水土保持工程课程淤地坝
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(3) 工程量和施工方法 一般在当年汛期后动工，次年
汛期前达到坝高。所以应根据设计洪水、施工方法和劳力等情 况，估算可能完成的工程量，分析完成设计坝高的可能性。
第四节 淤地坝调洪演算—坝高确定
2. 拦泥坝高的确定(4点) (1)分析该坝的坝高—淤地面积—库容关系曲
线，初步选定经济合理的拦泥坝高，再由其关系 曲线中查得相应坝高的拦泥库容。
滞洪库容与设计洪水和溢洪道的最大泄洪流量qm有关。 当设计洪水一定时，溢洪道下泄流量越大，需要的滞洪库容和 滞洪坝高就越小；反之，如果滞洪库容越大，溢洪道下泄流量 就越小。 因为修筑溢洪道费用较高，占总投资30%~50%。设 计时，可采取增大滞洪库容减小溢洪道规模和尺寸，或分期加 高土坝增大防洪库容等措施，以减小工程量和造价。
整个过程就是淤地坝的调洪过程，可以看出：淤 地坝调节洪水的过程就是消减洪峰，延长洪水历时，
避免或减轻洪水对下游的灾害
第四节 淤地坝调洪演算—调洪过程
把洪水入坝流量过程线Q-t与溢洪道泄 洪过程线q-t的交点称淤地坝的最大泄洪量， 此时，淤地坝蓄水量最大，坝内水位达到 最高洪水位，图中oac所包围的面积为游地 坝最大蓄水量，即从溢洪道坝顶至最高洪 水位之间的库容，称淤地坝的滞洪库容。
第四节 淤地坝调洪演算—坝高确定
(二) 滞洪坝高
由于淤地坝的防洪建筑物不可能修得很大，也不可能来 多少洪水就排泄多少，这在经济上不合理。所以在淤地坝中 除有拦泥库容外，必须有滞洪库容，以滞蓄由防洪建筑物暂
时排泄不走的洪水，为此，需进行调洪演算：即根据设 计洪水的大小，确定防洪建筑物规模和尺寸、滞洪 库容和滞洪坝高。
曲线oac表示入坝设 计洪水流量随时间变化的 过程线(Q一t曲线)，即洪 水过程线。曲线ocd表示溢 洪道泄水流量随时间的变 化过程（q—t曲线），即 泄水过程线。
第四节 淤地坝调洪演算—调洪过程
(1) 当t=0时，洪水流量Q与溢洪道泄水量q均为0，淤地坝内洪
水位即为溢洪道的坝顶高程。
(2) 随着洪水流量Q增加，q也随之加大，由于Q>q，库内水位 逐渐上升。当t = t1时，Q达到设计洪峰流量Qm，Q与q的差值 最大，此时坝内水位上升速度最快。
(三) 安全超高确定
安全超高主要取决于坝高大小，见书P180表7-8。
坝高m 安全超高m
表7-8 淤地坝安全超高
<10
10-20
0.5-1.0
1.0-1.5
>20 1.5-2.0
第四节 淤地坝调洪演算—调洪过程
二 、淤地坝的调洪演算 （一） 淤地坝的调洪过程
假定淤地坝的放水洞泄量很小，可忽略不计；而溢洪道不 设闸门，只能起到调洪作用，则淤地坝的调洪演算一般自溢 洪道坝顶算起，即认为设计洪水来临时淤地坝的库水位（设 计拦泥淤积面）与溢洪道坝顶齐平。如图所示：
第四节 淤地坝调洪演算—坝高确定
(一) 拦泥坝高 1. 影响拦泥坝高的因素(三点) (1) 淤地面积 随着坝高的增高而
增大，但达到一定高度后，淤地面积增长 速度逐渐趋于缓慢，甚至近于停止，而单 位淤地面积投资却急剧增加。
(2) 淤满期限 确定拦泥坝高的重要参数，其值应在安全
防洪的前提下，用尽早受益的原则来确定。
第四节 淤地坝调洪演算—基本原理
（二）淤地坝调洪演算的基本原理
如图所示，某一时段Δt内，时段初 和时段末入坝洪水流量分别为Q1和Q2， 溢洪道泄洪流量分别为q1和q2。则，该时 段内入坝洪水总量为时段内平均入坝洪水 流量与时段的乘积，时段内溢洪道泄洪总 量为时段内平均泄洪流量与时段Δt的乘 积，此时，因在涨水期间，Q>q，部分洪 水量存储在淤地坝中，即为图中的阴影面 积。其水量平衡方程式可写为：
(3) t1以后，Q开始减少，但由于Q仍大于q，坝内水库水位仍 然增加，q不断增大。随着(Q-q)减少，水位上升速度减慢。至 t=t2时，Q=q，坝内水位达到了最大值，水位不再上升，q达到 了最大值qm (溢洪道最大泄水量)，此时水位称最高洪水位。
第四节 淤地坝调洪演算—调洪过程
(4) t2以后， Q<q，水位开始下降。到t3洪水流量为 0，来水为0，溢洪道继续下泄至t4，库内水位下降到 溢洪道坝顶高程，坝内洪水全部排完，q=0。
(2)由初拟坝高加上滞洪坝高和安全超高的初 估值，作为全坝高来估算其坝体的工程量。
第四节 淤地坝调洪演算—坝高确定
(3)根据施工方法、工期和社会经济情况等，判 断实现初选拦泥坝高的可能性。然后由该坝所控流 域内的年平均输沙量求得淤平年限。淤平年限计算 书P179-180。
(4) 最后根据淤地面积、工程量、淤平年限、 施工方法和工期等进行技术经济方案比较，在用较 少的筑坝投资获得较大的淤地面积的总原则下，分 析确定设计拦泥坝高。
第四节 淤地坝调洪演算—概化三角形法
概化三角形法 淤地坝规划设计时，一般只需求出溢 洪道的最大泄洪流量qm和滞洪库容V滞。在设计中可采 用概化三角形求解法。其计算原理：近似地认为淤地 坝的泄洪过程线和大坝洪水过程线均为三角形，用几 何法求解，如图所示。由图中可知：
上式为概化三角形法基本公式。利用q-V和qm-V滞关系曲 线，可求解出反映未知数qm和V滞的两个方程式：
第四节 淤地坝调洪演算—基本原理
这样，溢洪道的泄洪流量与淤地坝的滞洪库容 的关系可用函数表示为：
3
q f (V ) MBH 2
（2）
根据（2）式可绘制出下图中的q-V曲线。
因此，解(1)式和(2)式的联立方程式就可求出q2和V2。
第四节 淤地坝调洪演算—演算方法
（三）调洪演算方法—计算滞洪坝高、滞洪库容 调洪演算的方法可归结为两大类：采用概化图形
第四节 淤地坝调洪演算—坝高确定
一、淤地坝坝高的确定 淤地坝除拦泥淤地外，还有防洪作用。所以，
其库容由拦泥库容和滞洪库容两部分组成。而相应 于该两部分库容的坝高，即为拦泥坝高和滞洪坝高。 另外，为保证工程和坝地生产的安全，还需增加一 部分坝高，即安全超高。因此，淤地坝总坝高：
H 淤地坝 H 拦泥 H 滞洪 h安全
标为设计滞洪库容。然后根据V滞查H-V 曲线得滞洪坝高。
第四节 淤地坝调洪演算—概化三角形法
（4）从e点作平行线交Q-t线于 c点，由c点作垂线与横坐标交 于 i 点。i 点所对应的时间t即 为溢洪道最大泄洪流量qm和最 高滞洪水位出现的时间。
若溢洪道尺寸未知，为作方案比较，可假设不同 溢洪道水深，采用试算法，分别求出不同的B、qm、 V滞以及相应的H总，进行技术方案比较，初步选定溢 洪道宽度B，为详细的调洪演算提供依据。
第四节 淤地坝调洪演算—概化三角形法
(2) qm-V滞曲线绘制
根据(1)式
绘制qm-V滞关系线。
该式中的Qm及Wp为已知，如假设V滞= Wp ，则qm=0 即图中的f点；如假设V滞=0，则得qm =Qm，即图中的d点、 将f、d两点连成直线，即为qm –V滞关系线。
(3) 直线qm -V滞与q-V曲线相交于e点。e 点就是方程组（1）的解。e点的纵坐标就 是所求溢洪道设计最大泄洪流量，横坐
（1）
第四节 淤地坝调洪演算—基本原理
在上式中，Q1和Q2可以从设计洪水过程线上查得;Δt可根 据大坝洪水流量的变化幅度来选择，对陡涨陡落的洪水过程
可取0.5~l.0h为一时段；q1和V1依据起算条件确定，若从洪水 开始入坝时起算，则q1和V1均为0，以后各时段的q1和V1即为 上一时段末的q2和V2。所以只有q2和V2为未知数。
的高切林法和以水量平衡方程式为基础的各种图解法、 图解分析法、数解法和试算法。
高切林法将洪水过程线概化为三角形，库坝下泄过 程线概化为直线，具有简单快速的优点。但所得结果 较为粗略，在溢洪道没有闸门或洪水过程线不为三角 形时，使用也较困难。
图解法，可以适用于有闸、无闸，洪水过程线为直 线、曲线等各种调洪情况。计算精度决定于洪水过程 线的精度和计算时段的取定。
第四节 淤地坝调洪演算—小结
第四节 小结Βιβλιοθήκη 1. 组成、分类 和作用组成：土坝、溢洪道和放水建筑物 分类：按筑坝材料、用途、施工分 作用：3点。
2. 坝系规划 3. 工程规划
坝系规划原则: 5点
坝系布设方式：3种
坝系形成和建坝顺序： 坝址选择：7点 设计资料收集 ：7点 集水面积测算(4法)、库容曲线绘制(2法) 淤地坝水文计算
在一个方程中，如出现2个未知数，一般是不能求得的。
但如果能建立泄洪量与蓄水量的关系式就可以求解了。
在淤地坝中，库容V是坝高H的函数，即V= f (H)；而溢洪
道泄洪流量q也是坝高H的函数，根据水力学宽顶堰流流量公
式计算，坝顶坝高H与泄洪流量关系为：
3 式中: B 溢洪道宽度， m；
q MBH 2
M流量系数，可取M=l.5~1.59。
第四节 淤地坝调洪演算—概化三角形法
3
q MBH 2
方程组(1)
因为qm是V滞的函数， 所以只能用试算法或 简易图解法求解这两 个方程式。
图解法计算的具体步骤如下： (1) q-V曲线绘制 在方格纸上绘制纵横坐标，如右图所示。 在图的右半部分，根据设计洪水过程线 绘 出 概 化 三 角 入 坝 洪 水 过 程 线 oab ； 在 图的左半部分绘制泄洪流量与库容关系 曲线，即q-V曲线。
汛期前达到坝高。所以应根据设计洪水、施工方法和劳力等情 况，估算可能完成的工程量，分析完成设计坝高的可能性。
第四节 淤地坝调洪演算—坝高确定
2. 拦泥坝高的确定(4点) (1)分析该坝的坝高—淤地面积—库容关系曲
线，初步选定经济合理的拦泥坝高，再由其关系 曲线中查得相应坝高的拦泥库容。
滞洪库容与设计洪水和溢洪道的最大泄洪流量qm有关。 当设计洪水一定时，溢洪道下泄流量越大，需要的滞洪库容和 滞洪坝高就越小；反之，如果滞洪库容越大，溢洪道下泄流量 就越小。 因为修筑溢洪道费用较高，占总投资30%~50%。设 计时，可采取增大滞洪库容减小溢洪道规模和尺寸，或分期加 高土坝增大防洪库容等措施，以减小工程量和造价。
整个过程就是淤地坝的调洪过程，可以看出：淤 地坝调节洪水的过程就是消减洪峰，延长洪水历时，
避免或减轻洪水对下游的灾害
第四节 淤地坝调洪演算—调洪过程
把洪水入坝流量过程线Q-t与溢洪道泄 洪过程线q-t的交点称淤地坝的最大泄洪量， 此时，淤地坝蓄水量最大，坝内水位达到 最高洪水位，图中oac所包围的面积为游地 坝最大蓄水量，即从溢洪道坝顶至最高洪 水位之间的库容，称淤地坝的滞洪库容。
第四节 淤地坝调洪演算—坝高确定
(二) 滞洪坝高
由于淤地坝的防洪建筑物不可能修得很大，也不可能来 多少洪水就排泄多少，这在经济上不合理。所以在淤地坝中 除有拦泥库容外，必须有滞洪库容，以滞蓄由防洪建筑物暂
时排泄不走的洪水，为此，需进行调洪演算：即根据设 计洪水的大小，确定防洪建筑物规模和尺寸、滞洪 库容和滞洪坝高。
曲线oac表示入坝设 计洪水流量随时间变化的 过程线(Q一t曲线)，即洪 水过程线。曲线ocd表示溢 洪道泄水流量随时间的变 化过程（q—t曲线），即 泄水过程线。
第四节 淤地坝调洪演算—调洪过程
(1) 当t=0时，洪水流量Q与溢洪道泄水量q均为0，淤地坝内洪
水位即为溢洪道的坝顶高程。
(2) 随着洪水流量Q增加，q也随之加大，由于Q>q，库内水位 逐渐上升。当t = t1时，Q达到设计洪峰流量Qm，Q与q的差值 最大，此时坝内水位上升速度最快。
(三) 安全超高确定
安全超高主要取决于坝高大小，见书P180表7-8。
坝高m 安全超高m
表7-8 淤地坝安全超高
<10
10-20
0.5-1.0
1.0-1.5
>20 1.5-2.0
第四节 淤地坝调洪演算—调洪过程
二 、淤地坝的调洪演算 （一） 淤地坝的调洪过程
假定淤地坝的放水洞泄量很小，可忽略不计；而溢洪道不 设闸门，只能起到调洪作用，则淤地坝的调洪演算一般自溢 洪道坝顶算起，即认为设计洪水来临时淤地坝的库水位（设 计拦泥淤积面）与溢洪道坝顶齐平。如图所示：
第四节 淤地坝调洪演算—坝高确定
(一) 拦泥坝高 1. 影响拦泥坝高的因素(三点) (1) 淤地面积 随着坝高的增高而
增大，但达到一定高度后，淤地面积增长 速度逐渐趋于缓慢，甚至近于停止，而单 位淤地面积投资却急剧增加。
(2) 淤满期限 确定拦泥坝高的重要参数，其值应在安全
防洪的前提下，用尽早受益的原则来确定。
第四节 淤地坝调洪演算—基本原理
（二）淤地坝调洪演算的基本原理
如图所示，某一时段Δt内，时段初 和时段末入坝洪水流量分别为Q1和Q2， 溢洪道泄洪流量分别为q1和q2。则，该时 段内入坝洪水总量为时段内平均入坝洪水 流量与时段的乘积，时段内溢洪道泄洪总 量为时段内平均泄洪流量与时段Δt的乘 积，此时，因在涨水期间，Q>q，部分洪 水量存储在淤地坝中，即为图中的阴影面 积。其水量平衡方程式可写为：
(3) t1以后，Q开始减少，但由于Q仍大于q，坝内水库水位仍 然增加，q不断增大。随着(Q-q)减少，水位上升速度减慢。至 t=t2时，Q=q，坝内水位达到了最大值，水位不再上升，q达到 了最大值qm (溢洪道最大泄水量)，此时水位称最高洪水位。
第四节 淤地坝调洪演算—调洪过程
(4) t2以后， Q<q，水位开始下降。到t3洪水流量为 0，来水为0，溢洪道继续下泄至t4，库内水位下降到 溢洪道坝顶高程，坝内洪水全部排完，q=0。
(2)由初拟坝高加上滞洪坝高和安全超高的初 估值，作为全坝高来估算其坝体的工程量。
第四节 淤地坝调洪演算—坝高确定
(3)根据施工方法、工期和社会经济情况等，判 断实现初选拦泥坝高的可能性。然后由该坝所控流 域内的年平均输沙量求得淤平年限。淤平年限计算 书P179-180。
(4) 最后根据淤地面积、工程量、淤平年限、 施工方法和工期等进行技术经济方案比较，在用较 少的筑坝投资获得较大的淤地面积的总原则下，分 析确定设计拦泥坝高。
第四节 淤地坝调洪演算—概化三角形法
概化三角形法 淤地坝规划设计时，一般只需求出溢 洪道的最大泄洪流量qm和滞洪库容V滞。在设计中可采 用概化三角形求解法。其计算原理：近似地认为淤地 坝的泄洪过程线和大坝洪水过程线均为三角形，用几 何法求解，如图所示。由图中可知：
上式为概化三角形法基本公式。利用q-V和qm-V滞关系曲 线，可求解出反映未知数qm和V滞的两个方程式：
第四节 淤地坝调洪演算—基本原理
这样，溢洪道的泄洪流量与淤地坝的滞洪库容 的关系可用函数表示为：
3
q f (V ) MBH 2
（2）
根据（2）式可绘制出下图中的q-V曲线。
因此，解(1)式和(2)式的联立方程式就可求出q2和V2。
第四节 淤地坝调洪演算—演算方法
（三）调洪演算方法—计算滞洪坝高、滞洪库容 调洪演算的方法可归结为两大类：采用概化图形
第四节 淤地坝调洪演算—坝高确定
一、淤地坝坝高的确定 淤地坝除拦泥淤地外，还有防洪作用。所以，
其库容由拦泥库容和滞洪库容两部分组成。而相应 于该两部分库容的坝高，即为拦泥坝高和滞洪坝高。 另外，为保证工程和坝地生产的安全，还需增加一 部分坝高，即安全超高。因此，淤地坝总坝高：
H 淤地坝 H 拦泥 H 滞洪 h安全
标为设计滞洪库容。然后根据V滞查H-V 曲线得滞洪坝高。
第四节 淤地坝调洪演算—概化三角形法
（4）从e点作平行线交Q-t线于 c点，由c点作垂线与横坐标交 于 i 点。i 点所对应的时间t即 为溢洪道最大泄洪流量qm和最 高滞洪水位出现的时间。
若溢洪道尺寸未知，为作方案比较，可假设不同 溢洪道水深，采用试算法，分别求出不同的B、qm、 V滞以及相应的H总，进行技术方案比较，初步选定溢 洪道宽度B，为详细的调洪演算提供依据。
第四节 淤地坝调洪演算—概化三角形法
(2) qm-V滞曲线绘制
根据(1)式
绘制qm-V滞关系线。
该式中的Qm及Wp为已知，如假设V滞= Wp ，则qm=0 即图中的f点；如假设V滞=0，则得qm =Qm，即图中的d点、 将f、d两点连成直线，即为qm –V滞关系线。
(3) 直线qm -V滞与q-V曲线相交于e点。e 点就是方程组（1）的解。e点的纵坐标就 是所求溢洪道设计最大泄洪流量，横坐
（1）
第四节 淤地坝调洪演算—基本原理
在上式中，Q1和Q2可以从设计洪水过程线上查得;Δt可根 据大坝洪水流量的变化幅度来选择，对陡涨陡落的洪水过程
可取0.5~l.0h为一时段；q1和V1依据起算条件确定，若从洪水 开始入坝时起算，则q1和V1均为0，以后各时段的q1和V1即为 上一时段末的q2和V2。所以只有q2和V2为未知数。
的高切林法和以水量平衡方程式为基础的各种图解法、 图解分析法、数解法和试算法。
高切林法将洪水过程线概化为三角形，库坝下泄过 程线概化为直线，具有简单快速的优点。但所得结果 较为粗略，在溢洪道没有闸门或洪水过程线不为三角 形时，使用也较困难。
图解法，可以适用于有闸、无闸，洪水过程线为直 线、曲线等各种调洪情况。计算精度决定于洪水过程 线的精度和计算时段的取定。
第四节 淤地坝调洪演算—小结
第四节 小结Βιβλιοθήκη 1. 组成、分类 和作用组成：土坝、溢洪道和放水建筑物 分类：按筑坝材料、用途、施工分 作用：3点。
2. 坝系规划 3. 工程规划
坝系规划原则: 5点
坝系布设方式：3种
坝系形成和建坝顺序： 坝址选择：7点 设计资料收集 ：7点 集水面积测算(4法)、库容曲线绘制(2法) 淤地坝水文计算
在一个方程中，如出现2个未知数，一般是不能求得的。
但如果能建立泄洪量与蓄水量的关系式就可以求解了。
在淤地坝中，库容V是坝高H的函数，即V= f (H)；而溢洪
道泄洪流量q也是坝高H的函数，根据水力学宽顶堰流流量公
式计算，坝顶坝高H与泄洪流量关系为：
3 式中: B 溢洪道宽度， m；
q MBH 2
M流量系数，可取M=l.5~1.59。
第四节 淤地坝调洪演算—概化三角形法
3
q MBH 2
方程组(1)
因为qm是V滞的函数， 所以只能用试算法或 简易图解法求解这两 个方程式。
图解法计算的具体步骤如下： (1) q-V曲线绘制 在方格纸上绘制纵横坐标，如右图所示。 在图的右半部分，根据设计洪水过程线 绘 出 概 化 三 角 入 坝 洪 水 过 程 线 oab ； 在 图的左半部分绘制泄洪流量与库容关系 曲线，即q-V曲线。