坡面治理工程

我國山區(qū)面積約占全國國土面積的2/3，其中不少耕地為坡耕地。黃土高原坡耕地占總耕地面積的79％，水土流失主要淶源於此，因此，坡面治理具有很重要的意義。坡面治理措施與地面坡度、土質(zhì)等自然條件的不同而不同。工作量最大的是農(nóng)田基本建設(shè)，即梯田的建設(shè)。第一節(jié)坡面工程的類型及適用條件一、梯田（Terrace）

（一）梯田的作用Thefunctionofterrace攔蓄徑流泥沙；提高土壤肥力；為耕作機(jī)械化、水利化創(chuàng)造了條件。（二）梯田的分類

從全國範(fàn)圍來講梯田可分為：西北黃土區(qū)梯田緩坡梯田土石山區(qū)梯田水稻梯田華南熱帶林梯田。

根據(jù)田面縱坡來分：水準(zhǔn)梯田（benchterrace）坡式梯田隔坡梯田（conservationterrace）反坡梯田（slopeterrace）。

根據(jù)田坎建材來分：土坎梯田石坎梯田土石坎梯田

根據(jù)使用情況來分：

水稻梯田旱作梯田果園梯田茶園梯田。常見梯田

1.水準(zhǔn)梯田大部分梯田屬於此

2．坡式梯田

3．隔坡梯田slopeterrace,conservationbenchterrace4．石坎梯田

5．土石坎梯田Theconservationbenchterraceisdesignedforsemiaridregionswheremaximummoistureconservationisneeded.Itconsistsofanearthenembankmentandaverybroadflatchannelthatresemblesalevelbench.Thesloppingareaabovethisbenchandextendingupslopetothenextterraceridge,istherunoffcontributingareatothebenchedarea.二、地埂截水溝

地埂――沿等高線修築的水準(zhǔn)土埂，分軟埂和硬埂。

截水溝――臨時(shí)蓄水溝。增加梯田上部的水分條件。三、水簸箕，截水坑在田間凹地或集流槽處修築的蓄水工程四、蓄水池、水窖

InaridandsemiaridregionofNorthwestpartofChina,speciallyloessplateauRegion，在徑流集中的地方，為防止水土流失，就地?cái)r蓄坡面徑流的池子叫蓄水池，窖叫水窖。五、水準(zhǔn)階、水準(zhǔn)溝、魚鱗坑

1．水準(zhǔn)階

2．水準(zhǔn)溝

3．魚鱗坑魚鱗坑第二節(jié)坡面工程設(shè)計(jì)一、水準(zhǔn)梯田西北黃土高原應(yīng)用較多的是土坎水準(zhǔn)梯田。設(shè)計(jì)任務(wù)：

①根據(jù)地面坡度確定田面寬度；②根據(jù)土質(zhì)好壞及坡度大小決定田坎高度；③根據(jù)田坎穩(wěn)定要求決定田坎側(cè)坡坡角；④計(jì)算土方量、用功量。（一）水準(zhǔn)梯田斷面要素的相互關(guān)係斷面要素有：

田面毛寬Bm

田坎占地寬Bn

田面淨(jìng)寬B

田坎高度H

田坎坡度α

田面斜寬BL很顯然

Bm=HctgθBn=HctgαB=Bm-Bn=H（ctgθ-cgtα）（二）田面寬度B設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原則：便於機(jī)耕，利於灌溉，土方量、用功量小。畝土方量：Va=V·L

V－挖方或填方的斷面面積

L－每畝梯田的長度畝用功量：Wa=Va·SS－田面土方平均運(yùn)距則

Wa=55.5BH緩坡地（坡度在5度以下）根據(jù)機(jī)耕和灌溉要求

地面坡度θ（度）12～34～5田面寬度B(米)50～6030～4015～20陡坡地（坡度15度－25度，有的30度或35度）7～10米中坡地（坡度在5度－15度）15～20米，山坡頂部10～15米其他情況坡地，可根據(jù)地形特點(diǎn)和耕作條件調(diào)整。（三）田坎設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)坡角α及田坎高度H

h攔－攔蓄坎高，；

K－徑流係數(shù)；

f－設(shè)計(jì)最大暴雨△h－安全加高，取0.15~0.3m。2．田坎坡度α

α↑，不穩(wěn)

α↓，田坎占地多，用功多，故應(yīng)有一個(gè)經(jīng)濟(jì)、安全的α，根據(jù)土坡穩(wěn)定分析計(jì)算定。

黃土區(qū)α=60～90°。（四）梯田的修築標(biāo)準(zhǔn)（五）石坎梯田設(shè)計(jì)介紹

斷面要素

:《水土保持工程》作業(yè)題梯田斷面設(shè)計(jì)一、已知基本資料1.土壤為粉質(zhì)壤土，內(nèi)聚力c=1.0t/m2，內(nèi)摩擦角φ=21°,濕容重r=1.6t/m2;2.設(shè)計(jì)暴雨量48mm，徑流係數(shù)α=0.40。二、設(shè)計(jì)任務(wù)要求1.確定梯田類型；2.確定田面寬度、田坎高度及田埂尺寸；3.計(jì)算土方量和用功量；4.按比例繪製設(shè)計(jì)圖；5.編寫設(shè)計(jì)說明書。斷面要素

:名稱地面坡度田面斜寬田面寬田坎高田坎側(cè)坡坡度地埂高地埂底寬坎基寬耕作田面寬原土層厚挖方處保留土層厚符號(hào)аLBHβhDWbTt單位度米米米度米米米米米米1.田面寬

田面寬度應(yīng)根據(jù)地面坡度、灌溉、機(jī)耕需要確定，一般不小於4米。

a.在土層較厚或借土造田的地方

B=H(ctgα-ctgβ)b=B-D

石坎側(cè)坡坡比一般為1:0.2，坡度緩、坎較低則為1：0.1或垂直。

b.在土層較薄且沒有或借土條件的地方（β=90度）

B=2（T-t）ctgα2.田坎高田坎高根據(jù)土層和地面坡度確定，一般不超過3米。

田坎按擋土牆設(shè)計(jì)。在石坎梯田上部應(yīng)設(shè)排洪設(shè)施，保證梯田安全。梯田本身也應(yīng)在田頭修建排水口。二、隔坡梯田設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)主要解決兩個(gè)問題：（一）隔坡梯田坡地部分產(chǎn)流產(chǎn)沙量的估算（二）隔坡梯田平坡比的確定黃土高原隔坡梯田的平坡比一般在1:1~1:5之間。平坡比可依下式計(jì)算:m=m－平坡比

n－隔坡梯田的設(shè)計(jì)年限

s－年最大沖刷深度

a－蓄水埂有效攔蓄高度

ao－安全超高，一般取5cm三、坡式梯田設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)主要解決的問題：（一）地埂佈設(shè)（二）地埂的設(shè)計(jì)

地埂的斷面設(shè)計(jì)與來水來、來沙量有關(guān)，可據(jù)此來設(shè)計(jì)。在黃土區(qū)，地埂修後可逐年加高，一般每三年加高一次。1．地埂內(nèi)測度高H=h+Δh

h－地埂最大攔蓄高度

Δh－地埂安全加高，Δh=0.5m

最大攔蓄高度可根據(jù)單位埂長的坡面來水、來沙量Q來確定①Q(mào)=B（h1+h2）＋Vo

B－地埂水準(zhǔn)間距；

h1－最大一次暴雨徑流深；

h2－最大沖刷深度，

h2=h大+2h平

h大－年最大沖刷深h平－多年平均沖刷深；

VO－三年耕作翻入埂內(nèi)的土方量。每米埂長的最大攔蓄容積V可按下式計(jì)算

m－埂內(nèi)側(cè)邊坡比

L－回水長度（最大攔蓄高度時(shí)）

θ－田面坡度地埂最大攔蓄高度h，可根據(jù)下式計(jì)算

令V=Q則有則埂內(nèi)側(cè)高度：＝2．地埂鋪底寬度B0B0=3．埂外側(cè)高度

H2=H1+hc=H1＋B0sin?

4.每畝坡式梯田地埂土方量

G=A·L‘（三）變平年限（T）估算

變平原因

①翻土②沖刷③加高地埂沖刷面積按梯田面積一半計(jì)算，則

T=

V－坡地變?yōu)樗疁?zhǔn)梯田的土方量,按達(dá)到3°算;V1－第一次培埂坊量;g1－平均年沖刷量;g2－平均每年耕作下翻土方量;g3－平均每年加高地埂的土方量

四、山邊溝設(shè)計(jì)

主要是排水?dāng)嗝娴脑O(shè)計(jì)，採用明渠均勻流的公式，斷面有梯形和三角形。五、坡面蓄水工程設(shè)計(jì)（一）蓄水池

1．蓄水池佈設(shè)佈置形式常有下幾種：①路邊蓄水池防止沖毀道路

②溝頭蓄水池防止徑流下溝，引起溝頭前進(jìn)③田間蓄水池為灌溉方便，常佈設(shè)於較高的天然低地處2．蓄水池組成

由池底、池坎（埂）、進(jìn)出口三部分組成。3．蓄水池形狀及容積設(shè)計(jì)據(jù)來水量Q

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，乾旱半乾旱區(qū)每畝地來水可按30~100m3估算。陝北：3.0~50m3

關(guān)中：70~100m3

一般按60m3即可。（三）水窖1．位置佈設(shè)

2．形式

有井窖和窯窖兩種，前者多佈設(shè)於地下，後者多佈設(shè)於崖畔

3．容積

按有關(guān)公式計(jì)算，一般15~80m3。魚鱗坑第三節(jié)坡地灌溉工程設(shè)計(jì)

本節(jié)著重講小型提水灌溉工程設(shè)計(jì)（小型抽水站的設(shè)計(jì)）一、抽水站站址選擇

位置上：靠近水源，位於灌區(qū)中央，以減少輸水損失；地質(zhì)上：土質(zhì)堅(jiān)硬、無塌方、滑坡，以保證取水安全；管理上：交通方便，離村子近。

注意以下問題

1．在河溝取水的抽水站，須注意取水口位置，防止河道改道，位於凹岸。

2．在水庫和蓄水池取水，防止水位變化，抽不上水。

3．用電力作動(dòng)力的抽水站，離電源近，以節(jié)省輸電線路投資。

4．小塊田地，不宜設(shè)固定站，應(yīng)設(shè)臨時(shí)軸水站二、設(shè)計(jì)流量和設(shè)計(jì)揚(yáng)程確定（一）設(shè)計(jì)流量的確定

m－灌水定額（m3/畝）；

A－灌溉面積（畝）；

T－輪灌天數(shù)（天）；

η－渠系水有效利用係數(shù)，一般等於0.6－0.85；

t－每天開機(jī)時(shí)間（小時(shí)）。按上式求得Q後，應(yīng)考慮水源，如水源不足，應(yīng)以水源決定灌溉面積。（二）設(shè)計(jì)揚(yáng)程H確定

H=出水池水位－進(jìn)水池水位+ΔHΔH－水頭損失對(duì)小型站按下式估計(jì)：

H=（1.2~1.3）H地

H地－地形揚(yáng)程

H=H吸+H壓

=H吸地+ΔH吸+H壓地+ΔH壓

三、抽水機(jī)組選擇

由水泵和動(dòng)力機(jī)組成的提水主要設(shè)備叫抽水機(jī)組，其選擇主要是水泵和動(dòng)力機(jī)選擇。（一）水泵

1．水泵的類型及適用範(fàn)圍①離心泵：

②軸流泵：③混流泵：

2．水泵的性能水泵的性能常用流量Q、揚(yáng)程H、轉(zhuǎn)速n、功率N、效率η和允許吸上真空高度Hs來表示，這些值就叫做水泵的性能參數(shù)，其中Q、H、η是選擇水泵的主要依據(jù)。

為提高水泵的工作效率，規(guī)定了一段高效率範(fàn)圍，叫水泵的工作範(fàn)圍。將來所選水泵的Q、H不能超出此範(fàn)圍。

3．水泵的型號(hào)及意義

目前，我國生產(chǎn)的水泵，均用中文拼音字母及阿拉伯?dāng)?shù)字表示其型號(hào)。①單吸離心泵，B型及BA型

3B—9②雙吸離心泵（S型或sh型）

6S－8

比轉(zhuǎn)速：模型泵，揚(yáng)程H=1m，流量Q=0.075m3/s，功率N=1馬力時(shí)所測水泵的轉(zhuǎn)速叫水泵的比轉(zhuǎn)速ns。

ns與Q、H、n有如下關(guān)係：

ns=3.65n利用比轉(zhuǎn)速可：

1．對(duì)葉輪進(jìn)行分類（對(duì)水泵進(jìn)行分類）離心泵ns=50~300

混流泵ns=300~500

軸流泵ns=500~10002．水泵設(shè)計(jì)的依據(jù)

3．利用ns對(duì)水泵選型4.水泵的選擇

a依據(jù)水泵綜合性能圖

b依據(jù)水泵的綜合性能表5.水泵安裝高程計(jì)算安高：發(fā)生汽蝕安低：工程量增大

臥式離心泵的安裝高度指水泵軸線高程與進(jìn)水池最低水面高程的差，可按下式計(jì)算。H安＝Hs－（10－H大）－h(huán)汽－h(huán)管－

Hs：水泵允許吸上真空高度

10：一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓

h汽：水溫度變化時(shí)的飽和蒸氣壓力水頭

h管：吸水管的全部水頭損失

H大：不同海拔高程處的大氣壓力說明：Hs是水泵生產(chǎn)時(shí)按水溫20°C、海拔標(biāo)高300m並未考慮吸水管水頭損失時(shí)，實(shí)驗(yàn)求得的值，故在具體應(yīng)用時(shí)應(yīng)按前式作一校正。小型泵站（粗略值）：H安=

6.水泵工作點(diǎn)校目的：看水泵是否在工作範(fàn)圍內(nèi)運(yùn)行，流量是滿足要求水泵工作點(diǎn)的求法：①圖解法A：按比例在Q～H坐標(biāo)系內(nèi)繪出水泵的性能曲線Q～HB：計(jì)算管路的水頭損失和流量相互關(guān)係（ΔH～Q）關(guān)係曲線C：按公式H需＝H地+ΔH求得H需和Q的相互關(guān)係，並繪出H需和Q的關(guān)係曲線Q～H需曲線。D：水泵Q～H曲線的管路Q～H需關(guān)係曲線的交點(diǎn)即為水泵的工作點(diǎn)。②數(shù)解法。水頭損失與流量的關(guān)係曲線為：

ΔH＝SQ2S：管路沿程和局部阻力係數(shù)之和這樣，H需＝H地+ΔH＝H地+SQ2

故可令：

aQ2+bQ+c=H地+SQ2a、b、c為方程H＝aQ2+bQ+c的參數(shù)，可通過代入水泵性能表上的三組（Q、H）值求得S＝S沿+S局＝10.3n2校核水泵工作點(diǎn)的目的：

①檢驗(yàn)水泵的出水量是否滿足要求；②水泵是否在高效範(fàn)圍內(nèi)運(yùn)行；③軸功率是否超載或不滿載。7.水泵的串聯(lián)

要求：Q相同，但H可以不同同級(jí)串聯(lián)分級(jí)串聯(lián)8.水泵的並聯(lián)

要求：揚(yáng)程相同，流量可以不同

9.水泵的變速調(diào)節(jié)須注意：轉(zhuǎn)速變化不宜超過5～10％，否則降低水泵效率（二）水泵配套管路及附件1.管道類型及適用範(fàn)圍

a、鋼管b、鑄鐵管c、橡膠管d、塑膠管2.管徑選擇

①吸水管有剛度流速控制1～2m/sD吸＝（0.8～0.9）（m）圓成國家標(biāo)準(zhǔn)，D吸≥水泵進(jìn)口直徑②壓水管有強(qiáng)度，流速控制2～3m/sD壓＝（0.8～0.84）（m）3.附件選擇管路附件從吸水管進(jìn)口算起，一般包括：底閥（喇叭口）；彎頭；漸細(xì)管、漸粗管（偏心大小頭、正心大小頭）；閘閥；逆止閥；拍門四抽水站建築物設(shè)計(jì)固定抽水站建築物有：引水口、引水渠（涵洞）、進(jìn)水池、機(jī)房、管道、出水池和輸水渠，但從水庫、蓄水池中直接取水的抽水站則不設(shè)引水口、引水渠和進(jìn)水池。（一）引水口

位置：河流凹岸水流窄深處；在灌溉渠上，應(yīng)位於跌水或控制閘門的上游，以充分利用水頭。

建築物：閘涵（二）引水渠（三）進(jìn)水池

組成：集水池，漸變段（1）集水池要有一定的容積，以保證水流能平穩(wěn)的進(jìn)入吸水管，且不進(jìn)入空氣使水泵發(fā)生氣蝕為原則。（2）漸變段漸變段擴(kuò)散角α，以使水流平穩(wěn)，不脫壁，工程量不大為原則，一般取α＝20°～40°

（3）進(jìn)水池結(jié)構(gòu)及附屬設(shè)備（四）出水池

根據(jù)水流方向分：

正向出水池側(cè)向出水池根據(jù)水流出流方式不同：

淹沒式出流出水池自由式出流虹吸式出流（五）管道及鎮(zhèn)墩

（1）管道佈置（2）管坡（3）管道鎮(zhèn)墩及支墩（六）抽水機(jī)房

溝壑治理工程

溝壑治理工程就是從溝頭到溝口修築一系列建築物，進(jìn)行控制、攔蓄經(jīng)流和泥沙，達(dá)到固溝保原（坡）、合理利用水沙資源的目的。我們把這一系列的建築就叫溝壑治理工程。第一節(jié)溝頭防護(hù)工程一、溝頭防護(hù)工程的形式黃土高原溝頭防護(hù)工程的形式很多，常見形式可歸納為四類。（一）溝埂式溝頭防護(hù)

1.連續(xù)圍堰式

2.斷續(xù)圍堰式（二）池埂結(jié)合式（三）排水式溝頭防護(hù)

1．跌水式（四）分段蓄水式溝頭防護(hù)二、工程設(shè)計(jì)（一）溝埂設(shè)計(jì)

1．溝埂位置的確定L=（2~3）h2．溝埂尺寸確定

埂長、埂斷面尺寸以來水量確定來水量溝埂斷面尺寸可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)定:b≈0.5m，側(cè)坡1：1θ＜6°高度0.5~0.8m；

θ=15°~25°高度0.6~1.2m

埂長根據(jù)地形情況定每米埂長蓄水容積:

H=ho+ΔhΔh=0.2m左右

全部蓄水量：V=V·L

V=W時(shí)，設(shè)計(jì)合理；V＞W(wǎng)時(shí)，設(shè)計(jì)尺寸偏大；V＜W時(shí)，應(yīng)設(shè)第二道溝埂攔蓄剩餘水量，但須在第一道溝埂上設(shè)溢水口，並注意採取防沖措施。（二）溝頭蓄水池設(shè)計(jì)（三）排水管（槽）設(shè)計(jì)

1.溝頭來水流量Qm的確定

Qm＝0.278αIpF

2.排水管（槽）斷面尺寸確定

（四）臺(tái)階式排水設(shè)計(jì)

1.跌水的結(jié)構(gòu)構(gòu)造進(jìn)口跌水牆陡槽消力池出口

2.跌水水力尺寸計(jì)算（1）進(jìn)口矩形缺口可按寬頂堰公式計(jì)算：

Qm=MbcH03/2

（2）陡槽水力尺寸計(jì)算

小型陡槽可不必計(jì)算水面曲線，只計(jì)算臨界水深和正常水深即可，以此確定陡槽的斷面尺寸。（3）消力池水力尺寸計(jì)算

要求：在消力池中產(chǎn)生淹沒式水躍，淹沒係數(shù)在1.05~1.10之間確定池深d、池寬b和池長Ld≥σh〞-h下

b≥b水第二節(jié)穀坊工程一、穀坊工程的種類及適用條件

穀坊種類較多，按建材分，有土穀坊，石穀坊和生物穀坊。（一）土穀坊（二）石穀坊

1.幹砌石穀坊

2.漿砌石穀坊

3.石籠穀坊

（三）生物穀坊二、穀坊設(shè)計(jì)

任務(wù)：確定穀坊位置、高度、結(jié)構(gòu)尺寸、溢水口尺寸、座數(shù)（一）穀坊佈設(shè)位置確定

佈設(shè)原則：頂?shù)紫嗾铡⑿《喑扇海こ塘啃　r蓄效益大。

佈設(shè)點(diǎn)：直段、防拐彎、坎上、溝窄處佈設(shè)。（二）穀坊高度土穀坊小於5m

幹砌石穀坊1.5m左右漿砌石穀坊：3—5m左右柳穀坊1m左右（三）穀坊數(shù)量及間距

1．在寬的幹溝內(nèi)穀坊間距：h=Li

h－穀坊底到溢水的高度；

i－溝道比降。

H－最下游穀坊底到最上淤穀坊溢水口底的地形高差。

2．底坡不均，有臺(tái)階或跌坎時(shí)3.在比降大的沖溝、幹溝內(nèi)

淤積有翅尾巴現(xiàn)象，穀坊間距可按下式求得：

i－溝床原比降；ic－淤積物比降。粗砂兼卵石:ic=0.02；粘土：ic=0.01；粘壤土：ic=0.008；砂土：ic=0.005

若採用穀坊高度相同,則：

當(dāng)i、ic、h已知時(shí)，則可由其繪圖求得穀坊的位置和座數(shù)。（四）穀坊溢流口尺寸確定（一）設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)：？）

（二）水力計(jì)算用堰流公式：

Q=MBH3/2（寬頂堰不淹設(shè)自由出流公式）穀坊頂流速不能太大，太大會(huì)沖刷，故應(yīng)校核穀坊頂流速根據(jù)試驗(yàn)：hk≈（0.46~0.64）Hhk－臨界水深允許流速ν允見P153表4-2。淤地壩設(shè)計(jì)一、已知基本資料

1.流域溝道壩址地形圖一張（1/1000）；

2.壩址以上集水面積5km2;3.經(jīng)勘測計(jì)算，求得壩高H與庫容V、淤地面積A的關(guān)係見圖；

4.流域年侵蝕模數(shù)K=10000t/km2,20年一遇設(shè)計(jì)洪水流量Q20=105m3/s，洪水總量W洪＝10萬m3，200年一遇設(shè)計(jì)洪水流量Q200=180m3/s，洪水總量W洪＝17萬m3；

5.溝道無常流水；

6.壩址附近有充足的築壩土料，土壤內(nèi)摩擦角φ＝20°，內(nèi)聚力c=0.8t/m2;7.放水洞設(shè)計(jì)流量Q=0.5m3/s二、設(shè)計(jì)任務(wù)、要求

1.掌握中小型淤地壩設(shè)計(jì)方法、步驟；

2.在1/1000地形圖上進(jìn)行樞紐佈置；

3.擬定淤地壩斷面形狀及尺寸；

4.進(jìn)行壩坡穩(wěn)定分析計(jì)算；

5.設(shè)計(jì)溢洪道及放水建築物；

6.繪製設(shè)計(jì)圖；

7.編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。第三節(jié)淤地壩工程一．淤地壩的概念在溝道中攔泥淤地所打的壩叫淤地壩。在水土流失溝壑治理中還有一種型式的淤地壩叫攔洪淤地壩（骨幹淤地壩或治溝骨幹工程），它除了具有淤地壩的作用外，還有控制壩系洪水保護(hù)下游淤地壩、水庫等運(yùn)用安全的作用。二．淤地壩樞紐工程的組成及作用

（一）淤地壩工程的組成及作用淤地壩工程一般由三大件組成，即大壩、溢洪道，放水洞（二）淤地壩樞紐工程組成方案選擇

1.三種組成方案的特點(diǎn)

(1)三大件

(2)兩大件

(3)一大件

2.組成方案選擇三、淤地壩的分級(jí)及設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)：重要性；失事後的危害性

關(guān)係到技術(shù)安全、工程的造價(jià)和建設(shè)速度依據(jù)壩高、庫容、淤地面積將淤地壩分為大、中、小三級(jí)四、淤地壩庫壩址選擇

好的壩址，應(yīng)淤地面積大、工程量小、運(yùn)用安全可靠（一）地形方面（二）地質(zhì)方面（三）築壩材料方面（四）其他方面五、樞紐工程佈置（一）土壩佈設(shè)（二）溢洪道（三）放水洞佈設(shè)取水建築物：臥管豎井輸水建築物：六、淤地壩壩高、庫容及淤地面積的確定

（一）壩高、庫容和淤地面積的關(guān)係（二）淤地壩壩高與庫容的確定淤地壩壩高一般由攔泥壩高h(yuǎn)攔，滯洪壩高h(yuǎn)滯和安全超高Δh三部分組成：即壩高：H=h攔+h滯+Δh1．?dāng)r泥庫容和攔泥壩高的確定

當(dāng)流域面積、來沙量一定時(shí)，應(yīng)把淤地面積最大、工程量最小和達(dá)到“水沙相對(duì)平衡”時(shí)的相對(duì)壩高作為設(shè)計(jì)攔泥壩高。一般情況，可根據(jù)下式求出攔泥庫容V攔

或再以V攔查壩高~庫容曲線求得h攔2．滯洪壩高的確定

不設(shè)溢洪道：一次設(shè)計(jì)洪水總量定

設(shè)溢洪道：調(diào)洪計(jì)算3．安全超高

通常不作計(jì)算，可按規(guī)範(fàn)選取

按上述方法求得壩高H後，應(yīng)和現(xiàn)場實(shí)際地形對(duì)照，不合適應(yīng)再調(diào)整。七、淤地壩庫的調(diào)洪計(jì)算

（一）調(diào)洪計(jì)算目的任務(wù)

確定溢洪道下泄流量（決定溢洪道尺寸）、滯洪庫容和滯洪壩高。（二）調(diào)洪計(jì)算方法用簡化三角形法V滯=SΔoac-SΔobc=Q洪t3－Q泄t3=t3（Q洪－Q泄）洪水總量W洪=SΔoac＝Q洪t3

t3=Q泄=Q洪（1－

)調(diào)洪計(jì)算方法、步驟：

1．由計(jì)畫淹深假設(shè)h滯，再由H~V曲線求得V滯

2．按公式Q泄=Q洪（1－）求Q泄

3．按堰流公式Q=MBH3/2求溢洪道寬度B。經(jīng)過多次假設(shè)計(jì)算，最終對(duì)工程作經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較，取一個(gè)合適的B，該B所對(duì)應(yīng)的h滯，Q泄，V滯即為調(diào)洪計(jì)算所求。

對(duì)於淤積年限較長的壩庫，一般需多年才能淤滿，此時(shí)可將部分?jǐn)r泥庫容作為滯洪庫容對(duì)待，此時(shí)

Q泄=Q洪（）

W攔：用作滯洪庫容的部分?jǐn)r泥庫容

溢洪道的最大下泄流量、排洪渠的最大流量與滯洪庫容有如下關(guān)係：

V滯=W洪（1－）

α―係數(shù)α＝1－Q排/Q洪

Q排=

式中：β―係數(shù)β＝（1＋H2/H1）3/2H2―壩地允許洪水淹深

H1―排洪渠最大水深此時(shí)調(diào)洪計(jì)算求V滯及h滯可按下述步驟進(jìn)行：（1）根據(jù)壩地生產(chǎn)要求（防洪標(biāo)準(zhǔn)）確定溢洪道的寬度Ba.根據(jù)允許淹深（0.5~1.5m）假設(shè)H2。

b.據(jù)假設(shè)查V~H曲線得V允滯

c.根據(jù)V允滯、Q洪、W洪，再據(jù)公式Q排=

，求Q排（試算）

d.按Q排=Q=MBH13/2求溢洪道寬度B（2）根據(jù)工程安全要求（防洪標(biāo)準(zhǔn)）確定h滯、V滯及Q泄

a.根據(jù)工程安全假設(shè)h滯；

b.再據(jù)假設(shè)h滯，查V~H曲線得V滯；

c.由假設(shè)h滯，及上求得B，據(jù)Q=MBH3/2=Q泄=MB（H1+h滯）3/2求Q泄；

d.用Q洪、W洪及Q泄用公式V滯=W洪（1－）求V滯；

f.看V滯與b步查得V滯是否相等，若不，則另設(shè)h滯重複以上步驟，直至相等為止。（四）壩系調(diào)洪計(jì)算壩系調(diào)洪溢洪道設(shè)計(jì)流量計(jì)算可按下式進(jìn)行：

Q泄=(Q上P＋Q區(qū)P)（1－）

式中：Q上P—頻率為P的上壩溢洪道設(shè)計(jì)流量；

Q區(qū)P—上壩之下本壩控制區(qū)間面積，頻率為P時(shí)的設(shè)計(jì)洪峰流量；

V滯—本壩滯洪庫容；

W上P—本壩溢洪道開始溢流達(dá)最大溢流時(shí)段內(nèi)的上游工程下泄的洪水總量；

W區(qū)P—相應(yīng)於Q區(qū)P的設(shè)計(jì)洪水總量；

W本—本壩可用作滯洪的部分?jǐn)r泥庫容。調(diào)洪計(jì)算示例：第四節(jié)土壩設(shè)計(jì)一、土壩的分類及壩型選擇（一）土壩分類

1.按施工方法：夯碾壩、水墜壩、定向爆破壩、幹砌石壩、漿砌石壩、堆石壩

2.按土壩構(gòu)築結(jié)構(gòu)組成材料分（土料在壩體內(nèi)的位置及防滲體的位置）：心牆壩、斜牆壩、鋪蓋壩等按築壩材料分：土壩、石壩、土石混合壩按壩型分：砌石重力壩、拱壩、均質(zhì)土壩等按用途分：攔泥生產(chǎn)壩、緩洪骨幹壩。拱壩砌石重力壩

淤地壩壩型的選擇主要是根據(jù)築壩材料、壩址處地質(zhì)、水文地質(zhì)和施工條件等來定。對(duì)黃土地區(qū)本著就地取材一般選用均質(zhì)土壩。土石山區(qū)可考慮選用土石混合壩。對(duì)於斷面呈“V”字型的溝道（基巖），還可考慮拱壩。由於黃土區(qū)最常見的是均質(zhì)土壩（夯碾壩、水墜壩），故本章如非著意指出，我們所說的淤地壩一般指均質(zhì)土壩。（二）壩型選擇

1.均質(zhì)土壩

2.非均質(zhì)土壩兩種土料築成，透水性小的土料作防滲體

3.心牆、斜牆、鋪蓋、混合壩說明：淤地壩對(duì)防滲性的要求小於水庫的要求，因而常用均質(zhì)壩，一般粘土、砂土均可用。二、壩土料選擇

（一）土料特性試驗(yàn)測定（二）碾壓壩築壩土料選擇（三）水墜壩築壩土料選擇三、土壩斷面結(jié)構(gòu)構(gòu)造及尺寸擬定

壩高定後，斷面尺寸還包括壩頂寬，上下游邊坡等。

（一）壩頂寬度壩頂寬度與結(jié)構(gòu)，高度和交通要求等有關(guān)。可參考表4~8。

（二）壩邊坡與壩高、築壩材料和施工方法等因素有關(guān)，參閱表4~8。然後經(jīng)過上坡穩(wěn)定分析計(jì)算最終確定。

（三）壩坡馬道當(dāng)坡高超過10~15m時(shí)，考慮到施工、行人、交通、排水和臨時(shí)堆放材料之需，可在壩中部設(shè)1~1.5m寬的人行馬道（戧臺(tái)）。馬道上部壩坡陡，下部緩。（四）壩坡保護(hù)上游壩面（淤地面以上）防風(fēng)浪，常用幹砌石保護(hù)。下游壩面防降雨沖刷，可種植牧草、灌木，還需作縱橫向排水措施，特別是壩端與溝坡相接處。（五）壩體排水

排水措施的作用：降低浸潤線的位置，防止?jié)B透破壞（流土，管湧）；二是增加壩坡穩(wěn)定，減小壩的斷面尺寸。常見的排水措施有下麵幾種：

1．表面排水

優(yōu)點(diǎn)：用抖少、便於施工觀察、維修，防止?jié)B透破壞。缺點(diǎn)：不能降低浸潤線位置適用於：中、小型淤地壩。反濾層：一般由2到3層粒徑不同的砂石料鋪築而成，層面與滲流方向近乎垂直，沿滲流方向粒徑由小逐漸加大。2．棱式反濾體排水

優(yōu)點(diǎn)：降低浸潤線，支撐壩體，利於穩(wěn)定

缺點(diǎn)：用料多，檢修麻煩。具體尺寸，見書上。

適用於：大、中型土壩和水庫。3．有水準(zhǔn)砂溝的排水（褥墊排水）

適用於：不透水地基或透水性較差的地基，對(duì)水墜法施工排除壩體水分非常有利。不太適應(yīng)不均勻沉陷，我國使用不多。四、土壩穩(wěn)定分析計(jì)算

（一）土壩穩(wěn)定分析計(jì)算的目的

體積大，一般不會(huì)整體滑動(dòng)。穩(wěn)定分析計(jì)算的目的是求穩(wěn)定狀態(tài)下，最優(yōu)的斷面形狀尺寸。（二）土壩滑坡因素及滑坡形態(tài)

滑坡形態(tài)：圓弧、直線或折線（三）土壩穩(wěn)定分析計(jì)算的方法

圖解法：中小型壩

條分發(fā)：大中型工程五、土壩分期加高設(shè)計(jì)問題

（一）分期加高設(shè)計(jì)的依據(jù)和設(shè)計(jì)方法

（二）分期加高設(shè)計(jì)與“三大件”設(shè)計(jì)方案

1.土壩加高方案及設(shè)計(jì)要求內(nèi)坡加高法、外坡加高法、騎馬式加高法。

2.加高壩時(shí)溢洪道設(shè)計(jì)要求原形加高法、土渠加陡法、滾水壩法

3.加高壩時(shí)放水洞設(shè)計(jì)要求豎井：垂直加高法臥管：向上延伸加高法

第五節(jié)淤地壩溢洪道一、位置選擇

1.工程量小

2.地質(zhì)良好

3.溢洪安全

4.水力條件好

二、佈置形式

1．明渠式小型壩庫，洩洪流量小

2．堰流式跌水式陡坡式三、水力計(jì)算（一）明渠式（二）陡坡式

1.溢流堰尺寸計(jì)算

2．陡坡段尺寸計(jì)算①計(jì)算臨界水深，臨界坡度ik,判斷是否屬陡坡

矩形：後由梯形:(臨界水深關(guān)係式)試算

②計(jì)算陡坡長度（用幾何關(guān)係）③計(jì)算正常水深④計(jì)算繪製水面曲線⑤確定陡坡終點(diǎn)的流速Va看其是否滿足不沖流速⑥確定側(cè)牆高度

H=h+hB+△hh－水深

hB－摻氣時(shí)的水深增加值，可按下式計(jì)算：流速V小於或等於20m/s時(shí)，hB=

流速V大於20m/s時(shí)，

Δh－安全加高，可取0.5－1.0m3．消能段

底流消能;挑流消能（1）消力池消能消力池消能水力計(jì)算的目的有兩個(gè)：①確定是否修建消力池

必須進(jìn)行水躍的計(jì)算

②如需修建消力池，確定消力池的深度和長度。

d=δh″-h下

式中:δ－淹沒係數(shù)，一般取1.05-1.1h下－下游管道的水深（2）挑流鼻坎消能

優(yōu)點(diǎn)：省工省料（不建消力池）節(jié)藥投資

缺點(diǎn)：要求下游地基良好，最好是基巖，否則會(huì)引起嚴(yán)重的沖刷，對(duì)下游的河床產(chǎn)生破壞。四、溢洪道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（一）溢洪道進(jìn)口段

1．引水渠

基巖上土基上

2．漸變段

3．溢流堰為溢洪道的控制段過水?dāng)嗝娑酁榫匦?/p>

溢流堰建在土基上寬頂堰巖基上實(shí)用堰底板漿砌石，作齒牆由三部分組成過水堰漿砌石邊墩漿砌石擋土牆，比溢流面高

0.5~1.0m。溢流堰上有時(shí)設(shè)工作橋，可用鋼筋混凝土板建造，寬1.5~3.0m。（三）陡坡段

建立在：土基縱坡1:

3~1：5

巖基縱坡1：1~1：31．側(cè)垟基礎(chǔ)斷面形狀是否襯砌巖基矩形需鑿平或用混凝土砂漿抹面土基梯形需用漿砌石或混凝土襯砌,邊坡比1：1~1：3漿砌石襯砌厚0.3~0.4m混凝土襯砌厚

0.1~0.15m

為防止不均勻沉陷及施工方便，沿水流方向每隔5~8m留一沉陷縫。2．陡槽底板

基礎(chǔ)是否襯砌襯砌厚

巖基：良好可不襯砌，僅鑿平即可不良，流速大用塊石或混泥土襯砌漿砌塊石襯砌厚0.25~0.4m

混凝土襯砌厚

0.1~0.15m

土基：