水土保持工程技术课件

山溝治理工程分專案一溝頭防護工程(protectionmeasuresofgullyhead)

黃土區侵蝕溝溝頭侵蝕主要是斜坡塊體運動，溝頭前進主要由串珠狀陷穴和陷穴間孔道的塌陷引起，溝穀擴張則由溝坡崩塌、滑塌和瀉溜引起。由於黃土入滲力強、多孔疏鬆、濕陷性大，經暴雨徑流沖刷，岸坡穩定性差，溝蝕劇烈。溝頭前進速度快，溝坎高差大，溝床下切快，溝穀擴張加劇。溝頭侵蝕的危害：（1）造成大量土壤流失（2）毀壞農田（3）切斷交通溝頭防護工程是斜坡固定工程的一個組成部分，根據作用可將其分為蓄水式溝頭防護工程和排水式溝頭防護工程兩類。一、蓄水式溝頭防護工程當溝頭上部來水較少時，可採用蓄水式溝頭防護工程，沿溝邊修築一道或數道水準半圓環形溝埂，攔蓄上游坡面徑流，防止徑流排入溝道。（一）溝埂式溝頭防護在溝頭以上的山坡上修築與溝邊大致平行的若干道封溝埂，同時在封溝埂上方1.0-1.5米處開挖與封溝埂大致平行的蓄水溝。在設計中要注意封溝埂的位置、封溝埂的高度、蓄水溝的深度、溝埂的長度及道數。第一道封溝埂與溝頂的距離，等於2－3倍溝深，至少5－10米，以免引起溝壁崩塌。各個封溝埂間的距離可用下式計算：

L＝H/IH－埂高I－最大地面坡度%

L－封溝埂的間距

1、初步擬定溝埂的尺寸與長度；

2、計算蓄水溝的蓄水容積（設計來水量）；

3、確定溝埂的尺寸與長度。封溝埂與蓄水溝斷面示意圖①連續式攔水溝埂：在完整的坡地上常採用的一種溝頭防護工程。它是根據當地的土壤情況、溝壁的高低、溝頭的形狀,在距溝邊一定距離處（取1～3倍的溝深,以蓄水滲透不致造成溝岸坍塌及陷穴為原則），沿等高線位置採取上挖下墊，挖溝築埂而成。溝與埂間淨距為1m。埂高0.7～1.0m。溝、埂斷面均取梯形。所形成的攔水埂依地形和來水量大小可以是一道，也可分成若干道佈設(圖1a)。

②斷續式攔水溝埂：在溝頭地形破碎的情況下，沿等高位置修築的一種不連續的，上下行呈品字形排列的攔水溝埂(圖1b)。（二）埂牆澇池式溝頭防護當匯水面積較大，並有較平緩的地段時，則可開挖澇池群。二、泄水式溝頭防護工程在下列情況時可修建泄水式溝頭防護工程（1）當溝頭集水面積大且來水量多時，溝埂已不能有效攔蓄徑流。（2）受侵蝕的溝頭臨近村鎮，威脅交通，而無條件或不允許採取蓄水式溝頭防護時，須把徑流集中地點通過泄水建築物排泄入溝，並設有消能措施。（一）懸臂跌水式溝頭防護當陡崖高差小，徑流量較小的時，可用木板、石板、混凝土板或鋼板作成槽狀，使水流直接下泄到溝底，不讓水流沖刷跌水壁，溝底設消能措施。

當陡崖高差大，徑流量小的時候，可採用懸臂噴嘴式跌水（見圖）1、設計排水量計算

Qm＝0.278Fhα

F－集水區面積α－洪峰徑流係數h－設計暴雨量

2、結構設計

由進口集水池、噴管、拉鏈和柳穀坊四部分組成。

3、水力計算（二）陡坡式溝頭防護一般用於落差較小、地形降落線較長、徑流量較大的地點，一般採用陡坡式溝頭防護（為減少急流沖刷，可人工增加急流槽的粗糙程度）。1、設計排水量計算。2、結構設計：由進口集水池、陡槽、反弧段、挑流鼻坎、支墩和支架等幾部分組成3、水力特性。（三）臺階式跌水溝頭防護可分為單級式和多級式。單級式用於跌差不大，地形降落集中的地方；多級式多用於跌差較大而地形降落距離較長的地方。h—泄水槽水深(m)

b－泄水槽底寬(m)Q－設計洪水流量(m3/s)分專案二穀坊穀坊的概念穀坊是水土流失地區溝道治理山洪與泥石流的一種主要工程措施。一般佈設在小支溝、沖溝或切溝上，以穩定溝床，防止溝床下切、岸坡崩塌和溯源侵蝕為主，壩高3－5米，攔沙量小於1000方，以截流固床護坡為主。

穀坊是指在山區溝道內為防止溝床沖刷及泥沙災害而修築的橫向擋攔建築物。又名防沖壩、沙土壩、閘山溝。一、穀坊的作用1、固定與抬高侵蝕基準面，防止溝床下切。

2、抬高溝床，穩定山坡坡腳，防止溝岸擴張及滑坡。

3、減緩溝道縱坡，減小山洪流速，減輕山洪或泥石流災害。

4、逐漸淤平溝道，形成壩階地，為當地農林生產創造條件。穀坊的主要作用是防止溝床下切沖刷。溝道內是否修築穀坊以溝道內是否會發生溝床下切為主。溝床發生下切與溝床的土壤、地質條件、植被狀況、縱坡、山洪流速、流量等關係密切。當洪水流速大於溝道允許最大流速時須修建穀坊。二、穀坊的種類（一）根據所用材料可分為

①土穀坊②幹砌石穀坊③枝梢穀坊④插柳谷坊⑤浆砌石谷坊⑥竹笼装石谷坊⑦木料谷坊⑧混凝土谷坊⑨鋼筋混凝土穀坊⑩鋼料穀坊

（二）根據使用年限可分為永久性穀坊（⑤⑧⑨）和臨時性穀坊（①②③④⑥⑦⑩）

（三）按谷坊的透水性质可分为透水性（②③④⑥⑦⑩）和不透水性谷坊（①⑤⑧⑨）。透水性谷坊只起拦沙挂淤作用。幹砌石穀坊幹砌石穀坊石穀坊幹砌石穀坊漿砌石穀坊混凝土穀坊枝梢穀坊插柳穀坊木料穀坊石籠穀坊枝條穀坊鋼料穀坊三、穀坊位置的選擇1、穀口狹窄；

2、溝床基岩外露；

3、上游有寬闊平坦的貯砂場所；

4、在有支流匯合的情形下，應在匯合點的下游修建穀坊；

5、穀坊不能設置在天然跌水的上下游，但可設置在有崩塌危險的山腳下。判斷基岩埋藏深淺的依據①當兩岸或溝底的部分基岩外露時，可估計基岩較淺；

②兩岸及附近的基岩外露，壩址處溝底雖被砂礫覆蓋，可估計砂礫層較薄；

③沟底有大石堆积，埋深浅；沟底无大石堆积，埋深深；

④沟底狭窄，呈“V”字形的地方，砂礫層較厚；

⑤坡度大的溝道上游部分，埋深不大。四、穀坊設計（一）穀坊間距的確定

穀坊間距與穀坊高度及淤積泥沙表面的臨界不沖坡度有關。

谷坊淤满后淤积泥沙的表面坡度称为稳定坡度。

稳定坡度的估算：

⑴根據壩後淤積土的土質決定淤積物表面的穩定坡度。

沙土0.005粘壤土0.008粘土0.01粗沙0.02

⑵根据瓦兰亭公式计算稳定坡度

I0＝0.093d/H

d—砂礫的平均礫徑H－平均水深四、穀坊設計⑶日本學者認為穩定坡度是原有坡度的一半；

⑷修建實驗穀坊，淤滿後實測穩定坡度。

①L＝H/（I－I0

）

L－穀坊間距；H－穀坊高度；

I－天然坡度；I0－穩定坡度。

②L＝（1.5-2.0）n在日本n=1/I

L＝（1.5-2.0）b

b－溝寬四、穀坊設計（二）穀坊貯砂量的計算

V－貯砂量

h－穀坊溢流口頂緣距地面的高度

B1－堆積地的平均寬度

E－舊溝床的傾斜角

α－堆積傾斜角

b－貯留泥沙和舊溝床的相交點至穀坊的水準距離四、穀坊設計(三)穀坊斷面規格

確定穀坊的斷面，一要考慮穩固，二要考慮省工，三要考慮發揮作用，四要考慮就地取材，因地制宜。

(四)穀坊的溢流口設計作業題

1、穀坊穩定坡度

2、簡述穀坊的作用。

3、穀坊位置選擇時應滿足哪些條件？分專案三攔砂壩攔砂壩的定義攔砂壩是指以攔蓄山洪泥石流溝道中固體物質為主要目的的擋攔建築物。一般建在主溝或較大的支溝內，通常壩高大於5米，攔沙量在1000立方－100萬立方。一、攔砂壩的作用與壩址選擇攔砂壩一般設置在泥石流溝道形成區或形成區與流通區溝穀內，是泥石流綜合治理的骨幹工程。（一）攔砂壩的主要作用

1、攔蓄泥沙，調節溝道內水沙，以免除對下游的危害，便於下游河道整治。

2、提高壩址處的侵蝕基準，減緩壩上游淤積段河床比降，加寬河床，減小流速，從而減小水流侵蝕能力。

3、穩定溝岸崩塌及滑坡，減小泥石流的沖刷及衝擊力，防止溯源侵蝕，抵制泥石流發育規模。一、攔砂壩的作用與壩址選擇1、天然壩址的選擇

⑴地質條件：無斷裂、無滑坡、崩塌，岸坡穩定性好，溝床有基岩外露，壩基岩石緊密堅硬；

⑵地形條件：壩址處溝穀狹窄，壩上游溝穀開闊，溝床縱坡較緩。

①泥沙形成区，沟道断面狭窄处；

②泥沙形成区与流过区交接段的狭窄处；

③流過區開闊段下游狹窄處；

④流过区与支沟汇合处下游狭窄处；

⑤流过区与沉积区连接段的狭窄处。

⑶建築材料

坝址附近有充足的石料

⑷施工条件

壩址距離公路較近，有充足的水源。2、攔砂壩的佈置原則

⑴與防治工程總體協調佈置

⑵能滿足攔砂壩本身的設計要求

⑶有较好的综合效益二、壩型選擇攔砂壩壩型主要根據山洪或泥石流的規模及當地的材料來決定。

（一）按結構分

1、重力壩：依自重在地基上產生的摩擦力抵抗壩後產生的推力和衝擊力。優點：結構簡單，施工方便，就地取材，耐久性強。缺點：築壩用料大。

2、切口壩：是重力壩的變形，又稱縫隙壩，可攔截大礫石。

3、錯體壩：壩肩處有活動滑坡。

4、拱壩：優點：省工省料。缺點：對壩基要求較高，溝穀狹窄，兩岸基岩堅固。

5、格柵壩：良好的透水性、良好的選擇性、壩下沖刷下、十幾年來壩後易於清淤、現場拼裝、施工速度快。缺點：強度和剛度小。

6、鋼索壩。重力壩重力壩切口壩拱壩格柵壩二、壩型選擇（二）按建築材料分：

1、砌石壩：幹砌石、漿砌石。

2、混合壩：土石混合壩、木石混合壩。

3、鐵絲石籠壩。

4、格柵壩砌石壩鐵絲石籠壩格柵壩三、壩高與攔砂量確定（一）壩高的確定

1、攔沙效益：壩體愈高，攔沙愈多；

2、工程量和工期：冬春進行，雨季前完完工；

3、壩下消能措施:壩體越高，修建消能設施的費用就越高，可採用節節打壩。

（二）攔砂量計算（P115）四、攔砂壩的斷面設計（一）斷面輪廓尺寸

壩高、壩頂寬度、壩底寬度、上下游邊坡係數。边坡系数：是指边坡的底宽与渠道深度或水深的比值。（二）壩的穩定與應力計算

重力攔砂壩遭破壞的情況：①壩基摩擦力不足以抵抗水準推力，因而發生滑動破壞；②在水準推力和壩下滲透壓力的作用下，壩體繞下游壩趾的傾覆破壞；③壩體強度不足以抵抗相應的應力，發生拉裂或壓碎。

1、作用力計算：

①壩體重力G：

G＝V·γd·b

b－单位宽度，

②淤积物重量：作用在坝体上游面上的淤积物重量等于淤积体积乘以淤积物容重。

③水壓力P：

P＝γh2b

h－坝前水深④泥沙壓力P泥：

坝前泥沙压力：

P泥＝γcH2tg2(450-ψ/2)b/2H－壩前淤積物的高度

ψ－淤積物的內摩擦角。

ψ＝7.24（γc－1）5.82

下游壩基上的泥沙壓力為被動土壓力，

E＝γcH12tg2(450＋ψ/2)b/2

H1－壩基礎深度

⑤壩基揚壓力：

Wψ＝γHBa1b/2

B－坝底宽度

H－壩高a1－基礎接觸面積係數取值為1⑥泥石流衝擊力

P沖＝KρVc2sinα

α－泥石流流向与坝轴线的交角

⑦地震力

2、壩體抗滑穩定計算

K＝3、壩基應力計算

上游面應力σ上＝下游面應力σ下＝e=M/N（三）溢流口設計

溢流口設計的目的在於確定溢流口尺寸，即溢流口的寬度和高度。其設計步驟如下：1、確定溢流口形狀和兩側邊坡：一般為梯形，邊坡坡度為1：0.75－1：1，固體含量多的泥石流溝道，可為弧形。

2、計算壩址處設計洪峰流量Qc(第三節）

3、計算溢流口寬度：選定單寬溢流流量q，估算寬度B。

4、計算過壩溢流深度：用試演算法求出過壩溢流深度ho。

5、計算溢流口高度：h=ho+△h，△

h一般為0.5－1.0米。（四）壩下消能與沖刷深度計算

1、壩下消能

（1）子壩（副壩）消能：適用於大中型山洪或泥石流荒溪。一般子壩的壩頂應高出原溝床0.5－1.0米，以保證子壩回淤線高於主壩基礎頂面。子壩與主壩間的距離，可取2－3倍主壩壩高。

（2）護坦消能：適用於小型溝道。一般用漿砌塊石砌築，長度為2－3倍的主壩高。厚度用經驗公式估算。

2、壩下沖刷深度的計算壩下沖刷深度估算的目的在於合理確定壩基的埋設深度。作業題1、簡述攔砂壩的佈置原則。2、攔砂壩壩型按結構分有哪幾類？各具哪些特點？3、如何計算攔砂壩的攔砂量？4、已知某攔砂壩壩址處設計洪峰流量為25m3/s，設計溢流口形狀為梯形，邊坡係數為1：1，擬定溢流口單寬流量為7m3/s，試求該溢流口的過壩溢流深度，並按比例繪製溢流口橫斷面圖（安全超高為0.8m）。格柵壩是指具有橫向或豎向格欄網格和整體格架結構的擋攔泥石流新型壩。最適用於攔蓄含巨石，大漂礫的水石流。格柵壩一、格柵壩的特點及類型（一）格柵壩的特點

1、攔排結合：改變了攔沙壩以攔沙蓄水為部分擋攔，允許部分不會對下游造成危害的水沙下瀉，維持下游河道輸沙平衡，保證河道穩定。

2、改善受力條件：承受的泥石流龍頭衝擊力比實體壩小。

3、結構簡單，用材省，現場組裝方便，可實現工廠化生產，縮短施工週期。（二）格柵壩的壩型

按結構受力形式可分為：

1、平面型：結構簡單，整體抗彎能力較差，抗泥石流衝擊力較低。

2、立體型：整體抗彎能力較強，承載力比平面型大，內部空框攔截泥石流石塊後形成自然壩體，增加了壩體的穩定性。單式格柵壩立體型格柵壩臥式攔砂壩按建築材料可分為：

1、鋼筋混泥土格柵壩：溝道中挾帶的大石塊較多時採用此種壩型。

2、金屬格柵壩：在基岩峽谷段，採用此壩型。

3、混合型格柵壩：112頁、129頁。鋼筋混凝土格柵壩金屬格柵壩混合型格柵壩二、格柵壩設計（一）工程等級設計標準的確定：P129（二）格柵壩的數量與設計要求為防止潰壩對下游建築物的危害，同一溝道上建造格柵壩不宜少於2座，緊靠建築物的第1座壩必須按保證建築物所需的條件條件設計，而最上游的1座壩處於防治的前沿，其設計必須首先滿足防沖的要求。（三）格柵壩間隙的確定D＝1：4d5%分專案四淤地壩淤地壩的定義淤地壩是指在水土流失區各級溝道中，以緩洪攔沙、淤地造田為主的水土保持工程措施。其攔泥淤成的地叫壩地。在流域溝道中，用於淤地生產的壩叫淤地壩或生產壩。淤地壩的組成、分類與作用一、淤地壩的組成及其運用特性淤地壩的主要作用是攔泥淤地，一般不長期蓄水，下游也無灌溉要求。淤地壩一般由壩體、溢洪道、放水建築物三部分組成。壩體――擋水攔泥；溢洪道――排泄洪水；放水建築物――溝道常流水、庫內清水通過其排泄到下游；反濾排水設備――排除壩內地下水，防止壩地鹽鹼化，增加壩坡穩定性。二、淤地壩的分類和分級標準（一）淤地壩的分類1、按材料分：土壩、石壩、土石混合壩；2、按用途分：緩洪骨幹壩、攔泥生產壩、蓄水壩；3、按材料和施工方法分：夯碾壩、水力沖填壩、定向爆破壩、堆石壩、幹砌石壩、漿砌石壩。（二）分級標準淤地壩可根據庫容、壩高、淤地面積、控制流域面積等因素參考水庫分級標準分為大、中、小三級。黃土聚湫土壩土壩放水建築物－豎井臥管式放水洞放水洞出口放水洞出口溢洪道淤地壩系壩系三、淤地壩設計洪水標準。四、淤地壩的作用1、穩定和抬高侵蝕基準，防止溝底下切和溝岸坍塌，控制溝頭前進和溝壁擴張。2、蓄洪、攔泥、削峰，減少入河、入庫泥沙，減輕下游洪沙災害。提高流域防洪標準。3、攔泥、落淤、造地，變荒溝為良田。4、改變農業生產基本條件,提高糧食產量。壩系規劃壩系是指以小流域為單元，通過科學規劃，在溝道中合理佈設骨幹壩和淤地壩等溝道工程，提高流域整體防禦能力，實現溝道水資源的全面開發和利用而建立的溝道防治體系。或者說是在流域溝道中通過實施以骨幹壩為骨架,科學地配有一定數量的大、中、小型淤地壩，形成攔、蓄、排和防、種、養相結合，新建工程與原有工程的加固配套相結合，流域工程自成體系，互相配合聯合運用，調洪削峰減沙，運行安全，防洪保收的綜合防護體系。壩系的作用與組成壩系的主要作用是:對小流域洪水泥沙進行長期控制,充分利用水沙資源，促進溝坡退耕還林還草和綜合治理工作，具有顯著的滯洪、攔泥、淤地、生產、灌溉、養殖等多種效能，最終將達到水沙相對平衡，壩系相對穩定。壩系由生產壩、防洪壩、蓄水壩、攔泥壩組成。在一個小流域內形成以生產壩為主，攔泥、生產、防洪、灌溉相結合的壩庫工程體系稱為壩系。可分為干係、支系和系組。一、壩系規劃的原則與佈局（一）壩系規劃的原則1、在流域綜合治理規劃的基礎上，上下游、干支溝全面規劃，統籌安排。2、最大限度地發揮壩系調洪攔沙、淤地增產的作用。3、各級壩系，自成體系，相互配合，聯合運用，確保壩系安全。4、壩系中必須佈設一定數量的控制性骨幹壩。5、在流域內進行壩系規劃的同時，應做好道路、水源利用、防治土地鹽鹼化等規劃。（二）壩系佈設方式1、上淤下種，淤種結合佈設方式2、上壩生產，下壩攔淤佈設方式3、輪蓄輪種，蓄種結合佈設方式4、支溝滯洪，幹溝生產佈設方式5、多漫少排，漫排兼顧佈設方式6、以排為主，漫淤灘地佈設方式7、高線排洪，保庫灌田佈設方式8、隔山鑿洞，鄰溝分洪佈設方式9、壩庫相間，清洪分治佈設方式①攔洪蓄清方式②導洪蓄清方式③排洪蓄清方式當集水面積小，坡面治理較好，洪水水量較小的溝道，一般採用此種方式。上淤下種淤種結合佈設方式在流域面積較大的溝道，坡面治理差，來水量大，勞力較少的情況下，採用此種方式。上淤下種淤種結合佈設方式在勞力充足的流域內一般採用此種佈設方式。輪蓄輪種，蓄種結合佈設方式支溝滯洪，幹溝生產佈設方式（三）壩系形成和建壩順序1、壩系形成順序①先支後幹：先易後難②先幹後支：需投入較高財力和人力③以幹分段，按支分片，段片分治：流域面積較大2、壩系建壩順序①自下而上：淤地快，收益早，且上游有攔洪壩，確保壩地安全生產和灌溉②自上而下：單壩控制流域面積小，來水量和泥沙少，規模小，工程安全可靠，壩系成地慢。3、流域建壩密度根據降雨情況，溝道比降、溝壑密度，建壩淤地條件。二、壩址選擇壩址的選擇在很大程度上取決於地形和地質條件，選擇壩址應滿足攔洪或淤地效益大，工程量小和工程安全3個條件。1、壩址在地形上要求河谷狹窄，壩軸線短，庫區寬闊容量大，溝底比較平緩。同時應選在支溝分岔的下方和溝底陡坡、跌水的上方。2、壩址附近應有宜於開挖溢洪道的地形和地質條件。3、壩址附近應有良好的築壩材料，取用容易施工方便。4、壩址地質構造穩定，兩岸無疏鬆的塌土和滑坡體，斷面完整。5、壩址應避開溝岔、彎道、泉眼。6、庫區淹沒損失要小。7、壩址應結合壩系規劃統一考慮。三、設計資料的收集與庫容曲線繪製（一）設計資料收集1、地形資料：①壩系平面佈置圖（1：10000）②庫區地形圖（1：5000－1：2000，等高線2－5米）③壩址地形圖（1：1000－1：5000，等高距0.5－1米）④溢洪道、泄水洞等建築物所在位置縱橫斷面圖（1：100－1：200）2、流域、庫區和壩址地質及水文地質資料①區域或流域地質平面圖②地址地質斷面圖③地址地質構造④溝道地下水、泉水逸出地段及其分佈狀況3、流域內河、溝水化學測驗分析資料4、水文氣象資料5、天然建築材料調查6、社會經濟調查資料7、其他條件：交通、電力、淹沒損失等（二）集水面積測算及庫容曲線繪製1、集水面積計算法①求積儀法②方格法③經驗公式法：F＝fL2

F－集水面積f－流域形狀係數L－流域長度④梯形法：2、淤地壩壩高與庫容、淤地面積關係曲線繪製法①等高線法：Vn－相鄰兩等高線之間的體積Fn，Fn+1－相鄰兩等高線對應的面積Hn－兩相鄰等高線的高差②縱橫斷面法：粗略計算法四、淤地壩水文計算第三節淤地壩調洪演算一、淤地壩壩高的確定淤地壩的總壩高等於攔泥壩高、滯洪壩高及安全超高之和（一）攔泥壩高1、影響攔泥壩高的因素①淤地面積：隨壩高增大而增大②淤滿期限：是確定攔泥壩高的重要參數③工程量和施工方法2、攔泥壩高的確定①分析淤地壩的壩高－淤地面積－庫容曲線，初步選定經濟合理的攔泥壩高，從關係曲線中查得相應壩高的攔泥庫容；②初擬壩高加滯洪壩高和安全超高的初估值，一般為3－4米，作為全壩高估算壩體的工程量；③根據施工方法、工期和社會經濟情況，判斷實現初選壩高的可能性；④根據淤地壩控制流域內的年平均輸沙量推求淤平年限。（二）滯洪壩高的確定：根據設計洪水的大小（三）安全超高的確定：主要取決於壩高的大小。二、淤地壩調洪演算的基本原理（一）淤地壩的調洪過程當設計洪水進入淤地壩後，洪峰流量減少，洪水歷時延長，這個過程稱為淤地壩調節洪水過程，簡稱淤地壩調洪。當洪水來臨時，時間t＝0，洪水流量Q與溢洪道泄水量q均為0，淤地壩內洪水位即為溢洪道的壩頂高程。隨著洪水流量Q增加，q也隨之加大，由於Q＞q，庫內水位逐漸上升。當洪水流量Q達到設計洪峰流量Qm，Q與q的差值最大，此時壩內水位上升最快。T1以後，Q開始減少，但由於Q＞q，壩內水位仍然增加，q不斷增大。隨著（Q－q）的減小，水位上升速度減慢。至t2時，Q＝q，壩內水位達到了最大值，水位不再上升，q達到最大值qm，此時的水位稱為最高洪水位。T2以後，Q＜q，水位開始下降。至t3時洪水量為0，溢洪道繼續下泄。至t4時，水位下降至溢洪道壩頂高程，壩內洪水全部排完，q＝0。Q~tq~tQqtQmqmQ:入庫流量q：下泄流量防洪庫容Vm調洪演算圖洪水入壩流量過程線與溢洪道洩洪過程線的交點稱為淤地壩的最大洩洪量。通過淤地壩調節天然洪水過程，可以削減洪峰，延長洪水歷時，減輕洪水災害。滯洪庫容：從溢洪道壩頂至最高洪水位之間的庫容。（二）淤地壩調洪演算的基本原理調洪演算是根據水量平衡原理進行的。即在任一時段內流入淤地壩的水量減去流出淤地壩的水量，即為該時段淤地壩的蓄水量。其中：V1，V2－時段初末淤地壩的蓄水量在上述方程中q2、v2為未知數，需建立洩洪量與蓄水量的關係式。在淤地壩中，庫容V是壩高H的函數，而溢洪道泄流量q也是壩高H的函數，根據水力學寬頂堰流流量公式計算，坎頂壩高H與洩洪流量關係為：

q＝MBH1.5

q－洩洪流量M－第二流量係數M＝m

m—0.32-0.385B－溢洪道寬度H－坎頂壩高所以：

q＝f（V）＝MBH1.5

根據函數繪製q－V曲線，解聯立方程式即可求得q2、v2。三、調洪演算方法高切林法與圖解法。高切林法將洪水過程線概化為三角形，庫壩下泄過程線概化為直線，具有簡單快速的優點。在淤地壩和小型水庫的規劃設計中，一般只需求出溢洪道的最大洩洪流量qm和滯洪庫容V滯，不需要計算壩、庫的洩洪過程。所以在設計中採用概化三角形求解法。因為Qmt／2等於設計洪水總量Wp，故上式可寫為：概化三角形的計算原理是近似地認為淤地壩的洩洪過程線和入壩洪水過程線一樣，均為三角形，用幾何法求解。或作業題：一、淤地壩淤地壩調洪二、簡述淤地壩的作用。三、簡述淤地壩佈設的方式。四、如何確定淤地壩壩高。五、簡述淤地壩調洪過程土壩設計一、土壩樞紐佈置與壩型選擇（一）土壩樞紐佈置樞紐建築物以壩為主體，包括洩洪建築物、放水建築物、灌溉引水建築物等。樞紐建築物的佈置根據地形和地質條件合理安排。（二）土壩壩型選擇土壩是土料填築而成的擋水建築物，它是淤地壩和小型水庫採用最多的一種壩型。二、土壩斷面尺寸的擬定（一）壩頂寬度：壩頂寬度與壩高有關，壩體愈高則壩頂寬度愈寬。見p188（表7－9）（二）土壩壩坡：參照p189（表7－10）。（三）最大鋪底寬度的計算

Bm＝b+(m1+m2)H+nb1

Bm–土壩最大鋪底寬，m；

b－壩頂寬；

n－上下游壩坡馬道總數；

m1－上游邊坡比；

m2－下游邊坡比；

H－最大壩高；

b1－馬道寬。三、土壩的滲透計算（一）不透水地基且壩下游無排水設備1、下游無水情況2、下游有水情況（二）不透水地基且有堆石排水體1、下游無水情況2、下游有水情況（三）有限厚透水地基情況溢洪道設計一、溢洪道位置的選擇1、要儘量利用天然的有利地形條件。減少開挖量，縮短工期。2、在地質條件上要求溢洪道兩岸山坡比較穩定。3、在平面佈置上，溢洪道要儘量做到直線佈置，力求洩洪時水流順暢。4、溢洪道佈置時盡可能不和泄水洞放在同一側。二、溢洪道的形式和斷面尺寸的確定淤地壩溢洪道的形式，主要有兩種：一種是明渠式，另一種是溢流堰式。（一）明渠式溢洪道：適用於小型淤地壩和臨時性溢洪道。一般不做砌護工程，在紅膠土或岩石上開挖，一般在岩石上採用矩形斷面，非岩基上採用梯形斷面，邊坡為1：0.3－1：1。斷面尺寸根據所選斷面形狀、設計最大洩洪流量和設計滯洪水深按水力學明渠均勻流公式計算，即採用試演算法，求得斷面尺寸後，加超高0.5－1.0m例題：某淤地壩溢洪道設計最大洩洪流量為85.6米3/秒，設計滯洪水深為1.5米，溢洪道設計為梯形斷面，邊坡係數m=1，糙率＝0.035，底坡＝1/100，試求溢洪道的底寬，並繪製溢洪道橫斷面設計圖。底寬過水斷面積濕周水力半徑Ri

R1/6

C流量Q說明10

17.25

14.24

1.211

0.110

1.03

29.43

55.84

Q＜85.615

24.75

19.24

1.286

0.113

1.043

29.8083.34Q＜85.6

16

26.2520.241.2970.1141.04429.8389.266Q＜85.615.5

25.519.741.2920.1141.04429.8386.72Q＜85.615.3

25.219.541.2900.1141.04329.8085.61某水渠輸水流量Q＝3.0米3/秒，渠身為梯形，邊坡係數m=1，糙率n=0.025，底坡i=1/2000，設渠底底寬b=2.0米，求水深h。（採用試演算法，h=1.26米）（二）溢流堰式溢洪道可分為臺階式、跌水式和陡坡式，最常用的是陡坡式：結構簡單、水流平順、施工方便、工程量小，在大中型淤地壩和小型水庫中採用較多。陡坡式溢洪道通常由進口段、陡坡段和出口段三部分組成。放水建築物設計一、放水建築物的作用及其位置選擇放水建築物由取水（臥管和豎井）和輸水（涵洞）兩部分組成。放水建築物的主要作用：1、排泄小型洪水，放空庫容，攔蓄連續洪水，保證壩體安全。2、及時排泄溝道內常流水和壩內積水，及早利用壩地，發展生產。3、可對下游土地放水灌溉。放水建築物位置的選擇：1、地質條件穩定，以免發生不均勻沉陷。2、涵洞的放水高程應按淤地面積的大小確定。3、在平面佈置上，盡可能放在溝道一側，防止切割壩地。二、豎井設計豎井是淤地壩放水建築物經常採用的一種形式。結構簡單，但其對地質條件要求較高，放水和管理不便，易漏水和遭冰凍破壞。豎井放水孔尺寸按孔口出流公式計算：ω－－放水孔孔口面積，m2；Q－－設計放水流量，m3/s；μ－－流量係數，0.65；H1－－孔口中心至水面的距離，m。如果採用上下兩對放水孔同時放水，則：H2－－第二隊孔口中心至水面距離，m。消能措施：水流能量E＝9.81QH消力井容積V＝E/8=9.81QH/8＝1.23QH三、分級臥管設計分級臥管水力計算1、設計放水流量的確定Q＝（0.1－0.2）V攔/（3－5）×864002、臥管放水孔尺寸的確定自由式孔口出流流量計算公式：ω＝1/4πD2兩孔同時放水時流量計算公式為：例題：某淤地壩要求的放水流量為0.30米3/秒，採用分級臥管，每臺一孔，孔間垂直淨距0.4米，若每次開啟上、下臺兩孔並用三孔調節法，試確定放水直徑。解：採用μ＝0.62由式得第一孔放出的流量為Q1，水頭H1＝0.4米，第二孔放出的流量為Q2，水頭H2＝2×0.4＝0.8米，即兩孔同時開，即在山區溝道內及荒溪沖積扇上，為防止山洪及泥石流沖刷與淤積災害而修築的溝道治理工程及排導工程稱為山洪及泥石流防治工程。其主要作用是保護沖積扇上的房舍、農田、道路、工礦設施等建築物免受山洪及泥石流災害。山洪及泥石流防治工程山洪及泥石流的特性

1、山洪的定義：山洪是指山丘區小流域由降水引起的突發性，暴漲暴落的地表徑流。特點：流速大，沖刷力大，破壞力大，含有大量泥沙，暴漲暴落，歷時短暫。

一、山洪及泥石流的定義山區溪流的組成：

①溪流的上游或集水區：形如寬廣的漏斗，逐漸收縮到隘口，天然植被破壞後，成為泥沙的策源地。

②荒溪的中游或流通区：是过渡区，一般呈峡谷状态，既无沉积，也无冲刷。

③荒溪的下游或沉积区，常称为冲积扇。比较平坦，超过流水的挟带能力后，部分泥沙沉积形成冲积圆扇。山洪及泥石流的特性山洪按成因可分為：①暴雨引起；②融雪引起；③冰川融化引起；④湖或水庫堤壩潰決引起；⑤幾種因素同時引起。山洪及泥石流的特性山洪及泥石流的特性2、泥石流的定義

泥石流是指發生在溝穀或坡地上的飽含小至粘土，大至巨礫的液固兩相流。

特性：①粒徑範圍廣，含水充足；

②固體物質含量高，超飽和狀態；

③流动具有阵性，速度较快。山洪及泥石流的特性3、泥石流發生的條件

⑴有足夠的降水

⑵集水区是否能迅速集中大量地表径流

⑶集水区的坡面和沟道中有足够的疏松物质山洪及泥石流的特性泥石流繼續發展的條件：①有水和土沙石塊等固體物質的補充。②流路條件基本上能維持泥石流始終處於土沙石等固體徑流物質的飽和和超飽和流動狀況。

限制泥石流發展規模的主要因素：①横断面的展宽②纵断面的变平。4、山洪與泥石流的區別

⑴液體中所挾帶的泥沙數量不同。

⑵侵蚀营力不同。（水力、水力和重力）

⑶运动机理不同：山洪为持续的液体，泥石流为具有脉动性山洪及泥石流的特性山洪及泥石流的特性二、山洪及泥石流形成的水文因素

地面徑流是引起山洪及泥石流的主要因素，而地表徑流主要由暴雨引起，影響暴雨型山洪及泥石流形成的水文因數主要有暴雨量和強度，暴雨損失，暴雨集流。

1、暴雨量及其強度：雨量越大，強度越大，地面徑流就越大，山洪和泥石流就越易形成。山洪及泥石流的特性2、暴雨損失及其影響因素：包括三個方面

①植物截留：植物的種類、稠密度。

②土壤入渗：土壤的物理性质（结构：指土颗粒的不同排列形式、孔隙、质地、机械组成）、地表的植被特性、地面坡度、土壤湿度、温度、降水强度。

③坑洼蓄水：和坑洼大小与深度、地面坡度。山洪及泥石流的特性3、暴雨集流及其影響因素暴雨集流是指流域地面各點由暴雨產生的淨雨在重力的作用下，沿坡面和溝槽向流域出口的彙集過程。

根據水力特性的不同，分為坡面集流、溝槽集流。

⑴坡面集流：是指坡面上漫过地面的集流，其特点是成片的漫流。

坡长和河网密度对坡面集流的影响较大。

⑵溝槽集流：是指各級槽流向流域出口斷面的彙集運動。

沟槽的数量、沟槽的纵坡比降。山洪及泥石流的特性三、山洪及泥石流的地質與地貌因素

風化作用、重力侵蝕作用、水蝕作用。

1、地質構造

地質構造複雜的不良地質現象，為山洪及泥石流提供了豐富的固體物質來源。山洪及泥石流的特性2、岩石風化作用：是指在氣候、大氣、生物影響下岩石在原地發生的破壞作用。

⑴物理風化作用：是指岩石分散為形狀與數量各不相同的許多個別碎塊，或分散為其各個組成的礦物部分。

⑵化学风化作用：由于空气中的氧、水、CO2和各種水溶液的作用，引起岩石中礦物的化學成分發生變化的作用。

⑶生物風化作用：是指在生物活動影響下，使岩石發生破壞的作用。山洪及泥石流的特性3、地貌因素。

斜坡的坡度、坡長與坡型以及溝道縱坡、曲折狀況是影響山洪及其泥沙含量的地貌因素。作業題1、泥石流岩石風化作用荒溪

2、簡述山洪的特點。

3、簡述泥石流的特性。

4、試分析暴雨損失及其影響因素。

5、簡述山洪與泥石流的區別。泥石流主要設計參數的確定在進行一條泥石流溝道治理時，必須查明泥石流的發展史、活動現狀和發展趨勢。在調查的基礎上，採用多種方法分析比較，才能較正確合理地確定泥石流的各項設計參數，為治理工程的經濟、合理設計提供必需的數據。泥石流主要設計參數的確定一、泥石流設計容重

泥石流容重γc（t/m3）是泥石流的最基本的特徵值，是計算泥石流流速、流量、衝擊力等特徵值的基礎。也是泥石流分類的重要指標。

1、直接取樣法。

泥石流發生時，直接取多個泥石流體樣品，取樣品中最大容重值為泥石流設計容重。

2、調查稱重法。

將泥石流樣品放在桶內加水攪拌後稱重量、量體積，算出樣品容重。目擊者觀察，隨意性大。

γc=(G-G1)/V其中G-總重量G1－桶重

V－樣品體積泥石流主要設計參數的確定二、泥石流設計流速

泥石流流速是決定泥石流動力特性和防災設計中的最重要參數。目前多使用經驗值。泥石流主要設計參數的確定三、泥石流設計流量

泥石流設計流量是決定治理工程規模的重要參數。要考慮治理過程中泥石流衰退的趨勢，避免設計流量過大造成工程建設的浪費。

1、洪痕調查法

⑴泥石流洪痕的確定，調查流量的計算。在無實測泥石流流量資料的情況下，調查洪痕的位置，計算泥石流流量Qｃ。

Qｃ＝ωｃ·Vc

ωc—有效過流斷面面積，ｍ2

Vc－调查断面泥石流计算流速，m/s

泥石流主要設計參數的確定⑵泥石流經驗頻率的計算

Pi＝mi/(n+1)×100%

Pi－某次泥石流的经验频率

n－最早一次泥石流距今的年份，

mi－在n年內，按流量大小排列，該次泥石流的序號。

⑶設計流量計算

Qcp＝Kp·Qc

Qcp－泥石流设计洪峰流量

Qc－泥石流平均洪峰流量Kp－模比係數泥石流主要設計參數的確定2、清水流量修正法Q清水＝0.278fiA

f－径流系数i－平均1h降雨強度

A－流域面積

⑴配合法

QCP＝（1＋ψ）QBP

QCP－设计频率的泥石流流量，

QBP－相應頻率的清水洪峰流量

ψ－泥石流修正係數

ψ＝（Υc-1）/(ΥH-ΥC)

ΥH－固体物质容重

ΥC－泥石流容重

⑵綜合指數法

QCP＝K·QBP泥石流主要設計參數的確定3、經驗公式

4、實測法

5、泥石流治理的設計標準

⑴泥石流的設計頻率

⑵泥石流的设计标准

四、泥石流的冲击力

包括整體衝擊力和單個石塊的衝擊力

1、整體衝擊力

2、石塊衝擊力

理論公式

五、泥石流的冲起高度及弯道超高

1、泥石流的爬高和沖起高

2、彎道超高

作業題1、如何確定泥石流的設計容重

2、如何確定泥石流的設計流量。

分專案一山洪及泥石流排導工程一、排導溝的平面形式：為了儘快將泥石流排走，應盡可能地選擇較大的設計縱坡。

（一）按形狀分1、直線形：能迅速將泥石流排走。

2、曲線形：為保護某一建築物而繞道形成。

3、喇叭形：天然溝口太寬形成喇叭形。

4、擴散形：易在下段形成堆積。（二）按排導部位分1、向中部排：是排導溝經沖積扇中部把山洪及泥石流直接排入大河的一種方式。排導溝的出口基本與河流正交。如武都火燒溝排導溝。

2、向下遊排：將排導溝修在沖積扇靠大河下游一側，出口與大河呈斜交。如雲南東川蔣家溝導流堤。

3、向上遊排：排導溝設置在沖積扇靠大河上游一側，其流向與大河的流向成鈍角相交。河流必須有較強的攜沙能力，否則會引起排導溝的嚴重淤積和堵塞，修築的彎道須考慮曲率半徑和彎道超高。如武都泥灣溝導流堤。

4、橫向排：在溝口橫向修排導溝。如蘭州市洪水溝排導溝。二、排導溝的類型：根據挖填方式和建築材料可分為三類：

1、挖填排導溝

2、三合土排導溝

3、漿砌塊石排導溝

三、排導溝的防淤措施和斷面設計（一）防淤措施

1、修建沉沙場

2、選擇合適縱坡：泥石流容重越大，排導溝縱坡就愈大。

3、合理選擇溝底寬度

4、排導溝的出口銜接：應高於出口處大河的水位。

（二）斷面設計分專案二沉沙場設計一、沉沙場規劃佈置：沉沙場規劃時要考慮以下幾點：

1、山坡陡峻，坡面侵蝕作用強烈的荒溪流域。

2、沉沙場可選在坡度較小的溝段修築。

3、要充分考慮泥沙淤積對農田、村舍的危害程度。

4、應考慮沉沙場的整體規劃。如另修新場、清淤、道路。

二、沉沙場容量的確定

三、沉沙场的结构：P139概述水庫由擋水壩、溢洪道、放水建築物三部分組成，通常稱為水庫的“三大件”。擋水壩是橫攔河道的擋水建築物，用以攔蓄水量，抬高水位。溢洪道是排泄洪水的建築物，保證大壩安全。放水建築物包括放水洞和放水設備兩部分。蓄水量在10000萬立方米以上為大型水庫，1000萬立方米至10000萬立方米為中型水庫，1000萬立方米以下為小型水庫。（壩高30米以下）一、庫址選擇

庫址選擇是水庫工程中事關全局的問題，應從經濟、安全、合理等方面考慮。應注意以下幾個問題：1、地形要口小肚大。2、有適宜的集水面積。3、壩址和庫址地質良好，基礎穩固，無下陷情況。4、庫址靠近灌區且比灌區高。5、壩址附近要有足夠和適用的建築材料。6、壩址附近要有適宜開挖溢洪道的山埡。7、水庫上游宜草木豐茂。二、地質調查1、調查庫區、壩址區的岩石種類、性質、分佈規律及岩石的透水條件。2、調查庫區、壩址區範圍內的地質構造。岩石的產狀。岩石的節理發育。3、調查庫區、壩址區的水文地質特徵，在壩基處最好沒有承壓水或高承壓水。三、地形測量（一）壩址地形測量壩址地形測量是為了正確設計樞紐建築物和估算工程量。範圍包括壩身、溢洪道及放水洞等，比例尺用1：1000－1：2000。（二）集水面積測量集水面積是指向水庫裏彙集雨水徑流的面積，又叫流域面積。它是估計水庫蓄水量和洪水量的主要依據之一。（求積儀法、方格法、經驗公式法、梯形法）（三）庫容測量與計算庫容測量在於繪出水庫的水位－－庫容關係曲線，為設計提供依據。（等高線法和橫斷面法）（四）建築材料調查建築材料是決定壩型、工程造價、施工方法的主要因素。三、地形測量（五）水文資料的搜集與調查1、徑流資料多年平均降雨量、多年平均徑流深、年徑流係數、徑流年內分配及蒸發量，作為計算有效庫容和水庫調節計算的依據。2、泥沙資料作為計算死庫容的參考。3、洪水資料作為設計溢洪道的參考。（六）流域覆被、淹沒遷移及社會經濟調查1、調查庫區林木生長、山坡陡緩情況，為確定年徑流係數、暴雨徑流係數提供資料。2、調查水庫庫區內的田地、成材林木及其他建築物，作為計算淹沒損失的依據。3、調查灌區面積，灌區原有水利設施在水庫興建後如何配合運用，以及灌水定額、灌溉定額、灌水次數、用水時間、灌區土壤種類、滲漏情況等。4、瞭解灌區主要農作物種類、面積、生長期、耕作制度等，瞭解灌區人口、勞力、車輛、工具及建築材料的遠近、運輸條件和各種材料的單價等。分專案一水庫的特徵曲線和特徵水位的繪製一、水庫的特徵曲線水庫的特徵曲線是用以描述水庫庫區地形特徵的重要曲線，包括水庫面積曲線和水庫容積曲線。（一）水庫面積曲線水庫建成後，隨著水庫水位不同，水庫的水面面積也不同，這個水位與面積的關係曲線簡稱為水庫面積曲線。水庫面積曲線的繪製可根據庫區地形圖進行。相應每一高程有一等高線和壩軸線間圍成的面積。（二）水庫容積曲線表示水庫各種水位與庫容之間關係的曲線稱為水庫容積曲線。為了精確起見，可採用棱臺體積公式：二、水庫的特徵水位1、設計低水位（死水位）（H低）保證放水建築物泄放管道設計流量的最低水位；同是時滿足水庫泥沙淤積、發電、養魚等多方面的要求。設計低水位以下的庫容稱為死庫容。2、設計蓄水位（H設）在設計情況下，蓄水至滿庫時的水位稱為設計蓄水位。（V興）3、設計洪水位（H洪）在設計情況下，當水庫遭遇到設計洪水溢洪時所達到的最高水位。它是設計壩高的依據。（V防）4、校核洪水位（H校）在設計情況下，當水庫遭遇到比設計洪水更大的校核洪水溢洪時所達到的最高水位稱為校校核洪水位。（V超）水庫總庫容：V總＝V死＋V興＋V防＋V超特徵水位①正常蓄水位，指水庫在正常運用情況下，允許為興利蓄到的上限水位。它是水庫最重要的特徵水位，決定著水庫的規模與效益，也在很大程度上決定著水工建築物的尺寸。②死水位，指水庫在正常運用情況下，允許消落到的最低水位；③防洪限制水位，指水庫在汛期允許興利蓄水的上限水位，通常多根據流域洪水特性及防洪要求分期擬定。進行水庫調洪計算時，可以此水位作為起算水位。④防洪高水位，指下游防護區遭遇設計洪水時，水庫（壩前）達到的最高洪水位;⑤設計洪水位，指大壩遭遇設計洪水時，水庫（壩前）達到的最高洪水位；⑥校核洪水位，指大壩遭遇校核洪水時，水庫（壩前）達到的最高洪水位。特徵庫容特徵庫容：相應於某一水庫特徵水位以下或兩個特徵水位之間的水庫容積。主要的特徵庫容有：①死庫容，指死水位以下的水庫容積。②興利庫容，亦稱調節庫容，指正常蓄水位至死水位之間的水庫容積。③防洪庫容，指防洪高水位至防洪限制水位之間的水庫容積。

④調洪庫容，指校核洪水位至防洪限制水位之間的水庫容積。⑤重疊庫容，指正常蓄水位至防洪限制水位之間的水庫容積。這部分庫容既可用於防洪，也可用於興利。防洪庫容與興利庫容完全重疊時，正常蓄水位即為防洪高水位。防洪庫容與興利庫容完全分開時，正常蓄水位即為防洪限制水位。⑥總庫容，指校核洪水位以下的水庫容積。它是劃分水庫等級的主要依據之一。混凝土重力壩（劉家峽水庫）重力壩（土壩）重力式拱壩拱水壩高橡膠壩混凝土連拱壩支墩壩死庫容和死水位的確定以灌溉為主的小型水庫，死庫容主要滿足兩個要求：一、死水位應保證水庫自流灌溉死水位即設計低水位,主要是由灌區高程控制條件所決定。由灌溉區規劃可推算出渠首設計引水高程，也就是放水建築物的下游水位。見圖8-8上的B點高程。然後加上泄放管道設計流量時放水建築物所必須的最小水頭Hmin，即可得到設計低水位。在規劃階段，Hmin可依經濟指標估計，在技術設計階段，則應根據管道設計流量及放水建築物的形式、尺寸進行詳細的水力學計算推出。在特枯年份的抗旱季節，往往不能按正常流量放水，只要水庫有水就應儘量泄放，故設計低水位以下到放水建築物進口底檻A點高程之間的水庫庫容也是可以利用的。真正的死庫容是放水建築物進口底檻高程以下的那部分無法自流的庫容。(見下圖）二、死庫容應滿足泥沙淤積的要求以灌溉為主的水庫，主要要求滿足上述的條件。但對於多沙性河流，必須校核死庫容能否滿足泥沙淤積的要求。一般小型水庫可按下列3種方法計算年淤積量及水庫使用年限。（一）當有泥沙觀測資料時

1.年淤積量計算公式式中：Vm,0——多年平均年淤積量，m3/a；

ρ0——多年平均含沙量，kg/cm3；

ω0——多年平均年徑流總量，m3；

m——庫中泥沙沉積率；

ρ——淤積體之孔隙率ρ=0.3～0.4；

γs——淤積體積的重量，kg/m3。該式僅對懸移質而言，若推移質所占比重較大，應進行專門的計算。2.水庫使用年限T計算公式式中：V死——水庫擬定的死庫容。（二）當無泥沙觀測資料時1.懸移質多年平均輸沙量的估算（1）參證站水文比擬法當水庫所在河流無實測泥沙資料時，可選擇一個氣候、土壤、植被、地形、水文地質等舊然地理特徵相似的參證流域來估算本水庫壩址以上流域的懸移質輸沙量。式中：R0——本流域多年平均年懸移質輸沙量，t；

γ0參——參證流域多年平均年懸移質輸沙模數，t/km2；

F——本流域集水面積，km2。

（2）經驗公式法一些地區的觀測資料證明，懸移質輸沙量與河床平均比降、年徑流總量及侵蝕係數有關，可列出如下的經驗公式：式中：J——河床平均比降；

ω0——多年平均徑流總量，m3；

α——侵蝕係數，一般可按下列資料選取。沖刷極微的流域α=0.5～1.0

沖刷輕微的流域α=1～2

沖刷中等的流域α=2～6

沖刷極強的流域α=6～10

（3）查等值線圖查各省水文手冊中繪製的多年平均侵蝕模數等值線圖.可得值，代替（8—5）式中γ0參，計算多年平均輸沙量（t/a）。2.推移質多年平均輸沙量的估算一般按推移質與懸移質有一定比例關係估算，即：式中：S0——多年平均年推移質輸沙量，t/a；

R0——多年平均年懸移質輸沙量，t/a；

β——推移質輸沙量與懸移輸沙量的比值，在一般情況下，β可採用下列數值：平原地區河流β=0.01～0.05

丘陵地區河流β=0.05～0.15

山區河流β=0.15～0.303.年淤積量及水庫淤積年限的估算年淤積量式中：Wm,o——平均年淤積量，t/a；

m——庫中泥沙沉積率。淤積年限為：式中：T——淤積年限，a；

V墊——擬定的死庫容，m3；

γd——淤沙體的幹容重，t/m3，一般取1.1～1.3t/m3。（三）用壩前淤高估算水庫使用年限水庫泥沙實際淤積情況，並不是首先在墊底庫容中淤積，然後在興利庫容中淤積。由於入庫水流流速逐漸減小，水流挾帶的大粒徑泥沙（如卵岩、礫石等）首先在庫尾淤積，形成所謂“翹尾巴”的現象，接著是粗沙、細沙淤積，到壩前粒徑很細的泥沙也沉積下來，形成了從庫尾到壩前的“淤積帶”，見圖8-9所示（258頁），當壩前泥沙淤積高程達到取水口高程時，取水口已開始被泥沙堵塞，水庫無法再發揮興利調節作用。因此，壩前泥沙淤積高度決定了水庫的使用年限。壩前淤積高度的計算，可採用參證站水文比擬法：式中：h1——設計水庫壩前年平均淤高，m/a；

h2——參證水庫壩前平均淤高，m/a；

F1——設計水庫流域面積，km2；

F2——參證水庫流域面積，km2；

V1蓄——設計蓄水庫容，即興利庫容與死庫容之和。以萬m3或億m3計；

V2蓄——參證水庫的設計蓄水庫容，以萬m3或億m3計；

m，n——指數。一般m=1.38，n=1.29。水庫使用壽命按下式計算：式中：h——壩前取水口以下水深，m。在設計低水位及壩前取水口以下水深已知時，可用上述諸公式求出年淤積量及使用年限。一般小型水庫的淤積年限可考慮為20～50年。如果所設計的死庫容不能滿足淤積要求，還應抬高設計低水位及取水口高程，增加死庫容或壩前取水口以下水深。分專案二水庫興利調節計算及設計蓄水位的確定

設計低水位選定以後，就可依據水庫來水及用水資料進行興利調節計算，求出興利庫容，根據水庫容積曲線，就可換算成設計蓄水位。若灌溉面積大，天然徑流量小，則還有一個經濟比較的問題，即先擬定幾個方案進行調節計算，選擇出經濟合理的灌溉面積，從而定出設計蓄水位。一、水庫的調節性能由對水庫的來水和用水的特性分析可知，來水和用水之間，往往不相適應，這種不適應性，有的反映在1年之內，如有的月份來水遠遠大於用水，有的月份來水小於用水，但整個年的來水量還是能滿足年用水量要求；有的則不僅在年內，同時還存在於年與年之間，即豐水年的年來水量大於年用水量，而枯水年的年來水量小於年用水量。為了滿足用水部門一定設計保證率下的用水要求，對於前一種情況，只要對徑流的年內變化按用水要求作重新分配便可解決，這種調節週期不超過1年的調節稱為年調節；對後一種情況，不但要對徑流的年內變化，而且要對年與年之間的徑流變化按用水量要求進行重新分配才能解決，此時徑流調節週期超過1年，這種稱為多年調節。

如圖表示某水庫來水W和用水M的頻率曲線，二線在S點相交，其交點所對應的頻率為Ps。若來水與用水呈函數關係，當水庫的設計保證率P設1<Ps，則年來水量大於年用水量，只需進行年調節就可解決問題。若水庫的設計保證率P設2>Ps，則年來水量小於年用水量，要滿足枯水年份的用水，僅對該枯水年的徑流年調節已不符合要求，必須對徑流進行多年調節。S點稱為完全調節點。

調節計算所需要解決的問題是：在來水、用水及灌溉設計保證率已定的情況下，計算所需的興利庫容。有時也可以在興利庫容已知時，求水庫在灌溉設計保證率下的供水能力（灌溉面積）或在供水能力（灌溉面積）一定的情況下，所能達的設計保證率。二、年調節水庫（一）調節計算原理調節計算的原理是把調節週期分為若干計算時段，並按時序進行逐時段的水庫水量平衡計算，則可求得水庫的蓄泄過程及所需的興利庫容。對於某一時段△t的水庫水量平衡方程可由下式表示式中：△V——計算時段出內水庫蓄水量的增減值，蓄水量增加時為正，蓄水量減小時為負；

Q入——計算時段出內流入水庫的流量（即來水量）

q出——計算時段△t內從水庫流出的流量（包括各用水部門的用水量和各種水量損失，如蒸發、滲漏等，有時還有棄水或冰凍）。計算時段△t的長短，對計算精度有一定影響，對年調節計算來說，一般可取1個月為一個計算時段，有時在來水量變化較大或灌溉用水量變化較大時，可取半月或一旬作為一個計算時段，精度要求高，則時段就要劃分短些。在具體計算時，一般是從蓄水期（來水大於用水，有餘水蓄在水庫裏）開始作為調節計算的起點，也就是說，調節計算是按調節年度進行的，所謂調節年度，就是水庫從蓄水期開始作為調節年度的起點，水庫蓄滿後又經供水期將水庫放空為調節年度的終結（也是下一調節年度的開始）。這樣經歷的1年稱為調節年，它不是按從1月1日到12月31日為1年的日曆年。下圖為水庫運用一次的情況，圖中Q—t代表來水過程，q—t代表用水過程，也就是說，水庫在一個調節年度內，充滿一次，泄空一次。在這種情況下，V2（圖中陰影部分面積）是惟一的來水不足量，只要水庫能蓄這麼多水，就能保證這一年用水需要，故水庫興利庫容為V=V2。

下圖為水庫運用兩次的情況，在左圖中的情況，V1>V2，V3>V4，即每次的餘水都超過了每次的不足水量，水庫的兩次運用是獨立的，不互相影響，因此，水庫的興利庫容應取兩個不足水量中的較大者，即V=V4。只要興建興利庫容等於V4的水庫，就能保證水庫在兩次運用中都能滿足用水要求。而對於右圖中的情況，V1>V2，V3<V4，顯然，由於V3<V4，要滿足V4時期的用水要求，必須事先存蓄一部分水量，也就是要存蓄V3所不能滿足的那一部分水量（V4-V3）。這時候，水庫的興利庫容應為V=V2+V4-V3。

4.興利庫容的確定先進行每年的調節計算，可得到每年所需的年調節庫容，則有多少年資料就可求得多少個年調節庫容。然後按由小到大的次序排列，按經驗頻率公式求出相應於每一庫容的頻率，點繪庫容與頻率的關係曲線，見圖8-13。根據給定的灌溉設計保證率，例如P=80%，查該曲線即可求得相應的年調節興利庫容，V興=3500萬m3。5.小型水庫興利庫容的估算方法小型水庫興利庫容的估算方法，可用列表計算法。但需要的資料較多，計算也比較複雜，應用於小型水庫有一定的困難，為了適應小型水庫資料少的特點，興利庫容可以用簡單的估算方法確定。（1）按來水量確定興利庫容式中：β——庫容係數，各地均有統計數值，可查閱該地區水文手冊確定；

W0——多年平均徑流量，萬m3；

y——多年平均徑流深，mm，查該地區等值線圖；

F——流域面積，km2，從地形圖上量得；

1/10——單位換算係數。有時，還可用更簡化的公式：此法適用於灌溉面積較大，而水庫流域面積較小的情況。第一節灌溉水源的取水方式取水樞紐又稱為渠首，它的任務是從水源及時取得滿足作物灌溉用水需要的水量。按工程措施的不同，取水樞紐可分為無壩取水、有壩取水、抽水取水和水庫取水四種形式。（一）無壩取水1、適用條件：水源(河道)的水位和流量均能滿足灌溉用水的要求。2樞紐組成：進水閘：控制引水流量（一般不大於枯水流量的30%）沖沙閘：沖走進水閘前泥沙（少沙河流上可不需沖沙閘）導流堤：導流及保證引水，平時導流，枯水時截斷河流，保證引水（有些河道要求引水流量不大於河道流量的30%，以保證通航和河道的穩定），從大江大河引水時，不需導流堤。3、引水口位置的選定：一般選在凹岸中部偏下遊處（對順直河流不在存在這一問題），以防止泥沙淤塞進水口和進入管道。把取水口選在凹岸，不僅引水可靠（靠近主流、水位較高），而且可以防止泥沙入渠。通常把引水口放在彎道中部偏下遊的地方，因為在這時環流作用發揮得最充分，又避開了凹岸水流頂沖的部位。如果由於客觀條件限制，取水口必須選在凸岸，則應選在凸岸中部偏上游處。該處因環流作用而造成的不利影響較小。（二）有壩取水1、適用條件：河道的流量能滿足灌溉要求，但水位略低於渠首的引水要求。2、樞紐組成：壅水壩：抬高水位，滿足灌溉引水要求；進水閘，沖沙閘：作用同上；防洪堤：減免或避免上游淹沒損失。關於沖沙閘：它是多沙河流低壩引水樞紐中不可缺少的組成部分。沖沙閘的底板高程應低於進水閘底板高程，以保證沖沙效果。（三）揚水取水1、適用條件：河道水量豐富，但灌區位置較高，並且修建其他取水工程困難或不經濟時。2、樞紐組成：抽水設備（水泵、動力機、管道、閘閥等）水工建築物（引水渠、進水池、泵房、出水池等）輔助設施（供電設施、泵房內供排水設施、安裝檢修設施）（四）水庫取水1、適用條件：（1）年或多年總來水量較豐富，但有時水量水位都不能滿足灌溉要求；（2）有適當的地形（山谷）。2、組成：大壩（重力壩、拱壩、土石壩等）溢洪道（正槽、側槽；無閘控制、有閘控制等分類）輸水涵洞（涵管式、臥管式）3、優缺點：優點：（1）能調節徑流，（2）進入灌區的泥沙很少；缺點：樞紐複雜，投資大；（2）淹沒損失大。蓄引提結合灌溉系統：常見的有引提結合、蓄提結合。第二節管道灌溉系統灌溉系統是指從水源取水並輸送分配到田間的灌溉工程。按輸水方式的不同可分管道灌溉系統和管道灌溉系統兩大類。一、灌排渠系的組成及佈置原則（一）灌排渠系的組成1、灌溉系統:（1）渠首工程（2）灌溉渠道：幹、支、鬥、農渠等固定管道（3）渠系建築物（4）田間渠系工程：毛渠(臨時管道)、灌水溝哇等2、排水系統（1）田間排水工程：毛溝、腰溝、墒溝等（2）排水溝：幹、支、鬥、農溝（3）排水建築物：排水閘、涵、站等（4）排水容泄區：大江、大湖、大海等（二）灌排渠系的佈置的原則（1）滿足作物灌排要求。１）管道應佈置有高處，排水溝應佈置在低處。２）管道和排水溝的長度和間距應當適宜，保證灌得上排得出。（2）灌溉渠道必須與排水溝統一規劃佈置在規劃佈置管道時，必須同時考慮到排水溝的位置，在平原地區、圩區，管道一般要服從排水溝佈置。（3）安全可靠如管道要避免深挖高填，山丘區渠系上方必須修撇洪溝（截洪溝）。（4）經濟合理管道要儘量短直，以減少土方量；要儘量減少壓占耕地；排水溝要儘量利用天然河道。（5）便於管理便於用水管理和工程管理，佈置時要考慮行政區劃；也要考慮機耕方便；建築物儘量聯合修建，形成樞紐，以便於管理。（6）綜合利用如管道落差較大可佈置水電站，較大的管道或排水溝要考慮通航，水產養殖等。二、丘陵山區灌排渠系的規劃佈置山丘區的水利特點是：排水比較通暢，但乾旱問題比較突出。在山丘區雖然可以修建水庫塘壩蓄水灌溉，但是由於其蓄水能力有限，因此乾旱問題是山丘區的主要水利問題。因此山丘區灌排渠系的佈置，以灌渠道佈置為重點。山丘灌溉渠道佈置的關鍵是佈置幹渠。（一）幹渠的兩種佈置形式（1）幹渠沿等高線佈置（2）幹渠垂直於等高線佈置（二）支、鬥、農渠佈置支渠垂直於幹渠，其間距由地形條件決定。鬥渠間距一般為：400~800m農渠間距一般為：100~200m兩種佈置形式：（1）灌排相鄰適用於單一坡向地形（2）灌排相間適用於平坦，或有微起伏渠系建築物規劃佈置渠系建築物指與管道或排水溝配套的水閘、涵洞、橋樑、渡槽、倒虹吸、跌水、陡坡等建築物。一、渠系建築物選型與佈置的原則１、滿足使用要求如管道切斷了道路，那麼該處需設涵洞或橋樑；管道水位不夠則需建節制閘抬高水位。２、儘量採用聯合樞紐佈置的形式目的是為節省投資和管理方便。如閘與橋常聯合修建，分水閘與節制閘常聯合修建。３、儘量採用定型設計和裝配式建築物由於渠系建築物數量很多，同一類建築物工作條件常相近。採用定型設計和裝配式結構，對簡化設計，加速施工進度非常有利。４、儘量考慮採用當地材修建如在山丘區建渡槽、農橋可用砌石建築，在平原地區則宜用鋼筋混凝土排架渡槽。５、多作經濟比較，選擇最優方案選擇較經濟合理的方案。有時同一建築物可採用不同的施工方案，這時也可通過經濟比較來選擇較合理的施工方案。二、渠系建築物的類型與佈置（一）控制建築物控制流量和水位。１.進水閘：佈置在幹渠首端。２.分水閘：佈置在各支渠、鬥渠和農渠渠首。鬥首、農首分水閘也叫斗門和農門。３.節制閘：控制管道水位或流量。佈置：（１）在上級渠水位不能保證下級渠正常引水時，需在上級渠建節制閘抬高水位，保證下級渠引水。（２）實行輪灌時，在輪灌組分界處需設節制閘。（３）在重要建築物或險工渠段前需聯合修建節制閘和泄水閘，以防止漫溢，保證建築物和管道的安全。（二）交叉建築物交叉建築物主要的三種：渡槽、倒虹吸、涵洞。選擇方法：（１）不影響交通和航運；（２）技術上可行；（３）進行經濟比較，選擇最優的型式。（三）泄水建築物用於排除管道中餘水或入渠洪水。（１）退水閘佈置在較大的干支渠末端，以排泄渠中餘水（防止滋生雜草和蚊蟲）。（２）泄水閘與節制閘聯合修建，保護重要建築物和險工渠段。（四）銜接建築物管道經過一陡坎或坡面，時需建跌水或陡坡。１.跌水水位落差小於３ｍ時，宜建跌水。２.陡坡水位落差大於３ｍ時，宜建陡坡。（五）量水建築物１．利用閘、涵、渡槽等量水。在干支渠上量水一般利用這些渠系建築物量水。２．利用特設計量水備量水。如三角堰、梯形堰、巴歇爾量水槽、噴嘴等。一般鬥、農渠上可採用特設量水設備。第三節灌溉渠道設計一、管道設計流量概論１．定義：設計年份灌水期間管道需要通過的最大流量。一般用Ｑ表示。單位為m3/s。或正常條件下管道需要通過的最大流量，因此設計流量也叫正常流量。２．作用：（１）是確定管道設計斷面主要依據。（２）是確定建築物規模尺寸的主要依據。３．計算：一般已知管道的淨流量，求設計流量（毛流量）。淨流量一般是已知的，因此計算設計流量的關鍵是計算Ｑ損。二、管道輸水損失的估算輸水損失：水面蒸發可以忽略不計漏水損失：加強管理可避免滲水損失：主要的不可避免的輸水損失因此下麵所討論的管道輸水損失均指滲水損失。影響管道輸水損失的因素有：土壤性質、地下水位狀況和管道施工品質等。在地下水位較高時，地下水會對管道滲水產生頂托作用，從而影響管道滲水，下麵先分析在管道滲水不受到地下水位的頂托時的滲水損失計算方法。１．自由滲流情況下的滲水損失不受地下水位頂托的管道滲流（地下水位未達到渠底）。發生條件：地下水埋深較深（滲水未到達地下水）或地下水出流較好（滲水到達地下水，但地下水位沒有上升到渠底）。２．頂托滲流情況下的滲水損失地下水位到達渠底，影響滲流。發生條件：地下水位較高；地下水出流條件較差。頂托滲漏情況下的滲水損失小於自由滲流條件下的滲水損失。３．採取防滲措施後的滲水損失三、水的利用係數１．管道水利用係數反映某一管道的水的利用率。由各級管道組成的渠系可以用渠系水利用係數來描述其水的利用率。２．渠系水利用係數渠系：由幹、支、鬥、農四級固定管道組成。毛渠是臨時管道，屬田間渠系，或田間工程。

渠系的淨流量為：同時工作的農渠淨流量之和。

渠系的毛流量为：干渠的毛流量。３．田間水利用係數田間：此處指田間渠系，由毛渠、灌水溝、畦等組成。４．灌溉水利用係數最後我們看反映整個灌區的灌溉水利用係數。四、管道縱橫斷面設計橫斷面設計：確定管道邊坡、底寬、水深等。縱斷面設計：確定推算水位、確定渠底線、堤頂高程線等。管道橫斷面設計

（一）基本公式明渠均勻流公式

（二）橫斷面計算方法計算底寬ｂ和設計水深ｈ（三）設計參數的確定１．渠底比降ｉ指單位渠長的渠底降落值。當Q一定時,i大,