水土保持工程学1.梯田的规划与设计梯田建设是山区水土保持和改变农业生产条件的一项重要措施。
因此，梯田规划必须在山、水、田、林、路全面规划的基础上进行。
规划中要因地制宜地研究和确定一个经济单位(乡或镇)的农、林、牧用地比例，确定耕作范围，制定建设基本农田规划。
（一）梯田的规划1. 耕作区的规划耕作区的规划，必须以一个经济单位(一个镇或一个乡)农业生产和水土保持全面规划为基础。
根据农林牧各业的发展需要，选出其中坡度较缓，土质较好，距村较近，水源和交通条件较好，有利于实现机械化和水利化的地方，建设高产稳产基本农田，然后根据地形条件划分耕作区。
(1)在塬川缓坡地区，一般以道路、渠道为骨干划分耕作区;(2)在丘陵陡坡地区，一般按自然地形，以一面坡或峁、墚为单位划分耕作区，每个耕作区面积，一般以50～100亩为宜。
如果耕作区规划在坡地的下部，其上部是林地，牧地或荒坡，有暴雨径流下泄时，应在耕作区上缘开挖截水沟，拦截上部来水，并引入蓄水池或在适当地方排入沟壑，保证耕作区的安全。
2.田块规划:最重要是确定田面宽度和田坎高度。
还要满足以下几点要求：（1）田块的平面形状，应基本上顺等高线呈长条形、带状布设。
一般情况下，应避免梯田施工时远距离运送土方。
（2）当坡面有浅沟等复杂地形时，地块布设必须注意“大弯就势，小弯取直”。
（3）如果梯田有自流灌溉条件，则应使田面纵向保留1/300～1/500的比降，以利行水，在某些特殊情况下，比降可适当加大，但不应大于1/200。
（4）田块长度,有条件的地方可采用300～400m，一般150～200m，如有地形限制，地块长度最好不要小于100m。
（5）在耕作区和地块规划中，如有不同镇、乡的插花地，必须进行协商和调整，便于施工和耕作。
3.梯田附属建筑物规划（1）坡面蓄水拦沙设施的规划梯田区的坡面蓄水拦沙设施的规划内容，包括“引、蓄、灌、排”的坑、凼、池、塘、埝等缓流拦沙附属工程。
规划程序上可按“蓄引结合，蓄水为灌，灌余后排”的原则，根据各台梯田的布置情况，由高台到低台逐台规划，作到地(田)地有沟，沟沟有函，分台拦沉，就地利用。
（2）梯田区的道路规划山区道路规划总的要求，一是要保证今后机械化耕作的机具能顺利地进入每一个耕作区和每一地块。
二是必须有一定的防冲设施，以保证路面完整与畅通，保证不因路面径流而冲毁农田。
(3)灌溉排水设施的规划梯田区灌溉排水设施的规划原则:一方面要根据整个水利建设的情况，把一个完整的灌溉系统所包括的：水源和引水建筑、输水配水系统、田间渠道系统、排水泄水系统等工程全面规划布置。
另一方面，就是要充分体现拦蓄和利用当地雨水的原则，围绕梯田建设，合理布设蓄水灌溉和排洪防冲以及冬水梯田的改良工程。
2.梯田的断面设计梯田断面设计的基本任务，是确定在不同条件下梯田的最优断面。
所谓“最优”断面，就是同时达到下述三点要求:1、是要适应机耕和灌溉要求；2、是要保证安全与稳定；3、是要最大限度地省工。
最优断面的关键是确定适当的田面宽度和埂坎坡度，由于各地的具体条件不同，最优的田面宽度和埂坎坡度也不相同，但是考虑“最优”的原则和原理，是相同的。
1水平梯田的断面要素（1）.梯田的断面要素（2）.各要素之间的关系2.梯田田面宽度的设计梯田最优断面的关键是最优的田面宽度，田面宽度设计，既要有原则性，又要有灵活性。
原则性就是必须在适应机耕和灌溉的同时，最大限度的省工。
灵活性就是在保证这一原则的前提下，根据不同地形和坡度条件，在不同地区分别采用不同的田面宽度，不能只根据某一具体宽度，一成不变。
3.梯田土方量的计算(1)梯田土方量的计算在挖填方相等时，梯田挖(填)方的断面面积可由下式计算：(2)每亩土方量∵每亩田面长度∴每亩土方量4.坎埂外坡的设计：梯田埂坎外坡的基本要求是，在一定的土质和坎高条件下，要保证埂坎的安全稳定，并尽可能地少占农地，少用工。
（1）稳定性分析（2）不同田坎高度下的田坎坡度（3）田坎宽度的计算（4）坎埂占地的计算5.梯田需功量的计算3.田坎外坡的稳定因素：（1）梯田田坎坡度（2）田坎高度（3）土壤的内聚力（4）土壤的内摩擦角（5）土壤的湿容重（6）田面的外部荷载4.最危险滑裂面圆弧位置的确定方法（1）如图，将距坝顶2H，坝脚4.5H的点定为M1点；（2）作Aa和Bb两直线，其交点为M2，此两线的方向按角β1和β2来确定，两脚的值随坡度而变。
（3）连M1M2且延长至M，M2M即为所寻找最危险滑裂圆心的大致范围。
（4）在坝坡中点作一铅垂线，并且在该点作另一直线与坡面成85度角。
（5）以坝坡中点为圆心，以R1、R2为半径，分别作弧，交以上两直线成扇形。
R1 、R2值随坡度而变。
（6）在cd线上取O1、O2、O3…，以这些点作为圆心，O1B、O2B、O3B为半径做圆弧。
（7）求得各圆弧的稳定安全系数K，标于O1、O2、O3上方，并连成K的变化曲线，其中最小的K值对应的圆心点可能即为通过坡脚B点的最危险滑弧面的圆心点；（8）若不是，通过K值最小的一点做NN’线垂直于cd线。
在此线上定几点O1’、O2 ’、O3 ’…，并以此几点为圆心，亦通过B点作滑弧，求得各滑弧的K ’值，并将其标于O1’、O2 ’、O3 ’…的上方，做K ’曲线，找出最小的一点。
在多数情况下，这个最小点的K ’值即为通过B点滑弧的最小稳定安全系数。
（9）对于B1、B2、B3…点按以上方法求得各点的最小K值，比较这些K值，其中最小的K值相应的滑动圆弧即为所寻找的最危险滑裂面圆弧。
A求田块的平均高程B计算各桩点的设计高程Hij=H0+Lxix+LyiyHij该点设计高程，H0为田块的平均高程，C计算各桩点的挖填深度：设计高程-实测高程D计算零点位置方格边线一端施工高程为“+”,若另一端为“-”,则沿其边线必然有一不挖不填的点，即“零点”。
将这些零点连接起来就为零线。
零点位置按下式计算：式中：x1、x2 ——角点至零点的距离,m；h1、h2 ——相邻两角点的挖填高度(均用绝对值),m；a —方格网的边长，m.E计算挖、填土方量填方总量＝方格面积×〔各角点填高之和/4＋2(各边点填高之和)/4＋4(各中间点高之和)/4〕＝方格面积×〔各角点填高之和/4＋各边点填高之和/2＋各中间点填高之和〕同理可得：挖方总量=方格面积×〔各角点挖深之和/4＋各边点挖深之和/2＋各中间点挖深之和〕。
上述两个公式的填高及挖深数，以米为单位，每一小方格面积以平方米为单位。
某地块局部高程如图1所示，其中方格网边长a=20m，各方格角点的自然地面标高、设计高程、各角点的挖填深度标于图上，设计规定地块中心标高70.29m，设计坡度ix=0.2%,iy=0.3%，不考虑土壤可松性的影响，试计算修建该梯田土方量。
（3）确定零线运用零点位置计算公式，得到： X1=17.04 X2=2.96角点1和角点2之间的零点位置为：h1=∣70.09-70.32∣=0.23h2=∣70.40-70.36∣=0.04同理计算出6号角点与7号角点、 10号角点与11号角点、 15号角点与16号角点之间的零点位置，（由同学们自己计算）连接这些零点位置为一直线，即为图中的虚线。
(4)计算土方量图中方格1-3,2-3的4个角点全部为挖方，方格2-1,3-1的4个角点全部为填方，其土方量分别为：V1-3挖=20×20×（0.55+0.99+0.36+0.84）/4=274（m3）V2-3挖=20×20×（0.36+0.84+0.10+0.63）/4=193（m3）V2-1填=20×20×（0.56+0.13+0.83+0.43）/4=194（m3）V3-1填=20×20×（0.83+0.43+1.04+0.56）/4=286（m3）方格2-2的4个角点两挖两填。
即V2-2挖=20×（14.69+3.77）（0.36+0.10）/8=21.23（m3）V2-2填=20×（5.31+16.23）（0.13+0.43）/8=30.16（m3）方格1-1，3-2的4个角点为三填一挖，方格1-2,3-3的4个角点为三挖一填，公式计算为：V1-1挖 =0.09（m3）；V1-1填 =72.32（m3）V1-2挖 =68.30（m3）；V1-2填 =1.76（m3）V3-2挖 =1.05（m3）；V3-2填 =74.45（m3）V3-3挖 =93.26（m3）；V3-3填 =0.01（m3）最后计算总填方量V填总 =658.7（m3）总挖方量V挖总 =655.55（m3）挖填方基本平衡。
7.斜坡固定工程（1）挡墙：重力式、半重力式、倒T型、扶壁式、支垛式、棚架扶壁式等。
（2）抗滑桩（3）削坡和反压填土（4）排水工程（5）护坡工程（6）滑动带加固工程（7）植物固坡措施（8）落石防护工程等。
8.排水工程（一）排出地表水工程一是拦截病害斜坡以外的地表水，二是防止病害斜坡内的地表水大量渗入，并尽快汇集排走。
1.防渗工程：（1）整平夯实：斜坡上有松散的土体分布时，应填平坑洼和裂缝并整平夯实。
（2）铺盖阻水：铺盖阻水是一种大面积防止地表水渗入坡体的措施，铺盖材料有粘土、混凝土和水泥砂浆，粘土一般用于较缓的坡。
2.水沟工程：（1）排水沟:布设在病害斜坡体上，一般呈树枝状分布。
（2）截水沟：截水沟是布置在病害斜坡范围外，拦截旁引地表径流。
（二）排出地下水工程其作用是排除和截断渗透水。
（1）暗沟（2）明暗沟（3）渗沟（4）排水孔（5）排水洞（6）截水墙9.沟头防护工程1.蓄水式沟头防护工程:适宜于沟头上部来水较少，且有适宜的地方修建沟埂或蓄水池。
（1）沟埂式沟头防护工程是在沟头上部的山坡上修筑与沟边大致平行的若干道封沟埂，同时在距离封沟埂上方1-1.5m处开挖与封沟埂大致平行的蓄水沟，用以拦蓄坡面径流。
沟头坡地地形较完整，坡面较平缓，做成连续式围梗；沟头坡地地形较破碎，地面坡度变化较大，坡度15°左右，可做成断续式围梗。
（2）围梗蓄水池式沟头防护工程沟头以上有低洼地段或较平缓时，可在该低洼或者平缓处修建蓄水池，蓄水池与围梗互通。
2. 泄水式沟头防护工程适用于坡面来水量较大，坡面地形、地质受到限制不能采用蓄水式时，可采用泄水式沟头防护工程，将坡面径流汇至集中地点，导入排水沟泄走。
依据跌水的结构形式不同，可分为：悬臂跌水式台阶跌水式陡坡跌水式竖井跌水式10.涝池（蓄水池）容积设计及计算1.运用调节水量计算法设计（1）按日调节进行设计：A.当来水流量＜用水流量B.而昼夜来水量可以满足日用水量时，按日调节设计蓄水池容积。
实例：灌溉面积为50亩，设计灌水定额20m3/亩，稳定流量7m3/h，每天灌水10h，一次灌水时间为7天，输水系统的水分利用系数为0.95，确定蓄水池的容积。