次试算调整。考试时会给出五个参数参数,求另两个参数;也可能给出一组计算值,叫考生判断哪一组更优; 多坝调洪(略),7、渗流及稳定计算(了解) 能够估算渗流量即可(请看P144图5-2-12) 达西定率:水的渗透速度与水力坡降成正比。 即V=K i ; q=AV=AKi q=K(H2-h2)/(2L1)=K(H+h)(H-h)/(2L1) A = ( H+h)/2 ; i=( H-h)/L
7、1 目前设计院都是用程序计算,实际运用中中小型淤地坝形不成稳定的浸润线,8、坝体构造 1)坝高:总坝高=拦泥坝高+滞洪坝高+安全超高 注意这里所说滞洪坝高是淤地坝的特有名词,实际操作时:淤积库容拦泥坝高滞洪库容再求总库容(拦泥坝高+滞洪坝高)查库容曲线找出洪水位减去计划淤积面高程(死水位);当溢洪道堰顶高程和计划淤积高程相等时滞洪坝高约等到于h0,或者等于h-V2/2g,此处V为行近流速,2)坝顶宽度:注意有无交通要求、无特殊情况查表5-2-9 3)坝坡和马道:坝坡查表5-2-10;马道一般每隔1015米设一条,宽1-1.5米; 4)护坡和坝坡排水:竖向排水50100米一条;纵向排水与与马道一
8、致;排水标准无规定,但过去有人用10年一遇标准 5)坝体排水:了解棱体排水、贴坡排水、褥垫式排水优缺点,9、放水建筑物 1)卧管 开启一孔: (5-2-27) 同时开启两孔: (5-2-28) 同时开启三孔: (5-2-29) 式中 d放水孔直径,m; Q放水流量,m3/s; H1、H2、H3各级孔上水深,m。 放水流量计算涉及到农水的知识,续灌、轮灌等; 熟练掌握开启一、二、三孔的孔径计算; 实际工作中注意卧管和放水孔流量计算相协调,即考虑加大流量时加大量相同;,2)竖井 单孔放水时 (5-2-31) 若采用上、下两对放水孔同时放水时: (5-2-32) 式中 孔口面积,m2; Q要求放水流
9、量,m3/s; 流量系数,一般取=0.65; H1、H2、孔口中心至水面深度,m; g重力加速度,m/s2。 竖井底布设的消力井,可按下式计算: (5-2-33) 式中 H作用水头,m,可近似采用正常蓄水位与竖井底部高程的差值; V消力井的最小容积,m3; E水流的能量,KW/m3;实验数据:每立米容积可消耗8千瓦能量,3)放水涵洞拱涵拱圈厚度公式 (5-2-34) 式中 t等截面圆弧拱拱圈厚度,cm; L0圆弧拱净跨径,cm; R0拱圈内半径,cm; 拱脚至圆心的连线与垂线交角(半圆心角)()。 注意半圆拱时 4)管涵壁厚计算 (5-2-35) 式中 t混凝土管涵壁厚,m; W管上垂直土压力
10、,t/m,, 其中 为填土饱和容量,t/m3, H为填土高,m,D为管涵外径,m; 涵管计算直径,m; 混凝土弯曲时容许的拉应力,t/m2。 教材公式不全,请参看治沟骨干工程技术规范SL289-2003,例题一 题干:黄土区某小流域面积2.5 km2,多年平均侵蚀模数12000t/( km2.a),淤积泥沙的干容重为1.3t/m3。流域出口断面土质坚实,地质地形条件良好,适宜筑坝。沟口上游2 km有数量充足且能满足筑坝要求的土料,水源缺乏。下游10km处有一村庄,下游30km有已在开采的石料厂。现拟建淤地坝一座。坝高与库容关系见下表:,坝高库容关系表,坝高库容关系表,坝高库容关系表,1、根据以
11、上条件,最适宜坝型应为?,2、已知校核洪水总量为16万m3,设计淤积年限10年,最接近正确的坝高和总库容特征值是?,3、假定溢洪道最大过水流量为22.5 m3/s,溢流水深2.8m,流量系数为1.6。行近流速1.2m/s,矩形断面溢流堰宽最接近的值是 。 主要解答过程: B=Q/(m H03/2)=22.5/(1.6 2.873/2)=2.89(m) ,,例题二 题干:某小流域建设淤地坝,拟采用卧管或竖井作为放水建筑物。 1、采用卧管,已知放水流量为1.2m3/s,卧管台阶高差为1m,如果同时开启三台放水孔,第一孔孔上水深为1(可能有变)m,则放水孔直径最接近多少?,=,三、沟头防护工程 (一
12、)概念及关注点 1、工程类型有两种:蓄水型、排水型 蓄水型工程形式围埂式围埂加蓄水池式围埂加其它工程 排水型: 跌水式悬臂式 2、布设原则 (1)与谷坊、淤地坝等配合使用,以达到全面控制作用 (2)沟头以上集水面积较大时(10公倾),应布设治坡措施与小型蓄水工程,以减少沟头处径流 (3)设计标准:10-20年一遇3-6小时最大暴雨 (4)计算式 W=10KRF V=LH2m+1/i/2LH2/(2i) (二)例题 略,V=LH2m+1/i/2LH2/(2i) V=LH2m+1/i/2 = LH2m+ctg /2 误差:m/(m+1/i)= m/(m+ctg ) 若m=1.5;坡度为15度,误差
13、为28%;10度时误差为20;5 度时误差为12;,四 谷坊: (一)概念及关注点 谷坊的任务:巩固并抬高沟床,制止沟底下切;稳定沟坡,制止沟岸扩张; 设计标准:10-20年一遇3-6小时最大暴雨 工程类型:土、石、植物谷坊 布设原则:与沟头防护工程、淤地坝等配合使用;顶底相照;沟道比降5-10%较合适; 计算公式:间距:L=H/(i-i); 流量:Q=Mbh3/2; (堰流公式),例题: 某土石山区小流域,山势陡峻,岩石裸露,植被稀疏;沟口附近及部分地段山顶黄土覆盖较厚。流域由三条支沟组成,其中1号流域面积150hm2,沟长2.5km,平均宽度0.56km,呈长条状,沟壑密度为8km/km2
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