流域和湿地生态修复的关键技术

表4－3 沟谷断面类型系数表

3）坝高确定。

淤地坝的主要目的是拦泥淤地，其次为蓄水灌溉，其工程设计与水库有所区别。水库对地质要求严格，施工和管理上也比较复杂。淤地坝坝身土料要求以均质土为主，土石山区可用土石混建，如黏土成分较多，其成分占50％以上时，要掺细沙，以免裂缝漏水。

第一，拦泥坝高计算。拦泥库容需要的坝高为拦泥坝高，10米以下的淤地坝以2年的淤积量为准，10米以上的淤地坝以2~4年的淤积量为准。

年来泥沙量计算：

式中：Ｗ为年来泥沙量（米3）；Ｍ为多年平均侵蚀模数[吨/（千米2·年）]；Ｆ为流域面积（米2）；ｒ为泥沙容重（吨/米3）。

总来泥沙量计算：

式中：Ｗ总为总来泥沙量（米3）；Ｗ为年来泥沙量（米3）；ｔ为规定淤积时间（年）。

然后以Ｗ总在坝高－库容曲线上查得拦泥坝高。

第二，滞洪坝高计算。滞洪水深所需要的坝高为滞洪坝高。滞洪坝高即溢洪道水深在淤地坝中关系很大，水过深影响坝地生产，水太浅需要过宽的溢洪道，很不经济。一般流域面积在2千米2以内的，滞洪水深0.5~1.0米；2千米2以上的，水深1.0~2.0米。根据滞洪坝高加拦泥坝高，从坝高－库容曲线上查得的库容，减去拦泥库容即得滞洪库容。

第三，安全坝高确定。根据实践经验，坝高在10米以下，安全坝高为0.5~1.0米；坝高10~20米，安全坝高为1.0~1.5米。

4）淤地面积。

淤地面积可用下式计算：

式中：Ａ为淤地面积（米2）；Ｄ为最大水面宽（米）；ｄ为河床平均宽（米）；Ｈ为平坝时水深（米）；ｉ为沟床比降。

5）坝体断面确定。

淤地坝在15米以下，不设平台。在15米以上，设平台，平台宽1.0~1.5米。坝高、顶宽、边坡比尺寸见表4－4。

表4－4 淤地坝坝高、顶宽、边坡比参照表

6）反滤层。

淤地坝需要设反滤层，以排出坝体和坝基的渗透水，避免塌坝的危险。反滤层是在下游坡脚修的排水设备。反滤层所用材料为粗沙、石子、块石。反滤层尺寸，其高度一般为坝高的1/10~1/5。反滤层形式主要有以下两种：

第一种是棱式反滤层。其断面见图4－4，其尺寸材料见表4－5。

图4－4 棱式反滤层断面图

表4－5 棱式反滤层尺寸材料表

第二种是斜卧式反滤层。其断面见图4－5，其尺寸材料见表4－6。

图4－5 斜卧式反滤层断面图

表4－6 斜卧式反滤层尺寸材料表

7）溢洪道。

溢洪道是淤地坝宣泄洪水的建筑物，一般多修在坝一侧的河岸上。溢洪道最大泄洪流量可按高切林法计算：

式中：ｑｍ为溢洪道最大泄洪流量（米3/秒）；Ｑｐ为设计洪峰流量（米3/秒）；Ｗｐ为设计洪水总量（米3）；Ｖ滞为溢洪库容（米3）。

溢洪道底宽可由下式求得：

式中：Ｂ为溢洪道底宽（米）；Ｑ为最大泄洪流量（米3/秒）；Ｈ为溢洪水深（米）；Ｍ为流量系数，Ｍ＝1.33~1.56。

从表4－7中可查得溢洪道断面尺寸。

表4－7 溢洪道矩形断面尺寸表

注：底坡比降1/1000。

8）泄水涵洞。

淤地坝在小沟上建筑时，可不设涵洞，只开溢洪道，但流域面积在5千米2以上或在有长流水的沟道中修建时，须布设泄水涵洞，以排除坝内清水，便于耕种和再次拦蓄洪水。

泄水涵洞主要包括卧管和消力井、涵洞和消力池两部分。

第一，卧管和消力井。卧管纵坡一般以1∶2~1∶3为宜，卧管每升高0.5米设一放水孔，孔口设盖板。卧管和放水孔通常有圆形和方形两种。圆形和方形卧管的尺寸可查表4－8，放水孔的尺寸可查表4－9。

表4－8 圆形、方形卧管尺寸表

表4－9 放水孔尺寸表

卧管中的水流为陡坡急流，冲力很大，必须在卧管底端设置消能设施，消能后再由坝下涵洞放到下游去，消能设施一般做成长方形消力井，其容积可按每立方米的容积消除能量7.5~8.0千瓦来计算。

水在消力井顶部产生的能量：

式中：Ｎ为能量（千瓦）；η为效率系数，取1.0；Ｑ为管内流量（米3/秒）；Ｈ为水头（米）。

算出Ｎ后，可求出消力井容积，拟定消力井尺寸。