12.2 总体布置
12.2.1 跌水与陡坡的布置应符合下列原则：
1 符合渠道设计功能，水力条件良好；
2 与上、下游渠（河沟）道水面平顺衔接；
3 通过不同流量时上游灌溉渠道内均不应产生过大的壅水或降水；
4 陡坡陡槽内表面宜采取加糙措施；
5 具备完善的防渗和排水系统；
6 消能充分，出流平稳；
7 渠外跌水与陡坡的下泄水流应有合理出路。
12.2.2 跌水与陡坡的各段侧墙高度应根据各段实际的加大水深、允许壅水高度、掺气水深及安全超高之和确定。安全超高值宜取0.3m～0.5m，糙率大者取较大值。
12.2.3 进口连接控制段的布置应符合下列规定：
1 进口连接段及其后的控制段（跌口或控制堰口）应按渠道中心线对称布置、渐变收缩，纵向底面高程及纵坡应与上游渠道一致。进口连接段长度L应根据上游渠道底宽B与设计水深人h的比值B/h确定。当B/h小于2时，取L小于或等于2.5h，B/h等于2.0～2.5时，取L等于3h，B/h大于2.5时，取L等于3.5h，对B/h大于3.5的宽浅型渠道，L宜加长，其底边收缩线与渠道中心线夹角应小于45°。
2 跌口纵向长度应小于1.0m或设闸门控制。控制段的横断面形状：当渠道流量变化小或有闸门控制时宜为矩形，流量变化较频繁及较大时宜采用梯形，流量及含沙量小的渠道上宜采用台堰式，流量大时宜用复式跌口。跌水的跌口末端底部应设伸出跌水墙外扩散水流的跌舌。
3 渠外跌水与陡坡的进口连接控制段纵坡宜小于临界坡，平面形状应适合于泄水闸（堰），堰顶较长的溢流堰堰后应以每侧不大于22°的收缩角对称收缩至跌口。
12.2.4 陡坡陡槽段的布置应符合下列规定：
1 陡槽段宜为直线、对称扩散（每侧的扩散角应小于11°），末端与消力池（或下游渠底）等宽。但适用于低跌差的菱形陡坡例外。
2 陡槽段横断面宜为矩形，土基上的陡槽可采用边坡为1：1.0～1：1.5的梯形。当陡槽纵坡大于0.02时，其横断面湿周应小于10倍水深。
3 陡槽段纵向宜采取同一坡度，或按上缓下陡的原则分段设坡。陡槽纵坡宜取1：2.5～1：50，岩基上可达1：1，均应满足陡槽段与水平面的夹角小于或等于地基土壤内摩擦角的原则。
4 陡槽段内的流速应小于材料抗冲允许流速。流速大于10m/s时，应考虑掺气、加糙、槽底设台阶等减蚀措施。
5 陡槽段的底板和边墙应设间距为10m～15m的纵、横向变形缝。变形缝宜为半搭接缝、全搭接缝或键槽式缝，缝内应设可靠止水，缝下游侧0.25m范围内的底板表面应呈倒坡状，且近缝端局部应降低0.03m～0.05m。
6 陡槽段底板下缘沿纵向应设三角形防滑齿墙（土基）或锚筋（岩基）。
12.2.5 跌水墙布置应符合下列规定：
1 沿渠道纵向，跌水墙为下游面直立的挡土墙，其墙顶与设计渠顶同高，墙底与消力池底面持平，另加墙基厚度。
2 沿渠道横向，跌水墙墙顶应持平并伸进渠外兼作防渗齿墙，中部留出若干个跌口。中段跌水墙的墙基底面宽度应大于消力池底宽加防渗齿墙深度，两侧的跌水墙应按6m～12m间距设竖向变形缝并呈台阶状分级抬高基底高程。
3 跌水墙结合墙高及当地材料情况宜采取重力式浆砌石、扶臂式钢筋混凝土等结构形式，并应在下游水面以上的墙体上设置减压排水管（孔）。
12.2.6 消力池的布置应符合下列规定：
1 消力池的宽度应等于或大于渠道底宽，宜按单宽流量小于10m³/（s·m）、跃前水流弗劳德数为4～9的要求初拟池宽。
2 消力池长度应大于水跃长度（陡坡）或大于跌落水舌的水平投影长度加水跃长度（跌水）。池深应按水跃跃后水面不高于下游渠道设计水面高程的原则选取。
3 消力池横断面宜为矩形或复合形。对来流弗劳德数为2.5～4.5的消力池，宜增加消力墩、尾槛等辅助消能工。
4 结合陡坡或跌水的总体布置，应优先选用通过工程类比、水工模型试验或实践证明有效的消力池形式。
12.2.7 出口连接整流段的布置应符合下列规定：
1 当消力池的宽度不等于下游渠道底宽时应设出口连接段，下游渠道（建筑物）防冲能力差时应设出口整流段，其建筑材料与消力池相同。
2 出口连接段平面应为对称收缩形式，长度宜使每侧的收缩角为8°～20°。出口整流段的长度应大于下游渠道水深的3倍，断面尺寸和纵坡应与下游渠道相同。
3 出口连接整流段总长度应根据下游渠道衬砌情况取8倍～15倍的跃后水深，消力池内加设有消能工的不应小于3倍跃后水深。
12.2.8 防渗排水设施布置应符合下列规定：
1 跌差大、地下水位高、处于软弱或抗渗性较差地基上的跌水与陡坡，其砌护层下应加设防渗排水设施。
2 防渗设施由上游铺盖段、跌水或陡坡的衬砌层及其伸缩沉陷缝止水和各段的齿墙构成。也可在进口增加帷幕灌浆等深层防渗设施。
3 排水设施应由设于各段衬砌层下的纵、横向排水管、沟道系统或连续排水层组成。其排水出路应直接排入或通过设在下游设计水面以上的边墙孔（管）排入下游渠道。
4 排水系统应采用防淤、防堵、防冻的结构并加强出口反滤措施。
12.2.9 多级跌水（多级陡坡）布置应符合下列规定：
1 多级跌水（多级陡坡）的级数、级差（坡度）应根据地形、地质、水力学和运行管理等条件综合比较后确定。宜采用每级级差（坡度）相等和各级首尾相互衔接的布置形式。
2 多级跌水的每级跌差不应大于5m。
3 多级跌水（多级陡坡）应在各级消力池末端至下一级的跌口（或下一级陡坡的陡槽起点）之间设置一段底坡为零的整流段，整流段的纵向顶长应大于水跃的跃后水深。
4 最末一级消力池的下游为沟（河）道时，应按出口断面下游沟（河）道的实际水深确定池深。平时无水沟（河）道的实际水深应取为零。
12.2.10 斜管式跌水布置应符合下列规定：
1 以成品预制管道取代陡坡陡槽段形成的斜管式跌水，适用于跌差小于6m、管顶有覆土、保温或交通要求的情况，当采用单根管道不能满足要求时，应布置为多管式。
2 斜管段的纵坡应大于临界坡度且不应陡于1：2。
3 常用的压力流斜管式跌水的跌水管内应保持压力流流态，不应出现明满流交替流态。
4 无压流斜管式跌水适应较大的跌差，其跌水管内应保持无压流流态且不应出现水跃。
5 斜管式跌水出口消能方式宜采取专用的潜没式或半压力式消力池，并加设撞击、分散等辅助消能工。无压流斜管式跌水还可采用底流消能的消力池方式。
12.2.11 跌井布置应符合下列规定：
1 寒冷地区要求封闭保温或地形高差较大的4级、5级渠道上，宜采用以竖井取代陡坡陡槽段形成的跌井。
2 包括跌井顶部在内的进口连接段形态，应确保渠水均匀平稳地进入竖井且不应出现涡流漏斗流态。
3 跌差较小的圆筒竖井宜为上小下大的喇叭状，下落水舌应脱离井壁。竖井底部应设置低于下游渠底的圆形消力池，以足够深度的水垫或坊工碰撞消能墩作为主要消能措施。井底与下游渠道之间应以无压隧洞或涵洞相连接。
4 跌差较大的圆筒竖井横断面可取为等截面或上大下小的变截面，井底通过弯管以及逐渐加高的水平状无压隧洞与下游渠道连接，在洞外考虑消能措施。
12.2.3 跌水与陡坡进口段布置应满足泄流能力的要求；使水流尽量平顺通过进口控制段进入跌落或陡坡；并在通过各级流量时，均能保证上游渠道要求的水位，不发生过大的壅水和降水现象，为此，本标准规定了进口的形状、长度并要求设置缩小过水断面的跌口。对上游水面降落渠段内无分水口和已衬砌耐冲的渠道，就不需要再设跌口，以加大单宽流量，节约工程投资。
12.2.4 陡坡陡槽段的主要水力特性是坡陡、流急，水流对边界条件的变化非常敏感，故应尽量减少陡槽边墙的扩散、收缩和转弯，使其保持同一纵坡或者采用越来越陡的纵坡，这对防止出现折冲波和水流不脱离槽底，以减少空蚀是十分必要的。
必须转弯的陡坡应设置缓流段进行转弯，并应在陡槽转弯段采取克服急流折冲波的有效措施。
陡槽段的纵坡涉及陡槽长短及材料用量，一般应随地形而定，过陡会增大土方开挖量并可能造成土坡失稳。只要陡槽段斜面与水平面之夹角（倾角）小于地基土壤潮湿或者饱和水状态（以陡槽衬砌效果确定）下的内摩擦角，就能保证陡槽土坡稳定。
陡槽段流速较急，实验表明，一般当流速达到7m/s～8m/s左右时，水流会出现掺气现象，掺气后水深加大，陡槽边墙应随之加高。当流速超过14m/s后就增加了空蚀破坏的时能性，因此限制表面不平整度和采用人工掺气都是行之有效的减蚀措施。
人工加糙使陡槽糙率增加，从而加大水深并降低水流速度，减小陡坡下游消能压力，效果比较显著，在落差不大的工程中采用较多。人工加糙一般由一定形式、一定间距、周于陡槽的突出物组成。若其间距过小或者形式及其他参数选取不当，轻者会使槽内急流脱离陡槽底面而产生不同程度的负压，造成空蚀破坏，重者能引起陡槽底板或边墙振动，严重影响建筑物自身安全，所以选择加糙形式时必须慎重或经试验确定。工程中常用的加糙形式有棋盘式、交错式、单人字形、双人字形、矩形横条和台阶式加糙等，可根据具体情况选择，同时应加大陡槽边墙高度。
陡槽段的主要任务是平稳安全地输送水流，矩形断面是最合适的形式。但在宽度大、水深浅、坡度大的陡槽中，可能发生横贯陡槽连续不断的滚波，造成急流不稳。通过限制湿周来限制陡槽宽度或者采用人工加糙来增加水深都是防止滚波现象的措施。
陡槽的衬砌应设置沉陷伸缩结构缝，接缝处若不平整而存在升坎、跌坎、凸起体时，往往会成为高速水流产生空蚀的最重要的原因。此外，高速水流若沿伸缩缝钻入衬砌底面或岩石缝隙还会产生动水压力，掀起底板，引起工程安全事故，因此应严格控制接缝的施工质量。
12.2.6 陡坡和跌水（主要是陡坡）下游冲刷的影响因素很多，最主要的是跌水口的单宽流量，消力池的长度、深度和形式，消力池与下游渠道的联接形式以及运行管理情况等。根据对陡坡、跌水下游渠道产生冲刷原因分析，可采取以下一些措施：
（1）根据实地观测，下游冲刷往往是由于跌口单宽流量过大所致，故设计跌口时，不仅应满足过水能力及不使建筑物前产生过大壅水和降水，而且应使跌口单宽流量公与上游渠道单宽流量qo维持一定比例，该比值以qk/qo＝1.3～1.6为好。有时为了使跌口单宽流量不致过大，可采用台堰式跌口，或在跌口前设置跌舌，对于陡坡则可采用扩散式陡槽。
（2）消力池的宽度应能使消力池的单宽流量小于或等于10m³/s～15m³/s，跃前水流佛汝德数大于2.5，在4.5～9.0之间；消力池深度应按照水跃跃后水深大于下游渠道水深和淹没系数等于1.05倍～1.10倍的原则选取。池长应大于陡坡的水跃长度或者跌水自由跌落水舌的水平投影长度与水跃长度之和，详细计算见附录N.2。跌差较小而流量较大的陡坡，b2型降水曲线长度多大于陡槽长度，陡槽末端出现水跃跃前水深。跌差较大而流量较小的陡坡，降水曲线会在陡槽内结束，陡槽末端水深已经趋于正常水深，其所需消力池的长度不再随跌差增加而增大。应注意，消力池的最大池长和池深并不一定与渠道最大设计流量相对应，应将通过陡坡或者跌水的流量按数值分级并分别求其水跃跃后水深和下游渠道水深，选用水跃跃后水深和下游渠道水深之最大差值所对应的流量值来设计消力池。
（3）应保证消力池出口断面的流速分布均匀。消力池设计过小或过短，是造成下游冲刷的重要原因，应予重视。为了降低出口平均流速，出口流速最好控制在下游渠道最大允许流速的50％～70％范围内。
（4）国内外在渠系建筑物新型消能设备方面的研究成果较多，在大量试验的基础上提出了一些新型消力池，如格栅式、USBR式、SAF式、冲击式和菱形陡坡消力池等，多数已经过实践考验，设计思想新颖，消能效果明显，工程费用节省。但其针对性很强，各有不同的适用条件，应结合具体工程情况详细类比选择，跌差较大而重要的跌水或陡坡的消力池的布置形式，宜进行水工模型试验确定。
12.2.8 跌水与陡坡本身是连接落差的建筑物，渗透水流具有较大的水头位能。因渗流及其冻胀作用会造成地基土壤、砌体的淘刷破坏，河旁库边的大跌差陡坡会在河库水位骤降时引发地基土壤滑塌失稳，会加大跌水墙背的填土容重，因此在进口加强防渗措施的同时，应在布置陡槽及消力池段时设置基础排水设施。陡坡基础排水设施一般可分段设置横向排水沟（管），并与沿陡坡两侧或中轴线设置的纵向排水沟（管）相连通，使渗水沿纵、横向排水网和分段设在陡坡衬砌体水面以上的排水孔排入消力池或下游渠槽中。消力池水深以上的跌水墙上应视渗流水量设1层～2层排水孔将渗水排入消力池。所有排水孔内侧应做好反滤。
12.2.9 要求多级跌水（多级陡坡）在各级消力池末端至下一级的跌口（或下一级陡坡的陡槽起点）之间设置一段底坡为零的整流段，整流段的纵向顶长应大于其水跃的跃后水深，是为了使从消力池出来的极度紊乱的水流能在整流段中得到调整并达到稳匀后再进入下一级，使下级陡槽中不出现折冲波。为了适应地形，各级消力池后还可以用渠道连接再伺机下跌。最后一级采用消力池时，应保证下游渠槽水深大于池中跃后水深。如果池后为河道或宽阔沟道，则应按出口断面处河道或宽阔沟道的实际水深来确定消力池深度，无水河沟的水深应取为零。要求各级的落差基本相同，主要是为了减小设计工作量和方便施工。
12.2.10 为了保证斜管式跌水管内为压力流态，应确保进口充分淹没或者限制其工作跌差小于6m，以便在管末不能保持满管压力流态时负压有限。斜管式跌水管内若为全无压明流状态，则浪费了管道断面，如无充分理由不应采用。斜管跌水应满足下述要求：管道接头不漏水、斜管的坡度应大于临界底坡、纵断面不应从陡坡变为缓坡以免在管内发生水跃、因地制宜地采用有效的消力池形式。
12.2.11 我国东北寒冷地区为了保温，城市市政暗渠或为了使暗管少占地，多采用跌井形式，其流量、跌差一般均不大，且井筒全部砌护。我国西北黄土地区塬高沟深，一些小流量支、斗渠上人工开挖的跌井工程量较小，跌差有时超过20m。跌井的竖井为上小下大形状的，设计简单，而上大下小的竖井、弯管和横洞不应为满管有压流，设计比较复杂。跌井存在的问题一是进口淹没水深小、进口和井口顶坎的形状欠佳而常5现漏斗状漩涡，二是消能不完全，常造成出口冲刷破坏。
