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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。
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