三)排水沟工程设计.pptx

（一）排水方式（一）排水方式 地势低平、抗洪能力低，排水不畅，每逢暴雨和连续阴雨，易造成洪、涝、渍等自然灾害。无论是消除或减轻洪、涝、渍等自然灾害，改造盐碱、冷浸等低产田，还是农田排水都需要因地制宜地搞好排水工程建设。（一）排水方式（一）排水方式n 1、水平排水。n 2、竖井排水1、水平排水n（1）明沟排水n 适用于以排除降水、灌溉渗水为主的地区 优点：明沟便于开挖，有利于排除地面水，对于降低地下水位和调节土壤水分也有一定的作用，是目前最主要的排水方式。缺点：占地多，土方及建筑物工程量大，影响交通运输和田间机械作业，易于坍塌、淤积、维修费工。1、水平排水n（2）暗管排水特点：排得快，降得快，有利于防止渍涝。与明沟比较，具有不占地、土方工程量小、有利于交通运输和田间机械作业。缺点：一次性基建投资费用较高，且目前仍存在管道淤积的问题，而淤积后清淤困难。2、竖井排水n竖井排水，就是利用浅井抽排潜水。在沙土、粉砂土地区，明沟往往因坍塌淤积，保持不住足够的深度，满足不了除涝治碱的要求，利用竖井排水能够克服这一缺点。对于以降水、灌溉渗水为主的地区，一般应采用水平排水对于地下深层承压水补给潜水的地区，应考虑采用竖井抽水结合明沟排水的方式排水；对于地下水量丰富、水质又宜于灌溉的地区，可结合井灌井排“以灌代排”的方式排水；在采用水平排水的地区，骨干排水沟一般都采用明沟，而田间排水系统，则有的采用暗管，形成明暗结合的排水系统。（二）排水系统的组成（二）排水系统的组成排水系统一般由田间排水网、各级输水沟道、各类建筑物以及容泄区等部分组成。1、田间排水网 一般是指排水系统中末级固定沟（农沟）及其以下的毛沟、墒沟、暗管、鼠道等，它起着汇集农田地面径流、降低地下水位和调节土壤水分的作用。2、各级输水沟道 是指干沟、支沟、斗沟、农沟（也叫大沟、中沟、小沟），其作用是把田间排水网汇集起来的水输送到容泄区去。对于有盐碱或盐碱威胁的地区，还担负着降低地下水位的作用，因此应有必要的深度。（二）排水系统的组成（二）排水系统的组成3、各类建筑物主要是指各级沟道上的桥、涵、闸，抽水站以及上下级沟道的衔接工程等，其作用是保证排水和交通畅通，并调节控制排水区内的水量与地下水位。4、容泄区是指位于排水区以外，容纳排水区排出水量的区域。除海洋、江河、湖泊、洼淀、溪涧等可作承泄区外，有时地下深厚的透水层及岩溶洞也可作为容泄区。（三）排水沟工程设计（三）排水沟工程设计1、排水沟设计流量计算、排水沟设计流量计算u排水模数，又叫排水率，是指在单位时间内从单位面积上排走的地表或地下径流量。其单位是（m3/s）/km2。u排水模数包括排涝模数、排渍模数及改良盐碱地和防止土壤次生盐碱化的排水模数等。u各种设计排水模数应根据当地邻近地区的实际观测资料选定。在无实测资料时，可按设计要求用公式计算。u排水沟设计流量按所采用的排水模数不同，可分为排涝设计流量（最大设计流量）和排渍设计流量（日常设计流量）。（三）排水沟工程设计（三）排水沟工程设计（1）排涝设计流量（最大设计流量）排涝设计流量为：Q涝涝=q涝涝F式中Q涝涝排涝设计流量，m3/s；q涝涝排涝模数，（m3/s）/km2；F排涝面积，km2；设计排涝模数主要与设计暴雨历时、强度和频率、排涝面积、排水区形状、地面坡度、植被条件、农作物组成、土壤性质、地下水埋深、河网和湖泊的调蓄能力、排水沟网分布情况和排水沟底比降等因素有关。（三）排水沟工程设计（三）排水沟工程设计（1）排涝设计流量（最大设计流量）经验公式法：适用于平原区设计排涝模数计算：q=KRmAn式中K 综合系数（反映降雨历时、流域形状、排水沟网密度、沟底比降等因素）；R设计暴雨产生的径流深(径流深是指在某一时段内通过河流上指定断面的径流总量（m3）除以该断面以上的流域面积（km2）所得的值。它相当于该时段内平均分布于该面积上的水深（mm）)，mm；A设计控制的排水面积，km2；m峰量指数（反映洪峰与洪量关系）；n递减指数（反映排涝模数与面积关系）。K、m、n应根据具体情况，经实地试验确定。目前各地区或流域机构，根据大量实测资料，分析确定了适用于一定暴雨历时和流域面积的K、m、n等参数，使用时可从当地水文手册中查找。（三）排水沟工程设计（三）排水沟工程设计径流深R值：与暴雨强度、暴雨前土壤含水量及地下水埋深有关。目前各地区多采用本次雨量与前期影响雨量之和（P+Pa）与径流深建立关系，绘制（P+Pa）R关系曲线，使用时可从当地水文手册中查找。图921为某地区径流深与降雨量关系曲线。（三）排水沟工程设计（三）排水沟工程设计平均排除法这种方法就是按排水面积上的设计径流深在规定排水时间内平均排除的要求计算排涝模数，其计算公式为：式中qp排涝模数，（m3/s）/km2；R设计径流深，mm；T规定的排水天数，d，干旱田地区，T=1.53d，水田地区，T=35d；t每天排水时间，h，自流排水，t=24h，抽水排水，t=2022h。适用于平原地区控制面积较小的排水沟道的设计。对具有一定的调蓄能力的河网地区，也可用于干、支沟道的设计。（三）排水沟工程设计（三）排水沟工程设计径流深R的计算n旱田地区：旱田地区设计径流深，可由水文手册中（P+Pa）R关系曲线直接查得，也可用下式计算R=aP式中a径流系数；P设计暴雨量，mm。（三）排水沟工程设计（三）排水沟工程设计径流深R的计算n水田地区水田地区：水田地区设计径流深，可用下式计算R=PHEf式中P设计降雨量，mm；H水田滞蓄水深，mm，根据当地调查资料确定；E历时为t的水田蒸发量,mm,E=E0T（其中E0为水面蒸发强度，一般采用45mm/d，为系数，其值可根据当地实验资料确定）；f历时为t的水田渗漏量，mm,f=KT（其中K为渗漏强度，可根据当地实测或调查资料确定，无资料时，可参考下列数值选用：砂土58mm/d；壤土2.55mm/d，粘土0.82.5mm/d）。（三）排水沟工程设计（三）排水沟工程设计径流深R的计算n圩垸地区圩垸地区R=R水+R旱+R沟+R堤+R闸S沟R水水田产水量折算到总排水面积上的径流深，mm，R旱旱田产水量折算到总排水面积上的径流深，mm，R沟沟塘产水量折算到总排水面积上的径流深，mm，R堤圩堤外渗入圩堤内的水量折算到总排水面积上的径流深，mm；R闸套闸开启时的进水量折算到总排水面积上的径流深，mm；S沟沟塘滞蓄水层深度，mm，（三）排水沟工程设计（三）排水沟工程设计n平原区旱地和水田综合设计排涝模数：qp=（qbAd+qwAw）/（Ad+Aw）式中qp综合设计排涝模数，（m3/s）/km2；qw水田排涝模数，（m3/s）/km2；qd旱地排涝模数，（m3/s）/km2；Ad旱地面积，km2；Aw水田面积，km2；（三）排水沟工程设计（三）排水沟工程设计（2）排渍设计流量（日常设计流量）排渍设计流量为：Q渍q渍F式中Q渍排渍设计流量，m3/s；q渍排渍模数，（m3/s）/km2；F排渍面积，km2；（三）排水沟工程设计（三）排水沟工程设计排渍设计一般考虑降雨成渍情况，降雨成渍的排渍模数 q渍Pa/（86.4T）a=110H（）/（P）式中q渍排水模数，（m3/s）/km2；P设计暴雨量，mm，取三日暴雨值；吸水系数，=1；径流系数，%；a渗漏排水系数；系数，修正渗入排水沟的昼夜降雨量径流的加速度；t排水历时，取57d；H设计排渍深度，m；土壤最大持水率，%；土体自然持水率，%。（三）排水沟工程设计（三）排水沟工程设计2、排涝沟道的设计水位、排涝沟道的设计水位 排涝沟道的设计水位，既要使沟道在暴雨时能够及时宣泄排涝设计流量，保证不因沥水的积存而造成涝灾；又要使沟道能够降低和控制地下水位，满足防渍、防碱和治碱等要求。（三）排水沟工程设计（三）排水沟工程设计（1）日常水位 日常水位是指排水沟平时经常保持的水位。在平原地区主要决定于防渍、防碱、治碱所要求控制的地下水位。为了控制农田地下水位，末级固定排水沟（一般为农沟）的日常水位，应低于农田要求控制的地下水位0.20.3m，以使农田的地下水能向排水沟中渗流。（三）排水沟工程设计（三）排水沟工程设计各级排水沟平面布置与水位衔接示意图（三）排水沟工程设计（三）排水沟工程设计Z日常=A0D农LiZ式中Z日常排水干沟沟口的日常水位，m；A0 离干沟沟口最远处低洼地面高程，m；D农农沟日常水面离地面距离，m；L 斗、支、干各级沟道的计算长度，m；i 各级沟道的水面比降；Z 各级沟道局部水头损失，m，一般过涵闸水头损失取0.050.1m，上、下级沟道的衔接落差一般取0.10.2m。（三）排水沟工程设计（三）排水沟工程设计（2）最高水位 是排水沟宣泄排涝设计流量（或满足滞涝要求）时的水位。a.自流排水 一般要求离干沟出口最远处低洼农田农沟的排涝水位低于地面0.20.3m，最高可与地面相平，以利地面径流的汇集。Z最高=A0hLiZ 式中：Z最高排水干沟沟口的最高水位，m；h 离干沟出口最远处低洼农田农沟排涝水位低于地面的高差，m，一般取0.20.3m。推算得出的干沟出口处最高水位，应比外河设计洪水位高或与之相平，以保证排水通畅。（三）排水沟工程设计（三）排水沟工程设计 如果干沟出口处最高水位低于外河设计洪水位，则应调整各级沟道的比降。如果外河设计洪水位稍高于干沟沟口的最高水位而又希望自流排水，干沟水位势必因外河水位顶托而产生壅水(因水流受阻而产生的水位升高现象)现象，这时干沟的最高水位应按壅水水位线设计，沟道水位高出地面时，两岸需筑堤束水，形成半挖半填的沟道。至于外河设计洪水位则由地区防洪规划确定，在设计排水沟时，必须搜集此数据。（三）排水沟工程设计（三）排水沟工程设计 图 排水出口壅水时半挖半填排水沟示意图b.抽水站提排 当外河水位很高，长期顶托使干沟不能自流外排，降雨后形成的沥涝水主要靠抽水站提排。（三）排水沟工程设计（三）排水沟工程设计3、排水沟横断面设计 当自流排水时，横断面设计可应用均匀流公式计算，即当非自流排水时（即在外河水位顶托发生壅水现象的情况下），需按稳定非均匀流公式，推算沟道水面线，由此确定沟道断面及两岸堤顶高程等。（三）排水沟工程设计（三）排水沟工程设计4、排水沟纵断面设计排水沟纵断面根据沿沟的地形条件、排水沟水位推算结果和横断面设计成果进行水位衔接设计，以保证沿程排水畅通。纵断面设计时，各级沟道的沟底应满足下列要求：下级沟道的沟底不得高于上级沟道的沟底；上、下级沟道在通过日常流量时的水位衔接应有一定的落差，一般可取0.10.2m；上、下级沟道在通过排涝设计流量时允许短时壅水，但沟道应尽可能比两岸地面低0.20.3m。（四）（四）排水暗管工程设计排水暗管工程设计农田暗管排水系统是埋设在地面以下一定深度的封闭的暗式排水设施。特点：特点：排得快，降得深。优点：优点：具有土方工程量小，地面建筑物少，占地面积少，有利于交通和田间机耕作业，并可避免明沟易于坍塌，沟深不易保持的缺陷。在盐碱土地区，还有利于土壤脱盐，排盐效果也较好。在自然地形许可的地区，可自流排水，节省能源。缺点：缺点：施工质量要求较高，要及时处理暗管淤积和堵塞问题。（四）（四）排水暗管工程设计排水暗管工程设计1、系统的组成、系统的组成完整的暗管排水系统：一般由干、支、斗、农等各级沟道、吸水管、集水管、闸阀、排水出口控制建筑物、排水井、集水井、检修井、通气孔，以及抽水泵站或排水闸、容泄区等组成（四）（四）排水暗管工程设计排水暗管工程设计2、排水暗管布置、排水暗管布置（1）单级暗管排水系统在田间埋设一系列等间距平行的单级排水暗管，叫做吸水管（都有出水口），吸水管末端直接排水入明沟。其特点是布局简单，投资较少，便于检查维护。图926单级暗管排水系统布置示意图（四）（四）排水暗管工程设计排水暗管工程设计（2）复式暗管排水系统复式暗管排水系统是指田间吸水管、集水管均为暗管，即两级或两级以上的暗管排水系统。其特点是提高耕地利用率，便于机耕作业，但布局复杂，需要增建检查井等交叉建筑物，投资较大。吸水管一端距离灌溉渠道35m，以防止渠道水渗入暗管漏失。为便于排水，暗管纵坡采用0.1%0.2%，管端封闭，防止淤塞。（四）（四）排水暗管工程设计排水暗管工程设计3、排水管道附件、排水管道附件（1）管道联接件管道间联接，需要套管、弯头、三通、四通等，可用来直接与排水管联接。（2）检查井与沉砂井 检查井。为防止管道堵塞，或遭到堵塞后便于清洗维修，便于运行检查，需设置检查井。它最好用标准的装配式混凝土构件修建。沉砂井。当采用地下暗管排除地面水时，应设置沉砂井，井口要有格栅拦污。（3）滤料常用的滤料有：砾石及其他粒状矿物材料；纤维织物与苇席；植物秸杆与纤维。应注意就地取材，减少运输费用。（四）（四）排水暗管工程设计排水暗管工程设计4、暗管出口控制建筑物、暗管出口控制建筑物在暗管出口处应设控制建筑物，以便按作物的要求调控地下水位和农田土壤水分状况。在稻麦轮作地区由于麦、稻的排水要求各不相同，尤有必要。目前各地采用的控制建筑物有插板、管口塞、塑料球、控制阀等。（四）（四）排水暗管工程设计排水暗管工程设计5、排水暗管埋深与间距的确定、排水暗管埋深与间距的确定（1）吸水管埋深应采用允许排水历时内要求达到的地下水位埋深与剩余水头之和，剩余水头值可取0.2m左右。季节性冻土地区，还应满足防止管道冻裂的要求。（2）吸水管间距宜通过田间试验确定，也可按GB502881999中的附件K所列公式进行计算，经综合分析确定。无试验资料时，可按下表确定。表吸水管埋深和间距（3）集水管埋深应低于集水管与吸水管连接处的吸水管埋深1020cm，间距应根据灌溉排水系统平面布置的要求确定。（四）（四）排水暗管工程设计排水暗管工程设计6、排水暗管设计流量计算及平均流速计算、排水暗管设计流量计算及平均流速计算（1）排水暗管的设计流量可按下式计算确定 Q=CqA式中 Q排水暗管设计流量，m3/d；C排水流量折减系数，可从下表查得；q地下水排水强度，m/d，取值见GB502881999中附录L；A排水暗管控制面积，m2。（四）（四）排水暗管工程设计排水暗管工程设计（2）圆形吸水管或集水管平均流速可按下式计算确定。式中V圆形吸水管或集水管平均流速，m/s；与管内水的充盈度a有关的系数，可从下表查得；i排水管道的比降。表系数和管道设计时，可根据管的内径d值选取充盈度a值：当d200mm时，取a=0.8。（四）（四）排水暗管工程设计排水暗管工程设计7、吸水管和集水管的内径、吸水管和集水管的内径式中d1吸水管内径，m；d2集水管内径，m；n管的内壁糙率，可从下表查得；与管内水的充盈度a有关的系数，可从上表查得；i管的水力比降，可采用管线的比降。吸水管实际选用的内径不得小于50mm，集水管实际选用的内径不得小于80mm。吸水管宜采用同一内径，集水管可根据汇流情况分段采用不同内径。非圆形吸水管或集水管可按其断面积折算成圆形，实际采用的非圆形断面积应分别折 算断面积的1.5倍和1.3倍左右，并据此进行水力计算。表 排水管内壁糙率（四）（四）排水暗管工程设计排水暗管工程设计8、排水管道的比降、排水管道的比降i应满足管内最小流速不低于应满足管内最小流速不低于0.3m/s的要求的要求管内径d100mm时，i可取1/3001/600；d100mm时，i可取1/10001/1500。地形平坦地区吸水管首、末端高差不宜大于0.4m。（四）（四）排水暗管工程设计排水暗管工程设计9、吸水管周围应设置外包滤料，其设计应符合下列规定、吸水管周围应设置外包滤料，其设计应符合下列规定（1）外包滤料的渗透系数应比周围土壤大10倍以上。（2）外包滤料宜就地取材，选用耐酸、耐碱、不易腐烂、对农作物无害、不污染环境、方便施工的透水材料。（3）外包滤料的厚度可根据当地实践经验选取。散铺外包滤料的压实厚度，在土壤淤积倾向较重的地区，不宜小于8cm；在土壤淤积倾向较轻的地区，宜为46cm；在土壤无淤积倾向的地区，可小于4cm。（4）散铺外包滤料的粒径级配可根据土壤有效粒径d60按照下表的规定确定。（四）（四）排水暗管工程设计排水暗管工程设计表 土壤有效粒径与外包滤料粒径级配关系注：土壤有效粒径为土壤粒径级配曲线上相应于过筛累计百分数为60的土壤粒径，外包滤料粒径dn为外包滤料级配曲线上相应于过滤累计百分数为n%的滤料粒径。（5）各种化纤外包滤料的厚度和滤水防沙性能应通过试验确定。第四节农村道路工程设计第四节农村道路工程设计一、路线设计一、路线设计二、路基设计二、路基设计三、路面设计三、路面设计一、路线设计一、路线设计1、道路技术指标的确定在道路设计中，可以交通量为基础来确定道路的工程标准及其需要达到的技术指标。在计算交通量时，应考虑满足旺季交通量的要求。一般可按下式计算：式中A交通量（辆/昼夜）；N一定时段内的平均总货运量（t）；d汽车运输期（天）；P每辆汽车平均载重量（t）一、路线设计一、路线设计2、道路平曲线半径 平曲线半径越大，平曲线弯道越平缓，通行就越方便。农村主干道路，一般可按四级公路的标准设计。农村拖拉机道路由于行驶速度低，在平原微丘区平曲线半径可以小于以上数值，采用20m。一、路线设计一、路线设计3、平曲线超高与加宽在道路转变道设计时，必须把道路外侧填高，形成单向坡，使曲线内侧的路肩边低于外侧，内、外侧之间成为一个斜坡，这个坡度称为超高坡度。简称为超高。超高的横坡度按计算行车速度，半径大小，结合路面种类、自然条件等情况确定。农村主干道路超高坡度通常采用2%、4%和6%三级。其适应范围可参考表937。一、路线设计一、路线设计当平曲线半径等于或小于250m时，应在平曲线内侧加宽。双车道路面的加宽值规定如表938，单车道路面加宽值按表列数值折半。4、道路纵坡沿道路中线高低变化的坡度叫道路纵坡。常用百分数表示。如纵坡5%。四级公路在平原微丘区应不超过6%，在山岭重丘区不超过9%。农村主干道路的最大纵坡为8%；个别大的纵坡，以不超过11%为宜，在冬季路面经常结冰，泥泞或畜力较弱的地区，最大纵坡最好不要超过6%。二、路基设计二、路基设计路基是指按照路线位置和一定技术要求修筑的作为路面基础的带状构造物，是道路的基础。通常把堆填起来的路基称路堤，把挖成的路基称路堑。二、路基设计二、路基设计二、路基设计二、路基设计1、基本要求根据使用要求和当地自然条件（1）具有合理的断面形式和尺寸（2）具有足够的强度（3）具有足够的整体稳定性（4）具有足够的水温稳定性（5）要经济合理如：影响路基强度和稳定的地面水和地下水，必须采取拦截或排出路基以外的措施。设计排水设施时，应保证水流排泄畅通，并结合附近农田排灌，综合考虑。修筑路基取土和弃土时，应尽量将取土坑、弃土堆平整成可耕地和减少弃土侵占耕地，防止水土流失和淤塞河道。二、路基设计二、路基设计2、路基宽度道路的横断面一般由行车道（即行车路面）、路肩和路沟等几部分组成。行车道是指铺筑在道路路基上供车辆行驶的结构层，具有承受车辆重量，抵抗车辆磨损和保持道路表面平整的作用。路肩是道路两边没有铺筑路面的部分，用作路面的侧向支承和行车停歇的地带。路沟是道路的排水沟。路基宽度为行车道与路肩宽度之和。路基的一般宽度是：干道68m，支道46m；田间道34m，生产路12m。二、路基设计二、路基设计3、路基高度路基高度的设计，应使路肩边缘高出路基两侧地面积水高度，同时要考虑地下水，毛细管水和冰的作用，不致影响路基的强度和稳定。路基设计标高，一般为路基边缘高度。沿河及受水浸淹的路基高度，一般高出洪水频率计算水位0.5m以上。路基通过平原地区或潮湿耕地时，应设置有一定高度的填方路基以避免挖方路基，填方高度按不同的土壤种类在0.30.8m之间选定。二、路基设计二、路基设计4、路基压实路基应有足够的压实度，以保证路基和路面具有必要的稳定性。当路基修竣即铺筑路面时，路基应予压实，压实度随路面等级及路基填挖类别而异。中、低级路面的压实度应符合下表的要求。二、路基设计二、路基设计5、路基边坡路基边坡应根据当地自然条件、土石种类及其结构、边坡高度和施工方法等确定。u路堤边坡坡度，当路堤基底的情况良好时，自然边坡可采用1:1。路堤受水浸淹部分的边坡应采用12；并应视水流等情况采取边坡加固及防护措施。用大于25cm的石块填筑路堤，边坡采用浆砌时，且其边坡高度小于1米时，可直立。u路堑边坡坡度，当地质条件良好且土质均匀时，可参照表942，943所列数值范围，结合已成公路的实践经验采用。二、路基设计二、路基设计密实：孔隙比e0.70。二、路基设计二、路基设计6、护坡道当路肩边缘与取土坑底的高差小于或等于2m时，取土坑内侧坡顶可与路堤坡脚径相衔接，并采用路堤边坡坡度；当高差大于2m时，应设置宽1m的护坡道；当高差大于6m时，设置宽2m的护坡道。在地质和排水条件良好或经济作物、高产田等地段，若采取一定措施足以保证路堤稳定时，可不设护坡道。7、路基排水设计道路应根据沿线的降水与地质水文等具体情况，设置必要的地面排水、地下排水、路基边坡排水等设施，如边沟、排水沟、截水沟和盲沟等。这些排水设施应与沿线桥涵配合形成良好的排水系统，以保证路基、边坡的稳定。三、路面设计三、路面设计三、路面设计三、路面设计路面结构：单层，在路基上只铺一层的称为单层结构 多层，在路基上铺一层以上的叫多层结构。多层结构：面层保护层、磨耗层（必须具有足够的强度、粘结力和稳定性）承重层（承受垂直荷重）；底层基层 垫层在实际工作中，各结构层的作用是不能机械划分的，各层次的概念也不是一成不变的。如用沥青表面处理就能同时起磨耗层及保护层的作用；炉渣基层也可以起到垫层排水的作用。在干燥地带的路面，不设置专门的垫层时，基层也就是底层，泥结碎石层既是承重层又是基层。三、路面设计三、路面设计2、路拱从道路路面两端向中间逐渐拱起的部分称为路拱。路拱坡度的决定，应以有利于路面排水和保证行车平稳为原则，根据路面种类和当地自然条件，按表944规定的数值采用。土路肩的横向坡度一般应较路面横向坡度大1%2。三、路面设计三、路面设计 3、路 面 结构 层 厚 度 设 计路面种类说明厚度（cm）土路面亚砂土或亚粘土15粒料改善土路面及砾石路面1、岩石基础或砂土基础2、排水好的路段或通行车辆不多的路段3、地势低洼排水不好或车辆较多4、一般情况6781013151013卵石路面卵石下需设68cm的砂或砾石层1012路基情况结构层类型行车密度挖方填方低填方路基软弱段备注100辆/昼夜上层610555路基特别软弱中地下水影响较大的路段应另行设计下层1010151015块石基础2030100500辆/昼夜上层5565656下层710101512201520块石基础2030n第五节农田生态防护林工程设计第五节农田生态防护林工程设计一、一、林带结构林带结构选定选定二、二、林带宽度林带宽度三、三、树种选择树种选择和搭配和搭配一、林带结构选定一、林带结构选定一、林带结构选定一、林带结构选定林带结构是造林类型、宽度、密度、层次和断面形状的综合体。林带透风系数林带背风面林缘1m处的带高范围内平均风速与旷野的相应高度范围内平均风速之比。林带结构 紧密型结构(透风系数0.35)疏透型(0.35透风系数0.60)。一、林带结构选定一、林带结构选定一、林带结构选定一、林带结构选定(1)紧密型结构是一种多行的相当宽的林带，由三层树冠组成，上下层都很紧密，外观上不透光，中等风速(34米/秒)透风很少。(2)疏透型结构是由三层树冠组成的不太宽的林带，从林带外观上可以见到比较均匀的空隙。在网格内风速降低的状况比较均匀，在18倍树高范围内，防风总效果比较大。该结构适宜于风害较为严重地区的农田防护林带采用。(3)透风型结构是一种不太宽的、没有下木的林带，上层树冠较密，下部有很大的空隙，透风力强。林内风速加大、阻拦作用小，防风作用也小，最小风速区位置距林带远，防护范围延伸较远。风害较轻地区的防护林可以采用该种结构。一、林带结构选定一、林带结构选定新疆实验：稀疏结构林带（0.3左右）防风效果最好，可使林带背风面林高20倍范围内，平均降低风速4050%；通风结构林带（0.5左右）可使林带背风面林高20倍范围内，平均降低风速3441%；透风系数0.7以上，在上述范围内的仅平均降低20%左右。紧密结构林带，可使林带背风面林高20倍范围内，平均降低风速2539%；二、林带宽度二、林带宽度林带的宽度是影响林带透风性的主要因子，林带越宽，密度越大，其透风性越小，否则相反。过宽时，透风结构的林带也将随之转化为稀疏的以至紧密的防风效应，从而影响有效防护距离和防风效率。林带的适宜宽度的确定，必须建立在防风效率与占地比率统一的基础上。林带的防护效果最终以综合防风效能值来表示，它是有效防护距离和平均防风效率之积的算术值。综合防风效能值高，说明宽度适宜，防护作用大，反之，防护作用则低。二、林带宽度二、林带宽度据调查，一般林带占地比率为4%6。一般来说农田防护林以采用59行树木组成的窄林带为宜。林带宽度可按下式计算：林带宽度（植树行数1）行距2倍由田边到林缘的距离二、林带宽度二、林带宽度u行距一般为1.5m，由田边到林缘的距离一般为12m。江苏省沿海一些农场林带宽度多采用主林带为1520m，副林带1020m。从林带的横断面来看，对于疏透结构林带来说，最好的断面形状为矩形。三、树种选择和搭配三、树种选择和搭配u树种选择适宜与否影响到树木正常的生长发育，树种的搭配则影响林带的结构。选择树种主要考虑气候和土壤等因素，不同的树种适应不同的气候条件。要根据不同树种以至品种的差异，以及适地适树的原则来进行选择。要注意采用速生快长、优质、枝干抗弯枝叶防风的乔木为主的树种，同时，经济林与用材林、常绿树与落叶树、乔木与灌木要互相搭配。这样既能防风护田，又能美化环境。n第六节生态环境保持工程设计第六节生态环境保持工程设计一、治坡工程设计一、治坡工程设计二、治沟工程设计二、治沟工程设计三、治滩工程设计三、治滩工程设计四、防护草措施设计四、防护草措施设计一、治坡工程设计一、治坡工程设计（一）鱼鳞坑及水簸箕工程鱼鳞坑要沿等高线自上而下地挖成月牙形。挖坑时，先将表土刮向两侧，然后把心土刨向下方，围成弧形土埂，埂高0.30.4m，埂宽0.3m，埂要踏实，坑距上下、左右各1.01.5m。坑的多少和大小，要按当地径流量多少和林木需水量的要求来确定。为避免被水冲毁坑埂，坑的两边留有排水口。在较缓的坡地、集水凹地布置水簸箕，水簸箕的大小和间距根据集水面积、地面坡度等确定。（二）坡地蓄水工程设计坡地蓄水工程设计，主要是指对截水沟、蓄水池、水窖等工程设施的安排与设计。1、截水沟工程设计截水沟工程设计须考虑以下几点：一、治坡工程设计一、治坡工程设计（1）第一道沟埂距沟头的距离，应根据土质好坏，坡度大小而定，一般要离开沟头1020m。（2）沟埂的长、宽、深尺寸，要根据集水面积内设计日暴雨径流量来确定，使工程蓄水量与设计径流量相等。（980）（3）沟埂内外边坡一般为11，顶宽0.3m。在两埂中间的沟内，每隔5m加一土档，土档高度应比蓄水面低510cm，以便分段拦蓄并排走多余的径流。沟埂两头应设有溢水口，以排除过多之水，溢水口要用草皮、砌石保护。在沟埂边坡及埂间，植树种草，以增加收益保护沟埂的安全。一、治坡工程设计一、治坡工程设计（4）截水沟断面设计u每道截水沟的容量（V）按下式计算：V=VW+Vs式中V截水沟容量，m3；VW一次暴雨径流量，m3；VW=MWF Vs13年土壤侵蚀量，m3。VS=3MSF F截水沟的集水面积，hm2；MW一次暴雨径流模数，m3/hm2；Ms一年土壤侵蚀模数，m3/hm2。一、治坡工程设计一、治坡工程设计u截水沟断面面积（A1）：A1=V/L 式中A1截水沟断面面积，m2；L截水沟长度，m。截水沟由半挖半填作成梯形断面，其断面要素的常用数值见下表一、治坡工程设计一、治坡工程设计2、蓄水池工程设计（1）蓄水池容量设计蓄水池总容量按下式计算：V=K（VW+VS）式中V蓄水池容量，m3；VW设计频率暴雨径流量，m3；Vs设计清淤年（n年）累计泥沙淤积量，m3；K安全系数，取1.21.3。（2）蓄水池主要建筑物设计 池体设计。根据当地地形和总容量V，因地制宜地分别确定池的形状、面积、深度和周边角度。一、治坡工程设计一、治坡工程设计进水口和溢洪口设计。石料衬砌的蓄水池，衬砌中应专设进水口与溢洪口；土质蓄水池的进水口和溢洪口，应进行石料衬砌。一般口宽4060cm，深3040cm，并用矩形宽顶堰流量公式校核过水断面。引水渠设计。当蓄水池进口不是直接与坡面排水渠终端相连时，应布设引水渠，其断面与比降设计可参照坡面排水沟的要求执行。一、治坡工程设计一、治坡工程设计3、水窖工程设计水窖分井式水窖和窑式水窖两类。（1）井式水窖设计窖体由窖筒、旱窖、水窖三部分组成，见图932，各部尺寸如下：一、治坡工程设计一、治坡工程设计窖筒（上接地面窖口，供取水用）：直径0.60.7m，深1.52m。旱窖（不蓄水部分）：上部与窖筒相连，深23m。直径向下逐步放大，到散盘处直径34m。水窖（蓄水部分）：深35m，从散盘处向下，直径逐步缩小，到底部直径23m。地面部分由窖口、沉沙池、进水管三部分组成，各部尺寸如下：窖口：直径0.60.7m，用砖或石砌成，高出地面0.30.5m。沉沙池：位于来水方向路旁，距窖口46m。池体成矩形，长23m，宽12m，深1.01.5m。四周坡比11。进水管：圆形，直径0.20.3m，在沉沙池从地表向下深约2/3处，以11坡度向下与旱窖相连。一、治坡工程设计一、治坡工程设计（2）窑式水窖设计窖体由水窑、窑顶、窑门三部分组成，其断面结构见图933，各部尺寸如下：a.水窑（蓄水部分）：深34m，长810m，断面为上宽下窄的梯形，上部宽34m，两侧坡比为81。b.窑顶（不蓄水部分）：长度与水窑一致，半圆拱形断面，直径34m，与水窑上部宽度一致（有的窑式水窖在窑顶中部留圆形取水井筒，直径0.60.7m，深度随崖坎高度而异，从窑顶上通地面取水口）。一、治坡工程设计一、治坡工程设计c.窑门：下部梯形断面，尺寸与水窑部分一致，由浆砌料石制成，厚0.60.8m，密封不漏水。在离地面约0.5m处埋一水管，外装龙头，可自由放水。上部半圆形断面，尺寸与窑顶部分一致，由木板（或其他材料）作成。木板中都有可以开关的1.0m1.5m的小门。地面部分由取水口、沉沙地、进水管三部分组成，可参照井式水窖的设计，沉沙池的尺寸应根据来水量适当放大。二、治沟工程设计二、治沟工程设计（一）沟头防护工程沟头防护工程，主要包括：修筑土埝、树桩埝、截水沟埂及造林护沟等。（二）谷坊坝工程谷坊坝的种类很多，有土谷坊、石谷坊、生物谷坊等，应本着因地制宜的原则选定。修建时要自上而下，小多成群，分散水势，节节拦蓄。可以先确定高度再求谷坊坝间距；也可以先确定谷坊坝位置，再由谷坊坝间距求谷坊高度。谷坊坝的高度一般5m。1、谷坊坝高度的确定谷坊坝的高度一般根据所用材料而定，以能承受水和泥沙的压力，而不至造成破坏为原则。二、治沟工程设计二、治沟工程设计式中h谷坊坝的有效高度，m；H1沟口处高程，m；H2沟头高程，m；M谷坊坝座数。二、治沟工程设计二、治沟工程设计2、谷坊坝间距的确定两个谷坊坝的间距可由下式计算：式中L谷坊坝的间距，m；h谷坊坝的有效高度，m；i原沟比降。3、谷坊坝座数的确定 二、治沟工程设计二、治沟工程设计（三）淤地坝工程设计1、坝址选择坝址要符合下列条件：（1）地形要求选在口小、肚大、沟道缓、淤地多的岔口，湾道的下方或跌水的上方，坝址两端坡面不能有沟道或集流槽。（2）溢洪道要布置在有岩石层、砂礓层或红土层处，不要选在泉眼或地下水丰富的地方，更不能选在塌方处。（3）坝址附近要有足够的土、石料，并且取料方便，以节省投资。（4）为使坝地不断扩大，应考虑加高条件，如上下坝间距、村庄道路、淹没损失等情况。二、治沟工程设计二、治沟工程设计2、库容计算淤地坝库容一般采用实测法或简易公式法求得。（1）实测断面法在库容范围内，自下而上，测量与水深相适应的若干有代表性的沟道断面，按相邻的两断面分别计算各段库容，而后把各段的库容加起来，即总库容，其计算公式如下：二、治沟工程设计二、治沟工程设计（2）简易公式法当坝高确定后，库容按下式计算：W=C（D+2d）H 2/i式中W平坝水深时的库容，m3；D库容最大水面宽度，m；d沟床平均宽度，m；H平坝时水深，m；i沟床平均比降；C沟谷断面类型系数，见下表。二、治沟工程设计二、治沟工程设计3、坝高确定淤地坝的主要目的是拦泥淤地，其次为蓄水灌溉。淤地坝坝身土料要求以均质土为主，土石山区可用土石混建，如粘土成分较多，其成分占50%以上时，要掺细沙，以免裂缝漏水。设计坝高拦泥坝高滞洪坝高安全坝高（1）拦泥坝高计算：拦泥库容需要的坝高为拦泥坝高，10m以下的淤地坝以2年的淤积量为准，10m以上的淤地坝以24年的淤积量为准。二、治沟工程设计二、治沟工程设计年来泥沙量计算：式中W年来泥沙量，m3；F侵蚀面积，m2；M多年平均侵蚀模数，t/（km2a）；r泥沙容重，t/m3。总来泥沙量计算：W总WT式中W总总来泥沙量，m3；W 年来泥沙量，m3；T 规定淤积时间，a。然后以W总在坝高库容曲线上查得拦泥坝高。二、治沟工程设计二、治沟工程设计（2）滞洪坝高计算：滞洪水深所需要的坝高为滞洪坝高。一般流域面积在2km2以内的，滞洪水深0.51.0m；2km2以上的，水深1.02.0m。根据滞洪坝高加拦泥坝高，从坝高库容曲线上查得的库容，减去拦泥库容即得滞洪库容。（3）安全坝高确定：根据实验经验，坝高在10m以下，安全坝高0.51.0m；坝高1020m，安全坝高1.01.5m。二、治沟工程设计二、治沟工程设计4、淤地面积淤地面积可用下式计算：A=0.5（D+2d）H/i式中A淤地面积，m2；D最大水面宽，m；d河床平均宽，m；H平坝时水深，m；i沟床比降。5、坝体断面确定二、治沟工程设计二、治沟工程设计6、反滤层设计淤地坝需要设反滤层，以排出坝体和坝基的渗透水，避免塌坝的危险。反滤层是在下游坡脚修的排水设备。反滤层所用材料为粗沙、石子、块石。反滤层尺寸，其高度一般为坝高的1/51/10。反滤层形式主要有以下两种：（1）棱式反滤层。其断面见下图，其尺寸材料，列下表。二、治沟工程设计二、治沟工程设计二、治沟工程设计二、治沟工程设计（2）斜卧式反滤层。其断面见图936，其尺寸材料，见表954。二、治沟工程设计二、治沟工程设计（2）斜卧式反滤层。其断面见图936，其尺寸材料，见表954。二、治沟工程设计二、治沟工程设计7、溢洪道设计溢洪道是淤地坝宣泄洪水的建筑物，一般多修在坝一侧的河岸上。溢洪道最大泄洪流量可按高切林法计算：式中qm溢洪道最大泄洪流量，m3/s；Qp设计洪峰流量，m3/s；Wp设计洪水总量，m3；V滞溢洪库容，m3。溢洪道底宽可由下式求得：式中B溢洪道底宽，m；Q最大泄洪流量，m3/s；H溢洪水深，m;M流量系数，M1.331.56。二、治沟工程设计二、治沟工程设计二、治沟工程设计二、治沟工程设计8、泄水涵洞设计淤地坝在流域面积在5km2以上或在有常流水的沟道中修建时，须布设泄水涵洞，以排除坝内清水，便于耕种和再次拦蓄洪水。泄水涵洞主要包括卧管和消力井、涵洞和消力池两部分。三、治滩工程设计三、治滩工程设计三、治滩工程设计三、治滩工程设计治滩工程主要是通过人工垫土、水力冲土等办法来治理河滩地、淤地造田。（一）治滩造田工程设计治滩造田是治河工程的一部分。它通过工程措施，从上而下沿河进行裁弯取直、整治河道、束窄河床，修建顺坝、丁坝、格坝、引洪放淤成田。这样做的好处是：固定河床、束水归槽，削减洪峰，减少泥沙，扩大耕地，增加产量。束窄河道改河治滩成败的关键，在于确定新河道的过洪断面和保证施工质量。治滩造田的设计和施工技术要点是：（1）选定新河道的经济断面，确定新河道的治导线，即整治线。保护河道两岸农田，防止岸坡坍塌；三、治滩工程设计三、治滩工程设计（2）治导线要尽量做到缓和河道弯度，力求顺直，但不宜过于增大河道比降，以防冲刷；（3）平顺河道要充分利用有利地形，靠一边开挖可节省工程量，在不得已