水土保持工程学课程设计.docx
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水土保持工程学课程设计
拦渣坝设计
学 院：
环境科学与工程学院
姓 名：
西南林业大学
学 号：
20120753045
班 级：
水保2012级
指导老师：
马建刚
目录
第一章小流域基本情况 3
1.1地理位置及地形概况 3
1.2水文地质 3
1.3植被 4
1.4泥石流概况 4
1.5泥石流特征 4
1.6泥石流成因 5
第二章 泥石流设计参数计算 5
2.1不同设计频率的最大24h降水量（H24p）的计算 5
2.2清水洪峰流量（Qwp）计算，列表 9
2.3泥石流洪峰流量（Qcp）计算，列表 9
2.4泥石年流淤积量（Wcp）计算，列表 11
第三章拦砂坝设计 12
3.1坝址选择 12
3.2坝型选择 12
3.3坝的设计 12
3.4拦砂坝库容及淤积年限计算 16
第四章排导槽设计 17
4.1排导槽平面布置形式 17
4.2排导沟断面设计 17
第五章水土保持工程投资估算 18
5.1估算依据 18
5.2投资估算情况 19
第一章小流域基本情况
1.1地理位置及地形概况
怒江州
民家寨
Є3b
T2
卫校
排路坝
师范
山
口
汽车总站
阳坡
上排路
F1 0
0.5
1km
F2
瓦子寨
F3
怒江州六库镇位于云南省西北部，芭蕉河位于六库镇西坡，地理坐标为：
98°49′24"E～98°51′36"E,25°50′00"N～25°51′30"N。
芭蕉河源于著名的高黎贡山东坡，怒江西岸，汇水面积为4.08km²,全沟长4.33km，流向自西向东，最高点海拔为2450m，山口处海拔为880m，高差达1570m，比降为25％。
沟床叠水、陡坎、拐弯多见。
沟床阻塞系数为1.3～1.7，沟侧山30～35°，局部达60°。
河流出口后堆积有不同时期的洪积物，与怒江交汇处海拔为790m，相关图件见图1-1
滑坡
小塌滑体
泥石流淤积物
泥石流扇形地
现代冲沟
水源区
形成流通区
流通淤积区
三迭系白云岩 Є3b寒武系板岩
元古界片岩片
麻岩
F1断层及编号
T2
1.2水文地质
流域内主要分布的地层有元古代高黎贡山群变质岩系，以片岩、片麻岩、混合岩、变粒岩为主。
山口地带出露寒武系保山组砂岩、板岩，产状为
250L40。
三迭河弯街组（T3）碳酸盐岩，以白云岩为主，产状为230L55，其表层大部分覆盖有厚0.5～1.0m的坡残积层。
山口以东至怒江约1100m，为一洪积扇，怒江州卫校、师范学校和汽车总站等到单位设于此地，是州府重镇之一。
新生代以来，构造应力呈东西向强烈挤压，地壳持续抬升，在长期地质营力作用下，岩体破碎，节理裂隙发育，溪沟下切，风化土层深厚，崩塌、滑坡发育，松散体物质储量达1369万m3，可移方量410万m3，固体物质源丰富，为泥石
流的形成创造了必要的物质条件。
1.3植被
该流域属于亚热带湿润气候，年平均气温为20.2℃，最高气温为26.6℃，极高气温可达41.6℃，最低气温可达4.5℃。
年平均降雨量为1011mm，5～10月为雨季，降雨量占全年的70%。
芭蕉河内常年有水，但随季节流量暴涨暴落，
旱季最小流量为0.02m3/s，雨季可增加数十倍。
全流域林地面积占68%，郁闭度为60%，坡耕地占32%。
1.4泥石流概况
从流域特点看，泥石流形成过程可分为水源区、形成区、流通区和淤积区。
水源区位于主沟海拔1060m以上，面积为3.62km2。
发育有滑坡3个，坍塌3
处，松散固体物质储量为636万m3，单位储存量为120.44万m3/km2；形成区
位于主沟海拔1060～880m，面积0.46km2，发育有滑坡4个，坍塌5处，松散固体物质储量为730万m3；流通、淤积区：
海拔880m至怒江边，长度为1.01km，泥石流时冲时淤。
1.5泥石流特征
1989年10月20日晚8时，芭蕉河爆发了一场灾害性泥石流。
高约3m的泥石流龙头夹裹着巨大漂砾急汇而下，冲毁、於埋沟道两岸附近州云总站、州邮电局、州民族师范学校等6个单位的房屋40栋，桥梁两座等，估计经济损失
达889万元。
根据灾后现场调查，泥石流剖面多为“泥包砾”，泥面呈黄色，坡降8.7%，保存1年多未脱落，表明浆体稠度很高，为粘性泥石流。
据房屋墙壁的泥痕和固体沉积物厚度，推算出流体容重为21KN/m3，经采样粒度肥西，测得中值粒径为d50=2.5mm，用泥痕计算得流速为4～5m/s，根据武汉水电学院水槽实验公式计算的流速为4.08m/s，流量160m3/s。
1.6泥石流成因
芭蕉河山口以上属于中山地形，侵蚀切割较深，大部分地形呈“V”形谷，岸壁陡峻，岸体破碎，崩塌、滑坡较为发育，松散固体物质储量达1269×104m³，为泥石流的形成创造了物质基础。
历时长、强度大的降雨时激发泥石流形成的动力。
1989年10月3日到20日，该地区出现了长达半个月的连阴降雨天气，共降雨461.7mm，突破了历史同期所有极限，其中10日为
69.4mm，16日为74.5mm，17日为59.8mm，19日为50.5mm，20日晚又出现了高强度暴雨而触发了大规模泥石流。
据资料记载，二十世纪二十年代，曾爆发过一次规模最大的泥石流。
1949年又爆发一次，但规模较小。
从泥石流堆积扇的分布、厚度及堆积旋回分析，芭蕉河泥石流在历史上层活动频繁，规模宏大，后期呈衰减之势，但近年来，人口增多，人类活动加剧，毁林开荒使生态恶化，泥石流活动趋于活跃。
为此，积极对泥石流进行防治是完全必要的。
第二章 泥石流设计参数计算
2.1不同设计频率的最大24h降水量（H24p）的计算
1.将芭蕉河流域1958～1989年32年的实测最大24h降水量列于表2-1中，计算出系列的统计参数，如均方差、变差系数CV、偏差系数CS，然后在频率格纸上点汇暴雨频率曲线。
统计参数计算如下：
_
（1）样本的平均数x：
_ 1n 1
n 32
x= åxi= ´1839.7=57.50
i=1
（2）样本的均方差s：
n
2
i=1
n
å（xi-x）
5196.49
32
s= = =12.74
（3）变差系数Cv：
表4-1芭蕉河流域设计暴雨频率计算表
）
小
p=m/（n+1）
①
②
③
④
⑤ ○6
1
1958.08.15
86.0
88.6
3.0
1.54
2
1957.07.09
64.8
86
6.1
1.50
3
1960.07.16
45.4
74.5
9.1
1.30
4
1961.06.30
51.4
72.3
12.1
1.26
5
1962.08.21
63.7
71.7
15.2
1.25
6
1963.07.25
41.9
70.5
18.2
1.23
7
1964.05.20
66.3
66.3
21.2
1.15
8
1965.09.05
71.7
66.3
24.2
1.15
9
1966.07.12
88.6
64.9
27.3
1.13
10
1967.09.10
57.5
64.8
30.3
1.13
11
1968.08.11
55.2
63.7
33.3
1.11
12
1969.09.03
44.6
61.5
36.4
1.07
13
1970.08.17
52.1
59.8
39.4
1.04
14
1971.07.28
44.8
57.5
42.4
1.00
15
1972.11.04
54.2
56.7
45.5
0.99
16
1973.07.24
64.9
56.5
48.5
0.98
17
1974.08.05
41.8
55.2
51.5
0.96
18
1975.07.30
52.4
55.2
54.5
0.96
19
1976.06.18
70.5
54.2
57.6
0.94
20
1977.07.06
66.3
53.3
60.6
0.93
21
1978.08.21
53.3
52.4
63.6
0.91
22
1979.08.14
56.7
52.1
66.7
0.91
23
1980.06.28
38.6
51.4
69.7
0.89
24
1981.07.21
47.8
47.8
72.7
0.83
25
1982.08.14
55.2
45.4
75.8
0.79
26
1983.08.24
61.5
44.8
78.8
0.78
27
1984.09.16
35.6
44.6
81.8
0.78
28
1985.07.09
43.8
43.8
84.8
0.76
29
1986.07.28
72.3
41.9
87.9
0.73
30
1987.09.07
59.8
41.8
90.9
0.73
31
1988.08.17
56.5
38.6
93.9
0.67
32
1989.10.10
74.5
35.6
97.0
0.62
总计
1839.7
序号 时间 H24i（mm
H24i大→
经验频率%
模比系数
Cv=
å
n
（K-1）
2
i
i=1
n-1
1.52
32-1
= =0.22
（4）偏差系数Cs：
n
3
å（Ki-1）
（5）模比系数Ki：
Cs=i=1
v
（n-3）C3
i
x
x
ki=
2.适线：
采用不同的Cs值进行适线，列表计算：
理论频率曲线计算表。
分别绘制出理论频率曲线，然后找出与经验点据配合得较好的理论曲线，在此曲线上查找不同频率的最大24h降雨量，列成表格。
1）`X=57.49mm,取Cv=0.22，并假定Cs=2Cv=0.44，查水文与水资源学附表，
得出不同频率的KP值，列于表中第
（2）栏，乘以`X得相应的QP值，列于表第（3）栏。
将表中第
（1）、（3）两栏对应数值点绘曲线，发现理论曲线尾部与经验点据略向上偏移较少，配合的比较好，但头部偏移经验点据较多。
2）改变参数，重新配线。
由第一次配线结果表明，需要增大Cv值。
现取Cv=0.24，Cs=2Cv=0.48，再查附表2得到相应的KP值，并计算各Qp值，至于表（4）、（5）栏，经与经验点据配合，发现头部较第一次配线头部向上与经验点据，尾部向下更接近于经验点据。
3）再次改变参数，第三次配线。
现取Cv=0.25，Cs=2Cv=0.50，再查附表
2得到相应的KP值，并计算各Qp值，至于表（6）、（7）栏，再次计算理论频率曲线，与经验点据配合较好，即作为采用的理论频率曲线。
频率
P（%）
第一次配线
第二次配线
第三次配线
x=57.50
Cv=0.22Cs=2Cv=0.44
x=57.50
Cv=0.24Cs=2Cv=0.44
x=57.50
Cv=0.25Cs=2Cv=0.5
KP
QP
KP
QP
KP
QP
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
（7）
0.01
2.04
117.30
2.16
124.20
2.22
127.65
0.1
1.82
104.65
1.91
109.83
1.96
112.70
0.2
1.75
100.63
1.83
105.23
1.87
107.53
0.33
1.7
97.75
1.77
101.78
1.81
104.08
0.5
1.66
95.45
1.73
99.48
1.77
101.78
1
1.58
90.85
1.64
94.30
1.67
96.03
2
1.5
86.25
1.55
89.13
1.58
90.85
5
1.39
79.93
1.43
82.23
1.45
83.38
10
1.29
74.18
1.32
75.90
1.33
76.48
20
1.18
67.85
1.19
68.43
1.20
69.00
50
0.98
56.35
0.98
56.35
0.98
56.35
75
0.84
48.30
0.83
47.73
0.82
47.15
80
0.79
45.43
0.8
46.00
0.76
43.70
90
0.73
41.98
0.71
40.83
0.70
40.25
95
0.67
38.53
0.64
36.80
0.63
36.23
99
0.56
32.20
0.53
30.48
0.52
29.90
2.2清水洪峰流量（Qwp）计算，列表
2
按照公式Qwp=km.F3.kp（F为流域面积，为4.08km²）来计算，其中
KM=2.6m3/s·km2，选取Cs=2Cv，Cv=0.35，然后查P-Ⅲ型模比系数可得出
KP。
P%CV
0.01
0.1
0.2
0.33
0.5
1
2
5
10
20
50
75
80
90
95
99
0.35
2.86
2.44
2.31
2.22
2.13
2.00
1.84
1.64
1.47
1.28
0.96
0.75
0.67
0.59
0.51
0.37
0.40
3.20
2.70
2.54
2.42
2.32
2.15
1.98
1.74
1.54
1.31
0.95
0.71
0.62
0.53
0.45
0.30
0.45
3.59
2.98
2.80
2.65
2.53
2.33
2.13
1.84
1.60
1.35
0.93
0.67
0.58
0.48
0.40
0.26
0.50
3.98
3.27
3.05
2.88
2.74
2.51
2.27
1.94
1.67
1.38
0.92
0.64
0.54
0.44
0.34
0.21
清水洪峰流量对应表
KP
2.86
2.44
2.31
2.22
2.13
2.00
1.84
1.64
Qwp
18.99
16.20
15.34
14.74
14.14
13.28
12.22
10.89
KP
1.47
1.28
0.96
0.75
0.67
0.59
0.51
0.37
Qwp
9.76
8.50
6.37
4.98
4.45
3.92
3.39
2.46
2.3泥石流洪峰流量（Qcp）计算，列表
运用公式Qcp=η*Qwp计算泥石流洪峰流量
式中Qcp—泥石流洪峰流量（m3/s）；
Qwp—清水洪峰流量（m3/s）；
h—综合荒溪指数，取决于荒溪类型及荒溪流过区末端弯曲度K值。
芭蕉河流域爆发的泥石流容重为21kN/m3（即2.1t/m3），2.1t/m3>1.7t/m3,
属于冲击力强的泥石流荒溪，其沟道的弯曲度，1.5参数
P（%）
Kp
Qwp
Qcp
H24
参数计算表
0.01 2.86
18.99
151.89
169.70
0.1 2.44
16.20
129.59
149.82
0.2 2.31
15.34
122.68
142.94
0.33 2.22
14.74
117.90
138.36
0.5 2.13
14.14
113.12
135.30
1 2
13.28
106.22
127.65
2 1.84
12.22
97.72
120.78
5 1.64
10.89
87.10
110.84
10 1.47
9.76
78.07
101.67
20 1.28
8.50
67.98
91.73
50 0.96
6.37
50.98
74.91
75 0.75
4.98
39.83
62.68
80 0.67
4.45
35.60
58.09
90 0.59
3.92
35.58
53.51
95 0.51
3.39
31.33
48.16
99 0.37
2.46
27.09
39.75
综合荒溪指数η值
荒溪类型
山洪泥石流
综合荒溪指数
极端情况下
容重（t/m2）
K=1.0-1.5 K=1.5-2.0
K>2
的冲击力
冲击力强泥石流荒溪
>1.7
7-8 3-10
11-16
15-30
泥石流荒溪
1.5-1.7
5-6 6-7
7-11
11-15
高含沙山洪荒溪
1.1-1.5
2-3 3-4
4-5
7-10
一般山洪荒溪
1.05-1.1
1-1.05 1.05-1.1
1.1-1.15
3-5
2.4泥石年流淤积量（Wcp）计算，列表
泥石流淤积量计算采用侵蚀模数法，根据对流域综合情况的判断，给出林地和坡耕地的侵蚀模数，给出输移比，结合侵蚀物容重和不同地类面积计算
Wcp。
参考林地侵蚀模数为：
1000t/km2·a，坡耕地侵蚀模数为：
8000t/
km2·a。
Wcp=A林W林α1+A坡W坡α2
式中Wcp—泥石流淤积量，t/a
A林—林地面积，km2
A坡—坡耕地面积，km2
W林—林地侵蚀模数，为1000t/（km2·a）
W坡—坡耕地侵蚀模数，为8000t/（km2·a）
α1,α2—输移比，取0.4
Wcp=A林W林α1+A坡W坡α2
=4.08km2×68%×1000t/（km2·a）×0.4+4.08km2×32%×8000t/（km2·a）
×0.4
=1109.76t/a+4177.92t/a
=5287.68t/a
泥石流年淤积数量统计表
流域面积
占地比例
面积
侵蚀模数
Wcp（t/a
t/（km2·a
输移比
（km2）
（%）
（km2） ）
）
林地 4.08
68
2.77
1000
0.4
1109.76
坡耕地 4.08
32
1.31
8000
0.4
4177.92
合计
4.08
5287.68
第三章拦砂坝设计
3.1坝址选择
坝址选择的原则如下：
1）.地质条件 坝址附近应无大断裂通过，坝址处无滑坡、崩塌，岸坡稳定性好，沟床有基岩出露，或基岩埋深较浅，坝址为硬性岩或密实的老沉积物。
2）.地形条件 坝址处沟谷狭窄，坝上游沟谷开阔，沟床纵坡较缓，建坝后能形成较大的拦淤库容。
3）.建筑材料 坝址附近有充分的或比较充足的石料、砂等当地建筑材料。
4）.施工条件 坝址离公路较近，从公路到坝址的施工便道易修筑，附近有布置施工场地的地形，有可供施工使用的水源等。
与防治工程总体布置协调 如与上游的谷坊或拦砂坝、下游拦砂坝或排导槽能合理的衔接。
5）.满足拦砂坝本身的设计要求 如以拦沙为主的坝，坝址应尽量选在
“肚大口小”的沟段；以拦淤反压滑坡为主的坝，应尽量靠近滑坡。
6）.有较好的综合效益 如拦砂坝既能拦砂，又能稳坡，一坝多用
3.2坝型选择
选用浆砌石重力坝。
它的作用原理是，坝前作用的泥沙压力、冲击力、水压力等水平推力，通过坝体传递到坝的基础上。
坝的稳定，主要是坝体的质量在坝基础面上产生的摩擦力大于水平推力的原因。
3.3坝的设计：
（一）初步拟定断面尺寸，并绘制断面图；
（二）溢流口水力计算；（三）稳定性分析；（四）坝下消能设计，并绘图。
3.3.1初步拟定断面尺寸
浆砌石坝断面轮廓尺寸设计
坝高（m） 坝顶宽度
坝底宽度
坝坡
（m）
（m）
上游
下游
3
1.2
4.2
1:
0.6
1:
0.4
4
1.5
6.3
1:
0.7
1:
0.5
5
2.0
9.0
1:
0.8
1:
0.6
8
2.5
16.9
1:
1
1:
0.8
10
3.0
20.5
1:
1
1:
0.8
单宽流量的确定
工程实践证明对于软弱岩石常取q=20-50m3/（s*m）；中等坚硬的岩石q=100-150m3/（s*m）；特别坚硬的岩石q=20-50m3/（s*m）。
若此拦砂坝设计标准为10年一遇，则
QC=
QB（1+j）×DC
=9.76´（1+2.75）´1.5
=54.9（m3/s
j=gc-1=
gh-gc
2.1-1
2.5-2.1
=2.75（其中g为山洪中固体物质比重[t/m3
一般
h
取2.4-2.7；gc为山洪容重）
3.3.2溢流口水力计算
溢流口形状为梯形；边坡坡度取1:
1
设计洪峰流量QC=Qwp（1+φ）×DC=8.50×（1+1.8）×1.7=40.46m3/s,
式中φ=1.8。
𝛾𝑐‒1
𝜑=
𝛾𝐻‒𝛾𝑐,DC值取1.7
溢流口宽度计算：
取溢流口的单宽流量q=10m3/s, 超高0.5mB=Qc/q=40.46m3/s/10m3/s=4.5m
溢流口高度计算：
h=h0+△h=2.5+0.5=3.5m
溢流口断面图如下图：
3-2（图中单位为mm），见附图2
3.3.3稳定性分析
坝高：
10m，基础埋深：
2m，顶宽：
3m底宽：
18m。
采用砌石砌体筑，砌体容重2.3t／m3.砌体与与坝基之间
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