淤地坝设计项目说明指导书春.doc

淤
地
坝
工
程
设
计

学院：资源环境学院
班级：水保101
姓名：陈洪敏
学号：011498

前言
水土流失是国内最严重生态环境问题之一，近年来，随着经济发展，工程建设导致水土流失无疑使得这一问题更加严峻。为应对这一变化，咱们采用了更完善水土保持治理方案。淤地坝工程是沟道治理工程一种，是国内黄河中游水土保持地区沟道治理一项行之有效水土保持工程办法。
本次淤地坝设计，由于知识水平和实践经验限制，加之时间有限，疏漏之处在所难免，但愿读者批评指正，以便此后进一步修改，完善，本人不胜感激。
在设计过程中，参照了关于书籍，并得到张胜利教师指引与各位同窗协助，在此表达衷心感谢！

编者
5月

目录
前言
第一章 淤地坝设计基本资料 5
第二章 淤地坝总体概况 5
第一节 淤地坝概念 5
第二节 枢纽工程构成 5
第三节 淤地坝分级及设计洪水原则 6
第四节 淤地坝类型选取 6
第五节 坝址选取 6
第三章 土坝坝体设计 6
第一节 坝高及库容拟定 6
（一）、拦泥库容及拦泥坝高拟定 7
（二）、滞洪库容及滞洪坝高拟定 7
（三）、安全加高△h拟定 9
第二节 土坝断面构造构造及尺寸 10
（一）、坝顶宽度 10
（二）、坝坡马道 10
（三）、坝边坡 10
（四）、坝坡保护 10
（五）、坝体排水 11
（六）、坝基和岸坡解决 11
第三节 土坝稳定分析计算 12
第四章 土坝溢洪道设计 13
第一节 位置选取 13
第二节 布置形式 13
第三节 水力计算 14
（一）、溢流堰尺寸计算 14
（二）、陡坡段尺寸计算 14
（三）、出口段尺寸计算 19
第四节 溢洪道构造设计 21
（一）、进口段设计 21
二、陡坡段设计 22
三、出口段设计 22
第五章 土坝放水建筑物设计 23
第一节 放水工程构成及作用 23
（一）、放水工程构成 23
（二）、放水工程作用 24
第二节 工程布设 24
第三节 水力计算 24
（一）、卧管水力计算 24
1、进水孔尺寸计算 26

2、卧管涵洞断面尺寸计算................................................................................26
3、卧管台阶尺寸计算 ..................................................................................26
4、卧管消力池水力计算 ..................................................................................26
(二) 、输水涵洞水力计算 28
(三) 涵洞出口消能段水力计算 28
第四节 工程构造设计 29
（一）、卧管构造设计 29
（二）、输水涵洞构造设计 30
（三） 、输水涵洞出口设计 30

第一章 淤地坝设计基本资料
1. 流域沟道坝址地形图一张（1/1000）；
2. 坝址以上集水面积5km2;
3. 经勘测计算，求得坝高H与库容V、淤地面积A关系见图；
4. 流域年侵蚀模数K=10000t/km2，一遇设计洪水流量Q20=105m3/s，洪水总量W洪＝10万m3，2一遇设计洪水流量Q200=180m3/s，洪水总量W洪＝17万m3；
5. 沟道无常流水；
6. 坝址附近有充分筑坝土料，土壤内摩擦角φ＝20°，内聚力c=0.8t/m2；
7. 放水洞设计流量Q=0.5m3/s
第二章 淤地坝总体概况
第一节 淤地坝概念
淤地坝是指在沟道中为了拦泥、淤地所建坝，坝内淤成土地称为坝地。淤地坝是在国内古代筑坝淤田经验基本上逐渐发展起来。淤地坝是国内黄河中游水土流失地区沟道治理一项行之有效水土保持工程办法。
第二节 枢纽工程构成
（一）构成及作用
淤地坝工程普通由三大件构成，即大坝、溢洪道，放水洞。
坝体是横拦沟道挡水建筑物，用以拦蓄洪水，淤积泥沙。溢洪道是排洪建筑物，当淤地坝内洪水位超过设计高度时，洪水就会由溢洪道排出，以保证坝体安全和坝堤生产正常运营。放水建筑物用以排泄沟道长流水、库内积水到坝下游，普通采用竖井和卧管形式，淤地坝重要用于拦泥淤地，普通不长期蓄水，其下游也无灌溉规定。
（二）构成方案选取
淤地坝枢纽工程构成在实践中有三大件方案（大坝、溢洪道和放水建筑物），也有两大件方案（大坝和放水建筑物），尚有一大件方案（大坝）。
虽然三大件方案中溢洪道工程量大，工程投资和维修费用较高，但考虑到淤地坝控制流域面积较大，为5km2,从工程建成后运用安全面及淤地坝上游沉没损失两方面综合考虑，淤地坝设计为三大件方案。
第三节 淤地坝分级及设计洪水原则
淤地坝库容不大于50万立方米，属于中小型淤地坝。洪水重现期设计洪水为，校核洪水为2。淤积年限为设计为。
注：①根据《水土保持综合治理技术规范—沟壑治理技术》（GB/T16453.3—1996）②可依照实际状况，恰当提高设计洪水原则。
第四节 淤地坝类型选取
坝地附近有充分筑坝土料，可以就地取材，考虑到土坝对地基规定低，施工技术较为简朴，因而淤地坝设计为均质土坝。
土坝按照施工办法可以分为碾压坝和水坠坝。在坝地附近有充分土料，但是没有充分水源，水坠坝无法施工，因而土坝设计为碾压坝。
综上，淤地坝设计为碾压均质土坝。
第五节 坝址选取
好坝址是淤地面积大、工程量小、施工以便、运用安全可靠。在流域沟道坝址地形图中有两个轴线位置可以选取，其中轴线二处沟谷狭窄，上游地形开阔平坦，并处在口小肚大葫芦口地形处，在轴线二处筑坝工程量小、库容大、淤地面积大。因而，选中在轴线二处筑坝。
第三章 土坝坝体设计
第一节 坝高及库容拟定
淤地坝坝高H普通由拦泥坝高h拦，滞洪坝高h滞和安全超高Δh三某些构成，即坝高：H=h拦+h滞+Δh

土坝断面构造构造图
（一）、拦泥库容及拦泥坝高拟定

式中：F—淤地坝控制流域面积，单位km2，取F=5 km2
K—年平均侵蚀模数，K=10000t/（km2•年）
ns—坝库排沙比，从安全角度考虑，以为土坝不排沙，即ns=0
T—设计淤积年限，N=
rS—淤积泥沙干容重，rS =1.35t/m3
将数据代入得： ==37万m3
依照H-V曲线，查出相应拦泥坝高h拦=22.5m，高程为820.5m。
（二）、滞洪库容及滞洪坝高拟定
对于三大件方案，滞洪库容需通过调洪计算拟定。
调洪计算办法采用简化三角形法：
溢洪道最大泄流量Q泄为：
溢流堰堰流公式为：
两公示联立得：
其中，M—流量系数，取值为M=1.6；
H—溢洪道堰上水头；
B—溢洪道堰顶净宽；
W洪—溢洪道最大泄洪量；
V滞—滞洪容积；
Q洪—来水洪峰流量
1、用一遇洪水进行设计
已知一遇设计洪水流量Q20=105m3/s，洪水总量W洪＝10万m3。
求解采用试算法，环节为：
1) 由筹划淹深假设h滞，由H~V曲线求得V滞；
2) 按公式 求Q泄；
3) 按堰流公式 求溢洪道宽度B；
4) 通过多次假设计算，最后对工程作经济、技术比较，取一种适当B，该B所相应h滞，Q泄，V滞即为调洪计算所求。

调洪计算表1
h滞（m）
高程（m）
v拦（万m3）
v库(万m3)
v滞(万m3)
B（m）
1
821.5
37
41
4
39.38
1.5
822
37
41.8
4.8
18.58
2
822.5
37
42.5
5.5
10.44
2.5
823
37
43.2
6.2
6.31
3
823.5
37
44
7
3.79
3.5
824
37
44.9
7.9
2.10

从试算表格中可以看出，h滞=2m时，v滞=5.5万m3，B=10.44m符合土坝设计规定，因而，B设计为10.5m，此时==47.25m3 /s
2、用2一遇洪水进行校核
已知2一遇设计洪水流量Q200=180m3/s，洪水总量W洪＝17万m3
校核环节:
1) 一方面假设一种h滞，由H~V曲线求得V滞；
2) 按公式 求Q泄；
3) 按堰流公式 ，其中M=1.6，B=10.5m,可求得h’滞；
4) 将假设h滞值与求得h’滞值对比，如果两个数值接近或相等，则为所求h滞。
调洪计算表2
h'滞（m）
高程（m）
v拦（万m3）
v库(万m3)
v滞(万m3)
B（m）
M
B*M
h滞
1
821.5
37
41
4
10.5
1.6
16.8
4.06
1.5
822
37
41.8
4.8
10.5
1.6
16.8
3.90
2
822.5
37
42.5
5.5
10.5
1.6
16.8
3.75
2.5
823
37
43.2
6.2
10.5
1.6
16.8
3.59
3
823.5
37
44
7
10.5
1.6
16.8
3.41
3.5
824
37
44.9
7.9
10.5
1.6
16.8
3.20
4
824.5
37
45.8
8.8
10.5
1.6
16.8
2.99
由表2可知，h滞=3.5m时两值相近，故h滞=3.5m。
（三）、安全加高△h拟定
安全加高是考虑坝库蓄水后，水面风浪冲击，蓄水意外增大使库水位升高和坝体沉陷等附加一某些坝高，按关于规定，坝高H＞20米，Δh取1.5~2米。
（四）.坝高拟定
一遇洪水计算为：H20=h拦+h滞+Δh=22.5+2.0+2.0=26.5m
2一遇洪水校核为：H200=h拦+h滞+Δh=22.5+3.5+1.5=27.5m
由于H20<H200，因此坝高应当按照H200设立，即H=27.5m,设计为27.5m
第二节 土坝断面构造构造及尺寸

（一）、坝顶宽度
坝顶设立单行道车道，由表3-8 中可以看出，对于高度在21m-30m土坝坝顶宽度B=5m。
（二）、坝坡马道
因坝高于15m，考虑到施工行人、交通、堆放材料、机件以便和坝坡排水,在坝中部即14 m高度（高程812m）设立1.5m宽横向马道。马道上部坝坡陡，下部坝坡缓。马道与坝坡相连处设排水沟。排水沟为矩形断面，尺寸为30×30cm（深×宽），边墙、底板厚均为0.2m。
（三）、坝边坡
上游马道以上坡比为1:2.25,马道如下坡比为1:2.5；下游马道以上坡比为1:1.75,马道如下坡比为1:2。
（四）、坝坡保护
为防雨水等冲刷，淤积面以上上游坝面和下游坝面，须设立保护办法。
1、植物办法
保护办法可为种植牧草、栽植灌木、也可以砌石。
2、排水沟
下游坝面还需要设立纵向排水沟，特别是坝端与沟坡相接处，必要做好排水办法，以防暴雨径流冲刷。因而，在坝体与岸坡结合处设纵向排水沟，将坝面流水送出坝脚以外。排水沟为矩形断面，尺寸为30×30cm（深×宽），边墙、底板厚均为0.2m.
3、结合槽
为增长坝体稳定性，防止土坝与沟底结合面上透水，沿坝轴线方向从沟底到岸坡开挖一道梯形断面结合槽。结合槽底宽1.0m，深1m，边坡比1：1，结合槽用黄土人工回填夯实。
（五）、坝体排水
坝库蓄水之后，由于上游水压力作用，水流会通过坝体渗入到下游坝面坡脚处，对于下游坝坡产生冲刷，浮现管涌和流土现象。为了保证坝体安全，需要在坝下游坡脚处设立排水体。排水体作用是一是减少浸润线位置，防止渗入破坏（流土，管涌）；二是增长坝坡稳定，减小坝断面尺寸。
本次设计采用棱式反滤排水体排水。
断面为梯形，如图。设计排水体顶端长度为2.5m，高度为5m，粗砂厚度为0.3m，小砾石厚度为0.4m，内部坡比为1：1，外部坡比为1:1.5。

（六）、坝基和岸坡解决
坝体填筑前，必要对坝基和岸坡进行解决，清基范畴应超过坝坡脚线0.6m，清基平均深度为30cm，凡在清基范畴内地面表土、乱石、草皮、树木、腐殖质等均要清除干净，不得留在坝内做回填土用。与坝体连接岸坡应开挖成平顺正坡，土质岸坡不陡于1：1.5。
第三节 土坝稳定分析计算
（一） 稳定性分析计算目
土坝由散状土料堆筑，体积较大，一经压实，普通不会沿坝基发生整体滑动。土坝重要靠土粒间摩擦力和粘聚力来维持稳定，但渗入水会大大减低摩擦力和粘聚力。当坝坡高于某一数值，失去稳定，发生滑坡，故需要对土坝进行稳定性分析，以求得稳定状态下坝体最优断面形状与尺寸。
（二） 稳定分析计算
本次土坝稳定分析计算办法采用泰勒分析法。
泰勒提出在土坡稳定分析中共有5个计算参数,即土重度γ、土坡高度H、坡角α以及土抗剪强度指标c、ϕ，若懂得其中4个参数时就可以求出第五个参数Ns，称为稳定因数。
泰勒通过大量计算得到Ns与ϕ及α间关系曲线。如图所示：

泰勒稳定因数Ns与坡角a关系

经计算，得到下表：

坡比
α坡度
j
Ns
C
稳定安全系数K

1:2.25
23.97
20
0.009
0.10
8.23

1:2.5
21.81
20
0.0028
0.03
25.51

1:1.75
29.76
20
0.027
0.29
2.74

1:1.8
29.07
20
0.025
0.28
2.86

由表可以看出，稳定安全系数K不不大于1，因此该土坡处在稳定状态。

第四章 土坝溢洪道设计
第一节 位置选取
从流域沟道坝址地形图中可以看出沟道右岸（站在上游面向下游，左为左岸，右为右岸）坡度较陡，左岸坡度较缓，故溢洪道应当设立在在沟道左岸平缓山坡处。同步，为了泄洪安全，溢洪道进口布设在距坝端10m以外，出口布设坝坡坡脚线20-50m以外，溢洪道轴线布设为直线。
第二节 布置形式
所设计土坝为中型淤地坝，且流域汇水面积大，泄洪流量大，因而溢洪道设计为堰流式陡坡式溢洪道，用浆砌石建造。考虑到陡坡式溢洪道具备构造简朴、水流平顺、施工以便、工程量小长处，溢洪道设计为陡坡式。溢洪道由进口段，陡坡段，出口段三某些构成。其中进口段溢流堰设计为无坎宽顶堰。

第三节 水力计算
（一）、溢流堰尺寸计算
溢流堰采用实用堰，堰上水深为H=h滞=2m，堰长设计为2.5倍H，即L=5m，堰顶宽度为B=10.5m。
（二）、陡坡段尺寸计算
1、计算临界水深hk
陡坡段设计为矩形,底宽B=10.5m。
对于矩形断面陡槽，hk可按照水力学公式试算求得，即
=
其中，——临界水深，m.
α——流速分布不均匀系数，取1.0.
q——单宽流量，m3/(s·m),q= Q泄/B.
Q泄——溢洪道设计流量，m3/s.
B——溢洪道宽，m.
g——重力加速度，m/，取9.8.
单宽流量q= Q泄/B=47.25/10.5=4.5m3/(s·m).
临界水深 =≈1.27m.

2、计算临界底坡ik

其中Kk为流量模数；ωk 为过水断面面积，ωk=B*hk；Ck 为谢才系数， ，n为粗糙系数，n=0.02 ；Rk为相应临界水深hk时水力半径，，Xk为相应临界水深hk时湿周，Xk=2 hk+B
将hk =1.27m代入公式Xk=2 hk+B
可得：湿周Xk =13.04m；过水断面面积ωk=B*hk =13.335m2；=13.335÷13.04=1.023m； =50.19
综上，Kk=676.9m3/s，ik=47.25^2/676.9^2=0.00487
陡坡段底坡设计为i=1:5，由于ik =0.00487 < i=0.2,因此陡坡水流为急流，可按照陡坡计算。

3、计算陡坡长度L0

P为陡坡段总落差，坝底高程为796.2m，溢流堰高程为820.5m，因而P=820.5-796.2=24.3m；i=1:5=0.2，则=123.9m。
4、计算正常水深h0
运用明渠均匀流公式：
A为过水断面面积，A=B*H，B=10.5m；C 为谢才系数， ，n为粗糙系数，n=0.02；R为水力半径，，X为湿周，X=2 h+B；i为底坡坡度，i=0.2。

明渠均匀流公式可以转化为只有一种变量h公式，即：
Q=234.7871*h*(10.5h/(10.5+2h))^(2/3)

试算法：假设一种水深ho，可以求得一种流量Q，将ho和Q关系进行线性分析，做出趋势线，依照趋势线公式代入Q泄=47.25m3/s便可以求得ho 值。
正常水深Ho/m
流量Q/m3/s
0.1
5.00
0.2
15.66
0.3
30.42
0.4
48.55
0.5
69.60
0.6
93.24

由流量和水深关系图中可以求出，当y=Q泄=47.25m3/s时，x=h0 =(47.25+18.372)/177.47=0.37m
5、计算水面曲线
=
=()
式中：为溢洪道陡坡段相邻两过水断面水深，单位m；i为底坡比降，i=1:5；为溢洪道陡坡段相邻两过水断面水力坡度平均值；h1,h2为溢洪道陡坡段相邻两过水断面水深，单位m；,为溢洪道陡坡段相邻两过水断面平均流速，单位m/s；a1、a2为相邻两过水断面动能修正系数，取1.0。
溢洪道陡坡段相邻两断面单位能之差计算表

溢洪道陡坡段相邻两断面水力坡度计算表

溢洪道陡坡段过水断面分段长度计算表

得到水面曲线图如下：

从水面曲线中计算可以得到∑△L=51.08m，不大于陡坡段长度L=123.9m。由此可以阐明陡坡段末端水深达到正常水深。
6、陡坡终点水深ha和末端流速va
由于求出水面曲线长度L=51.08m<溢洪道陡坡段长度L0 =123.9m，因此陡坡段末端水深ha正常水深h0=，此时Q泄=47.25m3/s，过水断面面积A=B*H=10.5×0.37=3.885m2，=47.25÷3.885=12.16m/s
7、陡坡边墙高度H拟定
考虑到陡坡流速较大，参气会使水深增长，故边墙高度H应按下式拟定：

h为水深；hB为掺气时水深增长值，当流速V不大于或等于20m/s时，；Δh为安全加高，可取0.5－1.0m，在本次淤地坝设计中，取Δh=1m.
为了计算和施工以便，陡坡侧墙高度由陡坡起始端侧墙高度H始与陡坡末端侧墙高度H末两点连线拟定，因而，只需要计算出H始 和H末 两个数值即可。
A、 陡坡起始端：
vk =3.54m/s，hk =1.27m,则=3.354×1.27÷100=0.045m，Δh=1m，
H始=h+hB+△h=1.27+0.045+1=2.315m，故设计为2.5m
B、 陡坡末端：
=12.16m/s，ha=0.37m，则=12.16×0.37÷100=0.0449m，
Δh=1m，H末=h+hB+△h=0.37+0.0449+1=1.4149m，故设计为1.5m

起始和末端高度拟定，可以拟定边墙高度H。
（三）、出口段尺寸计算

1、 消力池深度S计算
消力池断面设计为矩形，消力池深度选用经验公式进行计算：

其中：h〞—以陡坡段末端水深ha为跃前水深计算出跃后水深，单位m；
ht—尾渠正常水深，单位m
A.求跃后水深h〞
单宽流量q=Q/B=47.25/10.5=4.5m3/(s·m),跃前断面平均流速Va=q/ha=4.5/0.37=12.16m/s,跃前断面弗劳德数Fra=Va/√(g*ha)=12.16/(9.8*0.37)=3.35,
故h〞=1.1*1/2*ha*(√(1+8Fra^2)-1)=1.74m,σ为安全系数，取1.1。
B、求尾渠正常水深ht：
尾渠设计成矩形断面，底宽B=10.5m。
运用明渠均匀流公式：
A为过水断面面积，A=B*H，B=10.5m；C 为谢才系数， ，n为粗糙系数，n=0.02 ；R为水力半径，，X为湿周，X=2h+B；i为尾渠底坡坡度，可以与土坝下游区域坡降近似相等，在流域沟道坝址地形图上可以看出高程由798m降到796.2m图上直线距离为8cm，图为1:10000地形图，则实际距离为80m，由此可以求得i=（798-796.2）÷80=0.0225。
可得水深h与Q之间函数关系式：
Q=1/n*R^(2/3)*B*H*√i
用试算法，假设某一h,求出相应Q，将h和Q关系进行线性分析，做出趋势线，依照趋势线公式代入Q泄=47.25m3/s便可以求得ht 值。
尾渠水深计算表
Q=1/n*R^(2/3)*B*H*√i

宽度B
水深H
面积A
湿周X
水力半径R
i
流量Qm/s
10.5
0.4
4.2
11.3
0.37
0.02
16.28
10.5
0.5
5.25
11.5
0.46
0.02
23.35
10.5
0.6
6.3
11.7
0.54
0.02
31.27
10.5
0.7
7.35
11.9
0.62
0.02
39.98
10.5
0.8
8.4
12.1
0.69
0.02
49.39
10.5
0.9
9.45
12.3
0.77
0.02
59.45
10.5
1
10.5
12.5
0.84
0.02
70.11
10.5
1.1
11.55
12.7
0.91
0.02
81.31

由流量和水深关系图中可以求出当Q泄=47.25m3/s时，ht =0.76m
已求得跃后水深h〞，尾渠正常水深ht ，消力池深度 S=1.25(h〞-ht)=1.25*（1.74-0.76）=1.225m

2、消力池长度计算

式中：为折减系数，取值0.75；h”为跃后水深，h”=1.74m；h’为跃前水深，h’=0.37m
则：=6.9×(1.74-0.37)=9.45m
=0.75×9.45=7.09m，设计为7.5m
第四节 溢洪道构造设计
（一）、进口段设计
引水渠设计在岩基上，采用矩形明渠，修葺平整即可，本次用浆砌石衬砌。渠道断面底宽B=10.5m,侧墙高H=2.5m，厚度为0.4m
（二）、渐变段设计
渐变段长度L=5m，采用八字墙作为导流墙，侧墙厚为0.4m 导流墙与边墩用缝分开，使其独立工作，墙高2.5m。底板上游做渗齿墙，入地基1m,厚0.5m,底板砌厚0.5m.,由于B相似，此时ɑ=0。

（三）、溢流堰设计
淤地坝地基为岩基，溢流堰设计实用堰，堰长为5m，底板厚0.4m,横截面为矩形，底宽10.5m。堰体底板与渐变段底板相连，连接处需做一深1m，厚0.5m防渗抗滑齿墙。堰边墙（边墩）用浆砌石建造，为挡土墙形式，墙高2.5m，顶宽0.4m,堰边墙一侧垂直，另一侧边坡为1:1，溢流堰边墩构造图详见附图。

二、陡坡段设计
陡坡段纵坡设计为1:5，陡槽断面为矩形断面，陡槽侧墙和底板用浆砌石建造，厚0.4m。为了防止不均匀沉降，陡槽沿着纵坡每隔10m留一沉陷缝。每段陡槽起始端都设立深1m，厚0.5m防渗抗滑齿墙。为了防止陡槽底板冰冻发生裂缝，还需在底板下铺设0.2m砂卵石垫层反滤排水及纵向排水沟。
由于陡槽中水流速较大，动水压力也许使底板产生振动，为了稳定起见，需校核底板厚度d与否满足规定。
底板厚度校核使用公式：

式中：d为底板厚度（m）；a为地基条件系数，密实黏土a=0.8；v为槽中流速；h为槽中水深
a、陡槽起始端：vk =3.54m/s，hk =1.27m，d=0.03×0.8×3.54×√1.27=m<0.4m
b、陡槽末端：v0 =11.75m/s，h0=0.37m，d=0.03×0.8×11.75×=0.17m<0.4m
由此可以看出，底板厚度为0.4m满足规定。
三、出口段设计
出口段涉及消力池、渐变段和尾水渠三某些。渐变段和尾水渠与进口段构造相似，尺寸不同。消力池用浆砌块石修筑，池底厚0.5m，池前端设立齿墙，深1.0m，厚0.5m，底板下设反滤排水孔和反滤层，考虑到溢洪道整体流畅性与施工以便，侧墙高度同于陡槽，长7.5m,底宽10.5m。渐变段长度为5m，宽度10.5m，侧墙高度为1.5m，厚度0.4m。尾水渠宽度10.5m，高度1.5m。

底板池底厚度d校核公式：

式中：d为底板厚度；hc为收缩断面处水深，可取跃前水深；Vc为收缩断面处流速； K为系数，K=0.03+0.175sina， a为陡槽未端射流与水平面夹角。
已知tana=1/5，则a=11.31゜，Vc = 11.75m/s， hc =0.37m/s ，K=0.03+0.175sina=0.03+0.175sin11.31゜=0.06432
则 =0.06432×11.75×=0.46m
由于d=0.46<0.5，因此消力池底板厚度设计为0.5m满足规定。
第五章 土坝放水建筑物设计
第一节 放水工程构成及作用
（一）、放水工程构成
放水工程由进口取水工程、输水工程和出口消能工程构成。取水工程设计为卧管，输水工程设计为坝下涵洞，出口消能工程设计为底流消能。
卧管空口设计为平孔，平孔高差0.5m。输水涵洞设计为砌石拱涵，输水涵洞出口段设计为陡坡段消力池形式,构造同溢洪道出口道消力池。
（二）、放水工程作用
对已经淤成坝库，防水工程作用重要是排除坝内积水，保证坝地生产安全，减少盐碱化；对未淤成坝库，重要是排水腾空库容，拦蓄径流泥沙，调节洪水径流。
第二节 工程布设
卧管布设在沟道右岸，土坝上游坡脚处，卧管纵向坡度设计为1:2。输水涵洞埋于坝基，纵向坡度设计为1:100，涵洞轴线与坝轴线垂直，与卧管轴线呈直角。涵洞出口消能工程布设在土坝下游坝坡坡脚以外，放在沟道一侧，使水流沿坡脚流动，防止切割坝体。
第三节 水力计算
（一）、卧管水力计算
卧管上端高出坝库最高水位1m，并在顶部设立通气孔。卧管涵洞高度比正常水深大3倍。

1、进水孔尺寸计算
进水孔设计成两个孔同步进水，进水流量Q为：

式中：μ为流量系数，μ=0.62；ω为进水孔断面面积，进水孔设计成圆形，即ω=d2；g为重力加速度，g=9.81m/s2 ;H1 、H2 分别为上下孔孔口水头。
已知Q=0.5m3/s,H1=1m，H2 =1.5m
则 =0.323m<0.4m，尺寸适当，每台阶只需设一孔，大小设计为0.35m。
2、卧管涵洞断面尺寸计算
卧管涵洞断面尺寸按照加大流量Q加 计算：Q加 =1.2Q设 =1.2×0.5=0.6m3/s；
卧管涵洞设计成矩形横断面，断面宽度B=0.8m。
求断面高度，应用明渠均匀流公式：

式中：A为过水断面面积，A=B*h，B设计为0.8m；C 为谢才系数， ，n为粗糙系数，n=0.02；R为水力半径，，Xk为湿周，；i为底坡坡度，i=1：100=0.01
明渠均匀流公式可以转化为只有一种变量h公式，即：

试算法：假设一种水深h，可以求得一种流量Q，将h和Q关系进行线性分析，做出趋势线，依照趋势线公式代入Q加=0.6m3/s便可以求得h 值。

由流量和水深关系图中可以求出当Q加=0.6m3/s时，h =0.426m
卧管涵洞高度比正常水深大3倍。则h卧=3h=3×0.426=1.27m,设计为1.3m
3.卧管台阶尺寸计算
已知坝底部高程为798m，最高水位高程为822.5m，第一种进水孔处在最高水位1m如下，即高程为821.5m，由此可知卧管两端高程差约为21m（去掉卧管自身高度和消力池深度总共约为2.5m），。两个进水孔高差为0.5m，则进水孔总个数n=21÷0.5=42个。将卧管台阶设计成正方形，卧管底坡为1:2，即水平距离约为42m，由此可知每个台阶长度为L=42÷42=1m，即为1*1m正方形台阶。

4、卧管消力池水力计算
消力池断面设计成矩形，底宽b=1+0.4=1.4m
求卧管正常水深h0，应用明渠均匀流公式：

式中：A为过水断面面积，A=Bh，B=1m；C 为谢才系数， ，n为粗糙系数，n=0.02 ；R为水力半径，，Xk为湿周，；i为底坡坡度，i=1：2
明渠均匀流公式可以转化为只有一种变量h公式，即：

试算法：假设一种水深h，可以求得一种流量Q，将h和Q关系进行线性分析，做出趋势线，依照趋势线公式代入Q =0. 5m3/s便可以求得卧管正常水深h0 值。
水深与流量关系计算表
宽度B/m
水深H/m
面积A/m2
湿周X
水力半径R
坡度i
流量Qm/s3
1
0.4
0.4
1.8
0.22
0.50
5.19
1
0.5
0.5
2
0.25
0.50
7.02
1
0.6
0.6
2.2
0.27
0.50
8.92
1
0.7
0.7
2.4
0.29
0.50
10.88
1
0.8
0.8
2.6
0.31
0.50
12.89
1
0.9
0.9
2.8
0.32
0.50
14.93
1
1
1
3
0.33
0.50
17.00
1
1.1
1.1
3.2
0.34
0.50
19.08

由流量和水深关系图中可以求出当Q =0. 5m3/s时，h0=0.17m
计算矩形断面跃后水深，应用公式：

式中：h1为跃前水深，h1=0.17m；h2为跃后水深；q为单宽流量， =0.5/1 =0.5m2/s；g为重力加速度。
代入数据得h2=0.47m
池长：L=3h2=3×0.47=1.41m，设计为1.5m；
池深：d=1.25（h2-h1）=1.25×(0.47-0.17)=0.375m，设计为0.4m
为了保证池内产生沉没水跃，需要满足如下规定：
==1.21>1.1，满足规定。
(二) 、输水涵洞水力计算
本次设计输水涵洞采用无压砌石拱涵，应用明渠均匀流公式：

式中：A为过水断面面积，A=Bh，B=1m；C 为谢才系数， ，n为粗糙系数，n=0.02 ；R为水力半径，，Xk为湿周，，i=0.01.
代入数值，求得h=0.29m.
洞内水深不得不不大于洞高3/4，以保证不因水流波动而破坏明流状态，涵洞洞高H=h/0.75=0.39m,考虑到施工检修，此处取H=0.4m
(三) 涵洞出口消能段水力计算
输水涵洞出口段设计为陡坡段消力池形式,构造同溢洪道出口道消力池。

采用公式：
式中：q—单宽流量，
h2—第二共轭水深,m.
h0—明渠段正常水深，h0= 0.29m.
a—流速不均匀系数，取a=1.0.
g—重力加速度，g=9.8m/s2.
将以上关于数值代入公式计算得：h2=1.3m,接消力池出口下游沟道无长流水，水深hs=0m，h2＞hs，故发生远离式水跃，需设消力池。
消力池断面尺寸计算如下：
池深计算 d=1.25(h2-hs)
池长计算 Lk=(3～9)h2
将关于数值代入公式计算得：
d=1.25(1.3-0)=1.625(m)，取d=1.65
Lk=(3～9)×1.3=3.9～11.7m,取L=5m

第四节 工程构造设计
（一）、卧管构造设计
设计卧管侧墙顶厚0.2m，底板厚0.2m，盖板设计为条石。
条石盖板厚度计算：
盖板跨中最大弯矩为：
盖板跨中最大剪力：
式中：q为均布荷载，，γ土 为土壤饱和容重（kN/m3），γ土 =20 kN/m3 ，H为盖板上泥沙淤积高度，计算采用淤地坝泥沙淤积高度计算，即H=22.5m,为便于计算取23m,L0为计算跨度，L0=1.05L，L为净跨，L=1m。
板厚可依照最大弯矩和最大剪力分别按下式计算并取其中较大值：

式中：h为板厚；b为盖板单宽，取1.0m；δ为条石容许拉应力（kpa），δ=7.7Mpa；δT 为条石容许剪应力（kpa），δT =7.8Mpa。
代入数据得：==22.82kN/m
=91.29kN/m
则 ==0.133m； ==0.018m
综上，条石盖板厚度应当为0.133m，设计为0.14m。

卧管消力池尺寸如下：
池长：L=1.5m；
池深：d=0.4m；
池厚度同卧管。

（二）、输水涵洞构造设计
坝下输水涵洞设计为砌石拱涵，拱厚度为0.2m，拱圈半径为0.5m，侧墙边坡为3:1，侧墙顶宽0.45m，底宽1.0m，输水涵洞底板厚为0.2m。砌石拱涵断面构造图见附图。
（三） 、输水涵洞出口设计

输水涵洞出口段设计为消力池形式，

池深d=1.65m;
池长L=5m;
底板厚为0.2m.