水土保持工程學坡面工程課件

主講:王秀茹教授9/8/20231主講:王秀茹教授8/3/20231水土保持工程學是應用工程之原理，防治山區(qū)、丘陵區(qū)、風沙區(qū)水土流失，保護、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)濟效益和社會效益，建立良好生態(tài)環(huán)境的科學。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)興修目的及其應用條件，可以分為以下4種類型：（1）山坡防護工程；（2）山溝治理工程；（3）山洪排導工程；（4）小型蓄水用水工程。9/8/20232水土保持工程學是應用工程之原理，防治山區(qū)、丘陵區(qū)、風沙區(qū)水土第一部分山坡防護工程

山坡防護工程的作用在于用改變地形的方法防止坡地水土流失，將雨水及雪水就地攔蓄，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壤水分。同時，將未能就地攔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。屬于山坡防護工程的措施有：梯田、攔水溝埂、水平溝、水平階、水簸箕、魚鱗坑、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。9/8/20233第一部分山坡防護工程山坡防護工程的作用一、坡面集水保水工程二、梯田三、山坡固定工程山坡防護工程9/8/20234一、坡面集水保水工程二、梯田三、山坡固定工程山8/3/202一坡面集水保水工程水是農(nóng)業(yè)的命脈,尤其是旱農(nóng)地區(qū),水資源的狀況對旱地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更有著特別重要的意義。集水技術是在干旱地區(qū)充分利用降水資源為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人畜生活用水服務的一種技術措施。本章主要介紹的是集水蓄水工程，包括水窖(又名旱井)、澇池(又名蓄水池)、山邊溝渠工程、魚鱗坑和保水工程技術等。9/8/20235一坡面集水保水工程水是農(nóng)業(yè)的命脈,尤其是旱農(nóng)地1.1.1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9/8/202361.1.1水窖的定義與功能1.1水窖8/3/20236水窖可分為井窖、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)實際情況采用修建單窖、多窖串聯(lián)或并聯(lián)運行使用，以發(fā)揮其調節(jié)用水的功能。1.1.2水窖的類型井窖在黃河中游地區(qū)分布較廣。主要由窖筒、旱窖、散盤、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300～500m3。窯高2m以上，窖長6～25m。上寬2.0～3.5m，底寬0.5～2.5m，根據(jù)其修筑方法不同又可分為挖窯式和屋頂式兩種。9/8/20237水窖可分為井窖、窯窖、豎井式圓弧形混凝土水窖和隧洞修建水窖要根據(jù)年降水量、地形、集雨坪（徑流場）面積等條件因地制宜進行合理布局。水源高于供水區(qū)的，采取蓄、引工程措施；水源低于供水區(qū)的，采取提、蓄工程措施；無水源的采取建塘庫、池窖，分散解決的工程措施。1.1.3水窖的規(guī)劃與設計（一）水窖的設計1．設計所需材料（1）氣象資料，附近雨量站（氣象站）的多年降雨量（以月為單位），年最大24h平均降雨量，以及年最低、最高氣溫，日照天數(shù)，最大蒸發(fā)量等。（2）水源的水位資料，包括枯流量、基流量、豐水期流量及最大洪水流量，干旱期實測值和水質化驗報告。（3）水源工程、輸水工程及窖體的地質地形圖。（4）當?shù)亟ú牡姆植颊{查。（5）當?shù)氐纳鐣?jīng)濟情況調查。（6）1:10000或1:50000地形圖。（7）灌溉面積（需水）分布情況及人畜飲用需水調查。（8）現(xiàn)有水利設施情況。9/8/20238修建水窖要根據(jù)年降水量、地形、集雨坪（徑流場）面積

2．工程布置原則（1）以飲用水為主的窖池，應遠離污染源。（2）水源地（或調節(jié)池）應置于高位點，以便自壓供水。（3）應避開不良地質地段。

3．水源工程水窖的水源有雨水、泉水、裂隙水、山溝水、庫水以及提水入窖（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）庫水作為水窖水源時，水庫就是水窖的調節(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，通過輸水管或暗（明）渠進入水窖。（4）渠水作為水窖水源。一般來說，渠水水源均能滿足水窖對水量的需求。（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）凈化設施利用自然山坡匯集雨水，必須經(jīng)沉沙過濾后方能進入水窖。過濾池下方應設一集水溝，再用管道（或）進入窖內。9/8/202392．工程布置原則8/3/20239（二）水窖總容積的確定水窖總容積是水窖群容積的總和，應與其控制面積相適應。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的水平梯田內，順等高線方向筑成一排水窖群，窖底以暗管連通，在水窖群的下一臺梯田地坎上設暗管直通窖內，窖水可自然灌溉下方農(nóng)田。

9/8/202310（二）水窖總容積的確定1．梅花形：將若干水窖按梅花形布置成（四）窖址的選擇

1．有足夠的水源。2．有深厚而堅硬的土層；水窖一般應設在質地均勻的土層上，以粘性土壤最好，黃土次之。3．在石質山區(qū)，多利用現(xiàn)有地形條件，在無泥石流危害的溝道兩側的不透水基巖上，加上修補，做成水窖。4．窖址應便于人蓄用水和灌溉農(nóng)田。9/8/202311（四）窖址的選擇8/3/2023111.2澇池定義:以攔蓄地表徑流為主而修建的，蓄水量在50m3～1000m3的蓄水工程,稱為澇池（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9/8/2023121.2澇池定義:1.2.1澇池的定義與功能8/1.2.2澇池的類型

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、橢圓形池等幾種類型。此外，蓄水池還可分為封閉型和敞開式兩大類。9/8/2023131.2.2澇池的類型8/3/2023131.2.3澇池位置的選擇

澇池一般都修在鄉(xiāng)村附近、路邊、梁峁坡和溝頭上部。池址土質應堅實，最好是粘土或粘壤土。此外選擇澇池的位置還應注意以下幾點：1、有足夠的來水量。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。以滿足農(nóng)、林用水和人畜飲水需要為規(guī)劃設計依據(jù)。規(guī)劃布設中應盡量考慮少占耕地，來水充足，蓄引方便，造價低，基礎穩(wěn)固等條件。蓄水池的配套設施有：引水渠、排水溝、沉沙池、過濾池（有人畜飲水要求的蓄水池）、進水和取水設施（放水管或梯步）。房屋前后或道路旁的開敞式蓄水池還應加欄桿或圍坪。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。9/8/2023141.2.3澇池位置的選擇1.2.4澇池的規(guī)劃8/31.2.5澇池的布置形式

（一）平地澇池：修在平地的低凹處，一般是把凹處再挖深些，將挖出的土培在周圍。（二）結合溝頭防護：在溝頭附近適當距離處挖澇池，攔蓄坡面匯集的地表徑流，防止溝頭前進。（三）開挖小渠將地下水引入澇池：溝底坡腳常有地下水滲出，給很多地方造成泥流及滑塌?？稍诟浇跐吵?，并開小渠使地下水引入澇池，用以灌溉或人蓄飲用，也可避免塌岸。（四）結合山地灌溉，開挖澇池：其布置形式渠道聯(lián)結澇池在山地渠道上，每隔適當?shù)木嚯x挖一個澇池，澇池與渠道連接處設立閘門，將多余的水蓄在池內，以備需水時灌溉。（五）連環(huán)澇池：澇池與澇池之間用小水渠聯(lián)接起來，多修在道路的一側，以防止道路沖刷，有時也修在坡面上的淺凹地上，一般為方形或長方形，蓄水量可達10～15m3。9/8/2023151.2.5澇池的布置形式8/3/2023151.2.6澇池容積計算澇池蓄水量加上超高的容積即為澇池總容量。由總容量及池的形狀可以定出池的具體尺寸。池的形狀隨地形變化而異，其不同形狀的澇池總容量計算方法如下：（一）矩形（二）平底圓形（三）“Ｕ”字形（四）橢圓形9/8/2023161.2.6澇池容積計算8/3/2023161.2.7澇池的養(yǎng)護澇池的養(yǎng)護和管理要遵循以下幾點原則：（一）按誰建設、誰使用、誰管理原則落實養(yǎng)護責任制。（二）應盡量避免澇池干涸，以免池底和四周的防滲層干裂而導致其漏水。（三）澇池修成后，如果來水量比預先估計的少，應另設法開辟水源，或開挖引水溝。把可能引入溝的水引入澇池，增加來水量，以充分發(fā)揮澇池的作用。（四）暴雨前后應及時修補養(yǎng)護，及時清淤保持蓄水容積，并對蓄水池上下沉沙池、排水溝進行養(yǎng)護。9/8/2023171.2.7澇池的養(yǎng)護8/3/2023171.3山邊溝渠工程1.3.1溝渠工程的定義與功能定義：為防治坡面水土流失而修建的截排水設施，統(tǒng)稱坡面溝渠工程。坡面溝渠工程是坡面治理的重要組成部分。功能：1．攔截坡面徑流，引水灌溉；2．排除多余來水，防止沖刷；3．減少泥沙下瀉，保護坡腳農(nóng)田；4．鞏固和保護治坡成果。1.3.2溝渠工程的類型（一）截水溝（水平溝、沿山溝、攔山溝、環(huán)山溝、山圳以及梯田內的邊溝、背溝）；（二）排水溝（撇水溝、天溝、排洪溝）（三）蓄水溝（水平竹節(jié)溝）；（四）引水渠（堰溝）；（五）灌溉渠。9/8/2023181.3山邊溝渠工程1.3.1溝渠工程的定義與功能1.3.1.3.3工程規(guī)劃與設計

1．坡面溝渠工程應與梯田、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)不同的防治對象，因地制宜確定溝渠工程的類型的數(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計。以修梯田、保土耕作、經(jīng)果林為主的坡面，應根據(jù)降雨和匯流面積合理布設截水溝、排水溝，并結合水源規(guī)劃引水渠、灌溉渠；以保土耕作為主的坡面還應配合等高種植，規(guī)劃若干道蓄水溝；以種植林草為主的坡面，溝渠工程應采用均勻分布的蓄水溝，上方有較大來水面積的應規(guī)劃截水溝或排洪溝。9/8/2023191.3.3工程規(guī)劃與設計8/3/2023193．在坡面上一般應綜合考慮布設截、排、引、灌溉渠工程，截水溝、排水溝可兼做引水渠、灌溉渠。4．截水溝一般應與排水溝相接，并在連接處前后作好沉沙、防沖設施。5．梯田區(qū)域內承接背溝兩端的排水溝，一般垂直等高線布設，并與梯田兩端的道路同向，呈路邊溝或路代溝（為凹處）狀，土質排水溝應分段設置跌水，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。9/8/2023203．在坡面上一般應綜合考慮布設截、排、引、灌溉渠6．截水溝和排水溝、引水渠、灌溉渠在坡面上的比降，應視其截、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，溝底比降應滿足不沖不淤流速；溝底比降過大或與等高線垂直布設時，必須作好防沖措施。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）。8．坡面溝渠工程規(guī)劃還應盡量避開滑坡體、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。9/8/2023216．截水溝和排水溝、引水渠、灌溉渠在坡面上的比1.4魚鱗坑、水平溝和水平階1.4.1魚鱗坑

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，每排坑均沿等高線挖，上下兩個坑應交叉而又互相搭接，成品字型排列。9/8/2023221.4魚鱗坑、水平溝和水平階1.4.1魚鱗坑1.4.2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。水平溝的設計和修筑原則是：水平溝的溝距和斷面大小，應以保證設計頻率暴雨徑流不致引起坡面水土流失。陡坡、土層薄、雨量大，溝距應小些；反之可大些。坡陡，溝深而窄；坡緩，溝淺而寬。一般溝距為3～5m，溝口寬0.7～1m,溝深0.5～1.0m.水平溝容積比魚鱗坑大，故蓄水量也大。為防止山洪過大沖壞地埂,每隔5～10m,設置瀉洪口,使超量的徑流導入山洪溝中。為使雨水在溝中均勻，減少流動，每隔5～10m,留一道土擋,其高度為溝深的1/2～1/3。9/8/2023231.4.2水平溝8/3/2023231.4.3水平階水平階是沿等高線自上而下里切外墊，修成一臺面，臺面外高里低，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（10°～25°）坡面上采用。水平階的設計計算類同梯田，如采用斷續(xù)水平階，實際相當于窄式隔坡梯田。階面面積與坡面面積之比為1:1～4。9/8/2023241.4.3水平階8/3/2023241.5保水技術保水技術抑制水分蒸騰抑制水分蒸發(fā)減少水分滲漏農(nóng)作物葉面蒸騰雜草蒸騰地面蒸發(fā)水面蒸發(fā)土壤滲漏水池滲漏渠道滲漏水庫滲漏9/8/2023251.5保水技術保抑制水分蒸騰抑制水分蒸發(fā)減少水分滲漏農(nóng)作抑制水面蒸發(fā)的工程技術1、液態(tài)化學制劑2、石蠟蒸發(fā)抑制劑3、固態(tài)板4、砂、石填充法抑制農(nóng)用水池和渠道滲漏的工程技術1、“膨潤土”2、化學制劑，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1、建造人工地下?lián)跛畬?、施用改土物質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、局部開放的溫室農(nóng)業(yè)3、塑料棚9/8/202326抑制水面蒸發(fā)的工程技術8/3/202326梯田是山區(qū)、丘陵區(qū)常見的一種基本農(nóng)田，它是由于地塊順坡按等高線排列呈階梯狀而得名。在坡地上沿等高線修成階臺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，達到保水、保土、保肥目的，同改進農(nóng)業(yè)耕地作技術結合，能大幅度地提高產(chǎn)量，從而為貧困山區(qū)退耕陡坡，種草種樹，促進農(nóng)、林、牧、副業(yè)全面發(fā)展創(chuàng)造了前提條件。我國規(guī)定，25°以下的坡耕地一般可修成梯田，種植農(nóng)作物。25°以上的則應退耕植樹種草。二梯田9/8/202327梯田是山區(qū)、丘陵區(qū)常見的一種基本農(nóng)田，它是由2.1梯田的分類由于各地的自然地理條件、治理程度、勞動力多少、土地利用方式與耕作習慣等不同，修筑梯田形式各異，其分類方法也有多種，簡介如下：(一)按斷面形式可分為階臺式梯田和波浪式梯田兩類

1.階臺式梯田在坡地上沿等高線修筑成逐級升高的階臺形的田地。中國、日本、東南亞各國對人多地少地區(qū)的梯田一般屬于階臺式。階臺式梯田又可分為水平梯田、坡式梯田、反坡梯田、隔坡梯田四種。9/8/2023282.1梯田的分類由于各地的自然地理條件、治理程(1)水平梯田田面呈水平，適宜于種植水稻和其他旱作、果樹等。(2)坡式梯田順坡向每隔一定間距沿等高線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，所以這也是一種過渡的形式。9/8/202329(1)水平梯田(2)坡式梯田8/3/202329（3)反坡梯田田面微向內側傾斜，反坡一般可達2°，能增加田面蓄水量，并使暴雨時過多的徑流由梯田內側安全排走。適于栽植旱作與果樹。(4)隔坡梯田相鄰兩水平階臺之間隔一斜坡段的梯田。9/8/202330（3)反坡梯田(4)隔坡梯田8/3/2023302.波浪式梯田在緩坡地上修筑的斷面呈波浪式的梯田。又名軟埝或寬埂梯田。9/8/2023312.波浪式梯田8/3/202331(二)按田坎建筑材料分類

按田坎建筑材料分類，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。9/8/202332(二)按田坎建筑材料分類8/3/202332(三)按土地利用方向分類

按土地利用方向分類，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

有人工梯田、機修梯田。

9/8/202333(三)按土地利用方向分類8/3/2023332.2梯田的規(guī)劃與設計梯田建設是山區(qū)水土保持和改變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件的一項重要措施。因此，梯田規(guī)劃必須在山、水、田、林、路全面規(guī)劃的基礎上進行。規(guī)劃中要因地制宜地研究和確定一個經(jīng)濟單位(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，必須以一個經(jīng)濟單位(一個鎮(zhèn)或一個鄉(xiāng))農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水土保持全面規(guī)劃為基礎。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)，每個耕作區(qū)面積，一般以50～100畝為宜。9/8/2023342.2梯田的規(guī)劃與設計梯田建設是山區(qū)水土保持

(二)地塊規(guī)劃

1.地塊的平面形狀，應基本上順等高線呈長條形、帶狀布設。一般情況下，應避免梯田施工時遠距離運送土方。2.當坡面有淺溝等復雜地形時，地塊布設必須注意“大彎就勢，小彎取直”，不強求一律順等高線，以免把田面的縱向修成連續(xù)的“S”形，不利于機械耕作。3.如果梯田有自流灌溉條件，則應使田面縱向保留1/300～1/500的比降，以利行水，在某些特殊情況下，比降可適當加大，但不應大小1/200。4.地塊長度規(guī)劃，有條件的地方可采用300～400m，一般是150～200m，在此范圍內，地塊越長，機耕時轉彎掉頭次數(shù)越少，工效越高，如有地形限制，地塊長度最好不要小于100m。5.在耕作區(qū)和地塊規(guī)劃中，如有不同鎮(zhèn)、鄉(xiāng)的插花地，必須進行協(xié)商和調整，便于施工和耕作。9/8/202335(二)地塊規(guī)劃8/3/202335

(三)梯田附屬建筑物規(guī)劃

1.坡面蓄水攔沙設施的規(guī)劃梯田區(qū)的坡面蓄水攔沙設施的規(guī)劃內容，包括“引、蓄、灌、排”的坑、函、池、塘、埝等緩流攔沙附屬工程。規(guī)劃時既要做到各設施之間的緊密結合，又要做到與梯田建設的緊密結合。規(guī)劃程序上可按“蓄引結合，蓄水為灌，灌余后排”的原則，根據(jù)各臺梯田的布置情況，由高臺到低臺逐臺規(guī)劃，作到地(田)地有溝，溝溝有函，分臺攔沉，就地利用。其攔蓄量，可按攔蓄區(qū)內5～10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計依據(jù)。9/8/202336(三)梯田附屬建筑物規(guī)劃8/3/202336

2.梯田區(qū)的道路規(guī)劃山區(qū)道路規(guī)劃總的要求，一是要保證今后機械化耕作的機具能順利地進入每一個耕作區(qū)和每一地塊。二是必須有一定的防沖設施，以保證路面完整與暢通，保證不因路面徑流而沖毀農(nóng)田。9/8/2023372.梯田區(qū)的道路規(guī)劃8/3/202337(1)丘陵陡坡地區(qū)的道路規(guī)劃，重點在于解決機械上山問題。西北黃土丘陵溝壑區(qū)的地形特點是，上部多為15°～30°的坡耕地，下部多為40°～60°的荒陡坡，溝道底部比降較小。因此，機械上山的道路，也應地分上、下兩部分。下部一般順溝布設，道路比降大體接近稍大于溝底比降，上部道路，一般應在坡面上呈“S”形旋而上。9/8/202338(1)丘陵陡坡地區(qū)的道路規(guī)劃，重點在于解決機械上因此，(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定，因此，相鄰的兩條順坡道路的距離，就是梯田地塊的長度，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，因此，必須注意以下問題。①根據(jù)前述地塊長度的要求，確定順坡道路間的距離，一般是200～400m。②若地塊布設基本上順等高線，橫坡道路的方向，也應基本上順等高線。因此，在塬、川緩坡地區(qū)，通過道路布設劃分耕作區(qū)時，應根據(jù)地面等高線的走向，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。見下頁圖3-7（a）9/8/202339(2)塬、川緩坡地區(qū)的道路規(guī)劃。由于塬、川地區(qū)地面廣8/這樣，耕作區(qū)內的每一個地塊，都可以基本上順著等高線布置，機械修筑梯田時省工，修成的梯田又便于機耕，避免了地塊呈斜角小塊地或梯田施工中的遠距離大土方量的搬運。9/8/202340這樣，耕作區(qū)內的每一個地塊，都可以基本上順著等高線如果強求耕作區(qū)的平面形狀為正方形或矩形，見上頁圖3-7（b），左右兩邊的四個耕作區(qū)，其橫坡道路不是基本上順等高線，而是與等高線斜交，這樣就會造成兩種不利的后果：①如耕作區(qū)的地塊都順等高線布設，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，不利機耕。②為了不留斜角小塊地，必須使耕作區(qū)內的地塊都與橫坡道路平行，就不能基本上順等高線布設，修梯田時必須遠距離運土，就會大大降低工效，增加費用。山地道路還應該考慮路面的防沖措施。9/8/202341如果強求耕作區(qū)的平面形狀為正方形或矩形，見上頁圖

3.灌溉排水設施的規(guī)劃

梯田建設不僅控制了坡面水土流失，而且為農(nóng)業(yè)進一步發(fā)展創(chuàng)造了良好的生態(tài)環(huán)境，并導致農(nóng)田熟制和宜種作物的改進，提高梯田效益。在梯田規(guī)劃的同時必須結合進行梯田區(qū)的灌溉排水設施規(guī)劃。梯田區(qū)灌溉排水設施的規(guī)劃原則，一方面要根據(jù)整個水利建設的情況，把一個完整的灌溉系統(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)灌排設施規(guī)劃的另一個原則，就是要充分體現(xiàn)攔蓄和利用當?shù)赜晁脑瓌t，圍繞梯田建設，合理布設蓄水灌溉和排洪防沖以及冬水梯田的改良工程。9/8/2023423.灌溉排水設施的規(guī)劃8/3/202342梯田灌排設施的重點：坡地梯田區(qū)以突出蓄水灌溉為主，結合坡面蓄水攔沙工程的規(guī)劃，根據(jù)坡地梯田面積和水源(當?shù)亟邓畯搅?情況，布設池、塘、埝、庫等蓄水和渠系工程；沖溝梯田區(qū)，不僅要考慮灌溉用水，而且排洪和排澇設施也十分重要。沖溝梯田區(qū)的排洪渠系布設可與灌溉渠道相結合，平日輸水灌溉，雨日排澇防沖。至于沖溝梯田區(qū)的排落空問題，由于多屬土壤本身或地勢低洼之故，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合工程的排澇設施。9/8/202343梯田灌排設施的重點：坡地梯田區(qū)以突出蓄水灌溉為主例：長江上游坡耕地整治經(jīng)驗科學考察簡報2019年第14期實施坡改梯、坡面水系工程和田間道路相結合的坡面水土綜合整治。在小流域綜合治理規(guī)劃的基礎上，選擇坡度較緩又相對集中的坡耕地修建石坎或土坎梯田；在梯田的上部修筑攔水溝，在梯田間布設蓄水池和沉沙池，通過小型渠系將攔水溝、梯田、沉沙池和蓄水池連通，同時與渠系結合建設農(nóng)田道路。坡面水系工程可以起到攔、導、蓄、排、灌的作用，降雨時將上游坡面的來水和梯田里多余的水量通過渠系引入蓄水池，蓄水池蓄滿后則從下游排出，干旱時則將蓄水池里的水放出，用于灌溉。長江上游坡耕地水土綜合整治模式

9/8/202344例：長江上游坡耕地整治經(jīng)驗2.2梯田的斷面設計

梯田的斷面關系到修筑時的用工量，埂坎的穩(wěn)定，機械化耕作和灌溉的方便。不少地方過去修筑的窄條梯田，田面寬度只有3-5m，不能適應機械耕作要求。有的地方則片面求大求寬，致使修筑梯田時用工過多，而且修成后埂坎高，穩(wěn)定性差。梯田斷面設計的基本任務，是確定在不同條件下梯田的最優(yōu)斷面。所謂“最優(yōu)”斷面，就是同時達到下述三點要求。一、是要適應機耕和灌溉要求；二、是要保證安全與穩(wěn)定；三、是要最大限度地省工。最優(yōu)斷面的關鍵是確定適當?shù)奶锩鎸挾群凸】财露龋捎诟鞯氐木唧w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。9/8/2023452.2梯田的斷面設計8/3/202345(一)水平梯田的斷面要素

1.梯田的斷面要素

9/8/202346(一)水平梯田的斷面要素8/3/202346

2.各要素之間的關系一般根據(jù)土質和地面坡度選定田坎高和側坡(指田坎邊坡)，然后計算田面寬度，也可根據(jù)地面坡度、機耕和灌溉需要先定田面寬，然后計算田坎高。從圖可以看出，田面愈寬，耕作愈方便，但田坎愈高，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1.5～3m為宜，緩坡上低些，陡坡上高些，最高不要超過4m。9/8/2023478/3/202347各要素之間具體計算方法分述如下：田面毛寬(m)Bm＝H·ctgθ

埂坎占地(m)Bn＝H·ctgα田面凈寬(m)Bn＝Bm－Bn＝H(ctgθ－ctgα)埂坎高度(m)

田面斜寬(m)9/8/202348各要素之間具體計算方法分述如下：8/3/20從上述關系可以看出，埂坎高度（H）是根據(jù)田面寬度（B）、埂坎坡度（α）和地面坡度（θ）3個數(shù)值計算而得。其余3個要素：田面毛寬（Bm）、埂坎占地（Bn）、田面斜寬（B1）都可根據(jù)H、α、θ這3個數(shù)值計算而得。對于一個具體地塊來說，地面坡度（θ）是個常數(shù)，因此，田面寬度（B）和埂坎坡度（α）是斷面要素中起決定作用得因素。在梯田斷面計算中，主要研究這兩個因素。9/8/2023498/3/2023493.梯田土方量的計算(1)梯田土方量的計算在挖填方相等時，梯田挖(填)方的斷面面積可由下式計算：

(2)每畝土方量∵每畝田面長度

∴每畝土方量根據(jù)上述公式可以計算出不同田坎高的每畝土方量(指挖方)。9/8/2023503.梯田土方量的計算8/3/202350(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，同時要考慮運距，才能比較確切地說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移工作量，是指土方乘運距(m3·m)。

2.梯田需功量的計算每畝梯田需功量式中：Wa——每畝梯田需功量(m3·m)；

V——梯田每畝土方量(m3)；

S0——修梯田時土方的平均運距(m)。梯田每畝土方需功量與田面寬度得平方成正比關系。9/8/202351(二)梯田的需功量8/3/202351(三)梯田田面寬度的設計

梯田最優(yōu)斷面的關鍵是最優(yōu)的田面寬度，所謂“最優(yōu)”田面寬度，就必須是保證適應機耕和灌溉的條件下，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.在殘原、緩坡地區(qū)，農(nóng)耕地一般坡度在5°以下一般拖拉機翻地時，都把25～30m寬的田面作為一個耕作小區(qū)。如果田面寬50～60m時，則分為兩個小區(qū)進行耕作；如果田面寬80～100m時，則分為3～4個小區(qū)進行耕作；以免掉頭轉彎時空行程太大，同時30m左右的田面寬度，灌溉時作為畦子長度，也比較合適。無論從機耕或灌溉的要求來看，田面寬度一般以30m左右為宜。2.丘陵陡坡地區(qū)一般坡度10°～30°，目前很少實現(xiàn)機耕，根據(jù)實踐經(jīng)驗，一般采用小型農(nóng)機進行耕作，在陡坡地(25°)修梯田時，其田面寬度不應小于8m。9/8/202352(三)梯田田面寬度的設計1.在殘原、緩坡地區(qū)，農(nóng)耕地一般坡度3.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20～30m時，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，適當加寬設計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的田面高程大于渠底高程時，水就灌不上地，這時應降低田面高程，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，采取較窄的田面寬度15m左右，機械耕作時，相鄰上下兩臺套起來，機械在梯田兩頭地邊的道路上掉頭轉彎，這種具體作法也是可取的。

總之，田面寬度設計，既要有原則性，又要有靈活性。原則性就是必須在適應機耕和灌溉的同時，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?shù)膶挾?，不能只根?jù)某一具體寬度，一成不變。9/8/2023533.特殊情況下的田面寬度8/3/202353(四)埂坎外坡的設計

梯田埂坎外坡的基本要求是，在一定的土質和坎高條件下，要保證埂坎的安全穩(wěn)定，并盡可能地少占農(nóng)地，少用工。在一定的土質和坎高條件下，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”設計對埂坎外坡的要求。要做到這一點，必須進行埂坎穩(wěn)定坡度的土力學分析。9/8/202354(四)埂坎外坡的設計8/3/202354

1.不同埂坎高度下的埂坎外坡當已知土壤性質和狀態(tài)(即當土壤的顆粒組成、密實程度，含水量情況等)，通過土力學試驗即可確定其內聚力(C)和內摩擦角()以及濕容重(γ)。這樣，可以直接計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)?，F(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表，供設計時參考。

表中，埂坎外側坡度(α)的運用可采用下列情況：粘性土壤可采用上限數(shù)值，即外側坡可以陡一些。砂性土壤應采用下限數(shù)值。埂坎高度（H）埂坎外側坡度（α）2m以下75°～80°2～4m70°～75°4～6m65°～70°6～8m60°～65°9/8/2023551.不同埂坎高度下的埂坎外坡表中，2.埂坎占地的計算埂坎占地(Bn)可根據(jù)埂坎高度(H)和埂坎外坡(α)，按公式Bn＝Hctgα進行計算，現(xiàn)將計算結果列于表3-3，供設計時參考：表3-3不同埂高、坎坡下的埂坎(Bn)占地計算表12345678900.000.00850.090.180.260.35800.180.350.530.700.881.06750.270.540.801.071.341.611.872.15700.360.731.091.461.822.182.552.92651.401.862.332.803.263.74602.893.464.064.63554.905.61H(m)α(°)B0(m)9/8/2023562.埂坎占地的計算12345678900.000.00850在修筑梯田時，一般在埂坎修成后，梯田田面外部，還修一個蓄水邊埂，因此在計算占地數(shù)時，必須把蓄水邊埂的占地也同時加上，因為它們都屬于非農(nóng)田生產(chǎn)占地，蓄水邊埂斷面一般采用高30cm，頂寬20cm，內側坡度為45°。計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°0.67m75°0.58m55°0.70m70°0.61m9/8/202357在修筑梯田時，一般在埂坎修成后，梯田田面外部，還修一個蓄由此可知，梯田修成后，田面上農(nóng)業(yè)凈用面積數(shù)應為田面毛寬減去埂坎占地和蓄水邊埂占地數(shù)，求其占地系數(shù)可采用下述公式：9/8/202358由此可知，梯田修成后，田面上農(nóng)業(yè)凈用面積數(shù)應為田面毛寬減2.3土方量計算

(一)方格網(wǎng)法方格網(wǎng)法適用于比較復雜的地形。在田塊平面形狀比較方正的情況下，測量計算都比較方便，而且精確度高。具體步驟如下：1.打樁。在要測量的梯田區(qū)范圍內，劃分成10～20m見方的方格。各方格的頂點均用木樁標定，給予編號。2.整樁。因各方格網(wǎng)頂點的木樁是按規(guī)定距離設置的，在地面起伏不平的地塊上，會有個別樁點的高程不能代表它周圍地面的高程。這樣就必須檢查每一方格頂點的樁點處地面高程的代表性，過高時要適當鏟平，過低時要適當填起，然后踏平實。否則測量后，計算土方平衡時會出現(xiàn)偏差。3.測量。按各木樁編號順序進行高程測量，并作記錄。讀數(shù)到厘米即可。

9/8/2023592.3土方量計算8/3/2023594.計算(1)求田塊的平均高程(2)計算各樁點的設計高程，對于沒有縱坡要求的水平梯田，田塊平均高程即各樁點設計高程；對需留縱坡的梯田，則田塊的平均高程作為田塊中間斷面的設計高程。按規(guī)定的地塊縱向比降(如1/300～1/500)計算沿地長各排樁點的設計高程，寫在各樁的高程下面，并加注三角符號以示區(qū)別。(3)計算各樁點的挖填深度，用地塊各排樁點的設計高程(即開挖的設計高程)與各樁點實測高程相比較，即可得出挖、填深度，并注明于方格網(wǎng)圖上。一般填高數(shù)用紅筆寫，挖深數(shù)用藍筆寫。9/8/2023604.計算(2)計算各樁點的設計高程，對于沒有縱坡要求的水平梯(4)計算挖、填土方量填方總量＝方格面積×〔各角點填高之和/4＋2(各邊點填高之和)/4＋4(各中間點高之和)/4〕＝方格面積×〔各角點填高之和/4＋各邊點填高之和/2＋各中間點填高之和〕同理可得：挖方總量=方格面積×〔各角點挖深之和/4＋各邊點挖深之和/2＋各中間點挖深之和〕

上述兩個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。對不足10m或20m見方的“破格”，應分別計算挖、填土方量，然后加在挖、填方總量內。9/8/202361(4)計算挖、填土方量填方總量＝方格面積×〔各角點填高之和/(5)開挖線調整：求出挖、填土方總量后，若二者相差太多，需要進行高或降低的調整，以求地塊填挖土方平衡。其調整數(shù)值計算可用下列公式。

按計算數(shù)值變更各個樁點設計高度，重新計算挖深填高和挖、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；如四個角上有的是填高數(shù)，有的是挖深數(shù)，則填、挖分別計算，不管是幾個數(shù)，都各自相加被4除，不能互相抵銷，這樣計算的土方量，一般偏大。9/8/202362(5)開挖線調整：求出挖、填土方總量后，若二者相差太多，需要(二)散點法(又叫多點平均法)散點法適用于地形雖有起伏，但變化比較均，不太復雜的地形。這種復雜的地形。這種方法的特點是測點位置不受限制，可以根據(jù)地形情況，布置測點，求平均高程方法簡便。具體步驟如下：1.在田面的四角四邊，田中的最高點、最低點、次高點，次低點以及一切能代表不同高程的各個位置上打樁，作為測點，并測出其高程讀數(shù)分別為H1、H2、……Hn共有n個高程點。必須注意，“儀器高不變”。2.設所要求得的田面平均高程讀數(shù)為Ha則：

在測得各點高程讀數(shù)時，很快就能算出Ha的數(shù)值。9/8/202363(二)散點法(又叫多點平均法)8/3/2023633.各測點高程大于Ha的是挖方，小于Ha的是填方。從“高程讀數(shù)”來說，小于Ha的是挖方，大于Ha的是填方。算出各點與Ha的差數(shù)作為施工時應挖掘的挖、填深度。在測尺上讀數(shù)為Ha的地方作一記號。保持儀器位置和原來的“儀器高”不變。由執(zhí)尺人在田面上選擇若干新的測點，要求從儀器去看這些測點的高程讀數(shù)都必須是Ha。把這些新測點聯(lián)起來，就是田面上的挖填分界線。9/8/2023643.各測點高程大于Ha的是挖方，小于Ha的是填方。從4.計算挖填土方總量，按下述方法步驟進行：(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——測點讀數(shù)大于Ha的測點數(shù)；

L——測點讀數(shù)小于Ha的測點數(shù)；m＋L＝n

ΣHc——測點讀數(shù)小于Ha的各點讀數(shù)之和；ΣHc＝Hc1＋Hc2……＋Hcl

ΣHf——測點讀數(shù)大于Ha的各測點讀數(shù)之和。ΣHf＝Hf1＋Hf2＋……Hfm

9/8/2023654.計算挖填土方總量，按下述方法步驟進行：8/3/20236(2)求挖、填方面積

挖方面積：

填方面積：

式中：Aa——測量地塊總面積。當已知Ac時：Af＝Aa－Ac

(3)計算挖、填土方量挖方量：Vc＝Ac·hc

填方量：Vf＝Af·hf9/8/202366(2)求挖、填方面積8/3/2023665.土方平衡計算：令△V＝Vc－Vf如△V＝0或數(shù)量很小，則挖、填方平衡，所定挖填分界線適合。當△V值較大時應進行調整計算。當△V為正值時，是挖方多了，應提高設計田面高程(即減小H