灌溉工程初步设计.docx

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灌溉工程初步设计

FCD14060FCD

水利水电工程初步设计阶段

灌溉工程设计大纲范本

水利水电勘测设计标准化信息网

1999年7月

工程初步设计阶段

灌溉工程设计大纲

主编单位:

主编单位总工程师:

参编单位:

主要编写人员:

软件开发单位:

软件编写人员:

勘测设计研究院

年月

目录

1引言………………………………………………………………………………………（4）

2设计依据文件和规范……………………………………………………………………（4）

3设计基本资料………………………………………………………………………………（4）

4灌区设计……………………………………………………………………………………（5）

5应提供的设计成果…………………………………………………………………………（14）

1引言

_____工程位于_____，是以_____水库（或_____引水枢纽、或泵站枢纽）为水源工程的_____型灌溉工程。

设计灌溉面积_____万亩，设计灌溉保证率_____；渠首进水闸闸下设计水位_____m；设计流量_____m3/s。

_____水库（或_____引水枢纽、或_____泵站枢纽）的控制流域面积_____km2，多年平均流量_____m3/s；水库总库容_____万m3，兴利库容_____万m3，正常蓄水位_____m，死水位_____m。

（或_____江引水坝坝顶高程_____m，坝上设计水位_____m；或_____泵站枢纽设计扬程_____m，装机容量_____kW。

）

2设计依据文件和规范

2.1有关本工程的文件

（1）_____可行性研究报告；

（2）_____可行性研究报告审批文件；

（3）_____初步设计任务书；

（4）有关部门的协议文件；

（5）与本工程有关的流域规划、地区规划报告。

2.2主要设计规范

（1）DL5021—93水利水电工程初步设计报告编制规程；

（2）SDJ11—77水利水电工程水利动能设计规范；

（3）SDJ12—78水利水电枢纽工程等级划分及设计标准和补充规定（山区、丘陵区部分）（试行）；

（4）SDJ217—87水利水电枢纽工程等级划分及设计标准（平原、滨海部分）（试行）；

（5）SDJ217—84灌溉排水渠系设计规范；

（6）SL44—93水利水电工程设计洪水计算规范；

（7）SL44—94水利建设项目经济评价规范；

（8）SD204—86泵站技术规范。

2.3设计参考资料

（1）农田基本建设规划（水电部水利建设司1987）；

（2）灌溉经济效益计算方法研究与应用（河海大学出版社1993）；

（3）排灌机械配套手册（农业出版社1962）

3设计基本资料

3.1灌区自然地理资料

收集灌区的地形图、土壤调查和试验资料以及必要的工程地质、水文地质等资料。

提示：

灌区地形图的比例尺，一般采用1/10000或1/50000；主干渠带状地形图及渠系建筑物的地形图，比例尺一般采用1/1000～1/2000。

工程地质勘探应在灌区布置初步拟订后，在渠首枢纽工程和主要渠系建筑物等地点以及干、支渠线路的切岭、陡壁、高填方等地段进行。

3.2社会经济资料

收集灌区内的社会经济、水利设施现状和发展规划等资料。

包括行政区及其人口、劳力、土地面积、耕地、中小型水库、塘坝、泵站、历年水旱自然灾害、以及地区电网、城镇工业、乡镇企业的产量、产值、城镇居民及工业用水等统计资料。

3.3农业资料

收集灌区内的农业生产现状和发展规划资料，包括水、旱作物组成、农业耕作制度、农作物产量、产值、农业成本、人均农业收入、作物需水量、灌水技术以及塘坝容量等资料。

3.4灌溉试验资料收集灌区内外的有关水、旱作物的灌溉试验分析资料，包括水稻及旱作物各生育阶段的需水量、灌溉制度及水稻受旱试验产量影响等资料。

3.5水文气象资料

（1）收集灌区内有25年以上观测资料的水文、气象代表站的历年逐月旬的降水量、水面蒸发量、径流量等资料。

（2）收集水库水源工程历年逐月旬的泄流量资料；江、河引水枢纽或泵站枢纽水源工程取水口的外江、河历年逐月旬的平均水位、平均流量、历年最高、最低水位及最大、最小流量特征值资料。

提示：

水库水源工程的泄流量，系应用综合利用水库发电或灌溉等方式调节后的泄流量。

如有必要时，灌区规划后，水库应修正相应的调节。

（3）收集灌区内及相邻地区有关山、丘区中、小面积设计洪水计算方法等方面资料。

水库水源工程调洪后的设计及校核洪水资料。

（4）收集水库及江、河水源的水质、泥沙资料。

3.6水利工程单价分析资料

为了进行工程方案比较，应收集本地区有关水利工程的单价分析指标及面上小型水利工程的扩大指标等资料。

4灌区设计

4.1灌区设计原则和任务

在批准的可行性研究报告的基础上，进一步根据农业发展规划要求，考虑灌区的气候、土壤、作物组成等条件，充分利用当地水源，合理引用外水，分析水土资源及城乡其他用水要求等情况，按照大中小并用，蓄引提、近远期结合的原则，合理确定灌区开发方式和工程设计规模。

具体任务是：

（1）进一步确定取水水源工程；

（2）核定灌区范围及灌溉面积；

（3）选定设计水平年及灌溉设计标准；

（4）核定灌溉制度；

（5）进一步选定取水方式及灌区渠系总体布局；

（6）确定干、支渠布置、渠道设计断面及渠系建筑物位置、规模；

（7）确定渠首工程位置、规模；

（8）田间排灌渠系典型区规划；

（9）必要时研究提水灌区分区分站多级泵站规划；

（10）研究灌区内反调节水库规划；

（11）拟订工程管理运用规划；

（12）计算工程投资和阐明工程效益。

提示：

在灌区规模较大，工程艰巨时，还应进一步研究分期实施方案。

对灌区比较单纯，前阶段工作较为明确的一般大中型灌溉工程，可适当简化有关内容。

4.2灌区范围及灌溉设计标准

4.2.1灌区范围及灌溉面积

提示：

（1）灌区范围大、地形地貌复杂、农业生产条件差异较大时，应核实灌区分片范围及分片面积。

（2）灌区内如部分县市已有《土地利用现状调查数据汇编》等有关材料，可直接采用该县市在灌区内各乡镇的土地面积（量图）及其相应的耕地面积（汇编材料）。

据此，分析丘、畈等不同地形条件的耕地率，以核算灌区内其他片的耕地面积。

根据灌区水土资源平衡条件，复核灌区范围和灌溉面积。

4.2.2选定设计水平年及灌溉设计标准

根据国民经济发展计划要求，并与当地农业发展规划相适应，确定灌区设计水平年。

提示：

如灌区范围较大、工程复杂时，应按分期实施意见，确定近、远期的设计水平年。

灌区设计标准，一般以灌溉设计保证率表示。

应考虑灌区水土资源、作物组成、城镇工业、居民生活用水要求、水量调节程度及经济效果等综合因素确定。

对于取得灌溉设计保证率各项水资源供需平衡成果的计算，应采用时历年法，时历年系列一般不应少于25年。

以农业为主的灌区灌溉设计保证率，可参照下表选用。

地区

作物种类

灌溉设计保证率，%

缺水地区

以水稻为主

70～80

丰水地区

以水稻为主

75～95

注：

参见SDJ217—84《灌溉排水渠系设计规范》表4.1.3。

4.3制订灌溉制度

根据灌区自然条件、作物组成、耕作制度、灌水方式等通过调查研究、总结先进灌溉经验，结合灌溉试验资料选定灌溉制度。

计算方法应采用时历年法。

计算内容和方法、步骤如下：

（1）作物需水量计算

提示：

根据土壤水分条件计算作物需水量，可采用蒸发皿法、产量法及彭曼法等方法之一。

作物需水量分水稻及旱作物两部分：

（1）水稻是需水量较多的作物。

水稻需水量包括秧苗期耗水量、泡田用水量及本田期的水稻腾发量和田间渗漏量等四项，本田期水稻腾发量一般采用蒸发皿法（又称需水系数α值法）计算。

（2）旱作物需水量可采用蒸发皿法、产量法及彭曼法等方法之一计算。

水、旱作物需水量计算方法，可参见SDJ217—84第4.2.11条、第4.2.12条有关公式及“附录一”作物需水量的估算方法。

（2）灌溉定额计算

作物灌溉定额分别为水稻移栽前或旱作物播种前和生长期各阶段（可采用月旬）灌水定额的总和。

通过水稻田间供需水量平衡及旱作物土层水量平衡计算，分别确定历年水稻及旱作物的灌水定额和灌溉定额，并按作物组成确定历年综合灌溉定额。

提示：

水、旱作物灌溉定额计算方法，参见SDJ217—84第4.2.11条、第4.2.12条及第4.2.8条。

（3）塘坝调节计算

塘坝调节即为灌区内水土平衡计算，是利用灌区分散的小型塘坝蓄水工程进行灌区内供需水量平衡计算，用以充分利用当地径流及削减渠系的灌水模。

其任务是求得历年塘坝供水后的需灌水量（即塘坝缺水量）及田间灌水模。

提示：

塘坝来水包括旱荒地径流、水田排水及塘面净雨量。

旱荒地径流，采用降雨及降雨径流关系间接估算；水田排水，采用水田水量平衡计算成果。

塘坝需水，按综合灌溉定额考虑塘坝级田间水利用系数后确定。

塘容可根据灌区水利统计资料分析采用。

由于塘坝分布不匀，入塘来水应考虑有效集水面积系数。

如灌区内塘坝不多，对利用当地径流意义不大，也可不进行塘坝调节计算。

（4）灌区设计灌溉用水定额和设计灌水模

灌区净灌溉用水定额和灌水模，分别为塘坝调节计算成果中的历年单位面积塘坝缺水量和最大旬的单位面积塘坝缺水流量。

如为平畈灌区，则可直接采用历年的

综合灌溉定额求得。

根据历年的净灌溉用水定额（m3/亩）和净灌水模（m3/（s·万亩）），分别进行排频计算，并绘制频率曲线，求得灌区内设计保证率的净灌溉用水定额及净灌水模。

4.4灌溉供水水源工程及其调节计算

根据灌区所在流域的地理位置及邻近地区的水源条件，一般灌溉供水水源工程可分大型综合利用水库及江河引水枢纽或泵站枢纽两大类，其调节计算一般采用长系列逐年各时段的水库来水、用水调节计算或引水、提水枢纽的供需水量平衡。

提示：

以灌溉为主的综合利用水库调节，应与灌区制订的灌溉制度相一致，根据水库来水及用水进行调节计算，确定水库灌溉调节库容。

以发电为主的综合利用水库，须在下游兴建引水坝枢纽进行供需水量平衡，以确定引水坝枢纽的反调节库容。

以承担发电调峰任务为主的综合利用水库，需进行24小时的供需水量平衡，以确定引水坝枢纽的日调节库容。

引大江、大河水源的引水坝或泵站枢纽，其供水过程即为灌溉用水过程。

4.5灌区开发方式

根据灌区地理位置、地形、水系特征及邻近地区的水源条件，确定不同的灌区开发方式：

（1）以综合利用水库为水源的灌区开发方式，一般有水库坝上或坝下直接引水，或在水库坝下建引水坝枢纽引水等几种方式，要根据灌区位置、高程和工程措施等综合因素研究确定，必要时还应进行方案比选。

（2）以灌区下游的大江、大河或湖泊为水源的灌区开发方式，一般有从湖泊或大江、大河直接多级提水灌溉或从大江、大河抽引江河水入本灌区河调蓄后，再分区分站多级提水灌溉等形式。

4.6灌区干、支渠规划

4.6.1灌区干、支渠线路选择

提示：

灌区渠道一般包括干、支、斗、农四级固定渠道。

对灌溉面积大的灌区，一般干渠可分总干、干、分干三级。

据本省淠史杭大型灌区情况，各级干、支渠与灌溉控制面积的划分可参考下表。

渠道分级

总干渠

干渠

分干渠

支渠

灌区控制面积，万亩

≥30

30～10

10～1

≤1.0

（1）选择原则

提示：

干渠（含总干、分干）以输水为主，渠道线路一般多沿地形等高线或沿分水岭布置，避免深挖、高填、穿越大塘、村庄，其输水段尽可能布置成挖方段，以策行水安全。

支渠以方便配水为主，一般可布置成半挖半填，在地形合适时，也可沿分水岭布置。

灌区干、支渠线路选择，应根据地形、水系、地质等条件，并尽量照顾行政区划，充分利用现有和计划的水利设施及适当考虑综合利用等原则，拟订不同线路或站级布置的比较方案。

（2）选择工作内容与方法

1）方案拟订

根据可研阶段选定的干渠及其审查意见，对干渠线路或提灌干渠上的站级布置结合渠系建筑物，拟订二、三个比较方案。

2）工程布置和工程设计

根据拟订的不同干渠线路或部分线段的布置方案，对渠道及渠系建筑物进行工程设计；或对提灌干渠上拟订的不同站级布置方案，进行渠道设计及泵站规划。

3）工程费用计算

工程费用包括工程投资及年运行费两部分。

工程投资是根据干、支渠道、渠系建筑物及泵站等工程的设计规模，计算工程量（考虑阶段系数）；由施工预算单位提供各项工程的单价指标后，进行工程投资计算。

年运行费包括工程大修、维修、管理费及泵站抽水电费等项，参照《水利建设项目经济评价规范》、《灌区编制定员标准》等文件进行计算。

4）方案比较

对效益相同的方案进行比较时，可采用年费用法或费用现值法；如效益不相同时，可采用经济效益费用比法、经济现值法、经济净年值法。

5）干、支渠线路选定

根据上述经济比较成果，并考虑工程地质、施工条件、地方意见等因素综合比较选定。

提示：

关于丘畈区的灌区排水系统，一般为利用天然沟冲排水，可不另行布置。

但在干、支渠上所设泄水建筑物的泄水流量大于该地沟冲排水能力或下游平畈区面积较大时，应进行排水沟设计。

4.6.2干、支渠断面设计

（1）渠道设计流量计算

渠道设计流量应包括灌区内的农业灌溉用水、城镇工业与居民生活用水及干旱地区的农村人畜用水三部分。

农业灌溉用水是按灌区净灌水模与渠道控制的灌溉面积计算；其他城镇等工业、居民生活用水，可按有关工业产值、城镇人口、农村人畜数量和各项单位用水资料进行估算，并考虑渠系水利用系数确定。

渠系水利用系数，应根据灌区大小、渠系布置、渠道长度、土质、防渗措施和管理水平等因素，

并可参考条件相似灌区的渠道输水损失分析资料予以合理选定。

也可参见SDJ217—84中表7.4.4。

提示：

提水灌区的渠系水利用系数应高于自流灌区。

在水资源紧缺地区，应采用防渗措施，以提高渠系水利用系数，节省灌溉用水。

（2）渠道断面设计

渠道比降是确定渠道纵断面的关键因素，应根据沿渠线的地形、地质等条件，并满足不冲、不淤流速的要求予以制订。

为了多控制自流灌溉面积，干渠一般采用较平缓的比降如1/10000左右。

提示：

一般渠道均采用梯形断面，对大型输水渠段，为了节省土石方量、少占地，可考虑窄深断面；有配水任务的渠道，则须选择宽浅断面。

深挖方渠道的边坡系数，应根据地质资料，进行充分论证。

地质条件复杂的高边坡系数，应根据具体情况进行稳定计算后确定。

填方渠道堤高大于3～5m时，边坡系数应按土坝设计要求进行计算后确定。

填（挖）方高（深）度大于5～10m时，每增5m应加戗台一道，宽度不小于1m。

挖方渠道渠岸以下及填方渠道堤高不超过3m的最小边坡系数可分别采用SDJ217—84表8.2.10及表8.2.12。

渠道堤岸的超高，一般根据经验选定；渠岸堤顶宽一般为1～3m，兼作交通道路时，应按交通道路要求确定。

在引江、河水源的泵站提水灌区，如利用排水河道作为灌溉干渠向上游输水时，渠道底坡可采用平底渠设计。

渠道横断面设计，应根据地形、地质和边坡稳定等条件进行计算，也可用实用经济断面的计算方法设计，参见SDJ217—84附录六。

4.7渠系建筑物规划

4.7.1渠系建筑物布置

渠系建筑物的布置，应满足渠系输水、分水、联结、泄水、量水、排洪及交通等要求，以保证渠系运行。

其位置和形式，应结合渠系总体布置，并考虑地形、地质、水文、建筑材料及施工管理运用等条件选定。

（1）输水建筑物：

一般在跨越河沟时采用渡槽或倒虹吸；穿越山岗时为避免渠道深切或沿岗陡壁绕道开渠，宜采用输水隧洞。

必要时，应结合该段渠道选线进行方案比选。

（2）分水建筑物（分水闸）：

主要布置在下级渠道的进水口处。

控制建筑物（节制闸），布置在分水闸、泄水闸的下游，以保证下一级渠道引水要求及泄水闸正常运行；通航渠道上的节制闸应尽量照顾航运要求。

（3）联结建筑物：

一般布置在地形坡度较陡渠段，采用陡坡或跌水联结，如在通航渠道上，应结合航运要求统一布置。

（4）泄水建筑物（退水闸）：

可设在干渠上大型建筑物或难工险段之前及干、支渠渠尾。

（5）量水建筑物：

可利用渠道上渡槽、倒虹吸、节制闸等建筑物量测，有必要时在各级渠道的首部，设置量水堰等设施，以保证调配水和为按方收取水费提供依据。

（6）排洪交叉建筑物的型式：

应根据沟渠交叉的相对高程确定。

当沟渠之间高差较大时，可结合输水建筑物采用立交的渡槽或倒虹吸；如河沟流量不大时，可采用双坝地下涵。

当沟渠之间高差不大时，可用平交的泄洪闸。

排洪交叉建筑物侧面洪水的防洪设计及校核标准，应根据渠道控制的灌溉面积、洪水灾情等条件确定。

可参见SDJ217—84第6.5.1条选用。

（7）交通建筑物：

应根据道路与渠道的相对高程及道路等级标准等因素，分别设置公路桥、机耕桥、生产桥及人行更桥等四类桥梁或渠下路涵。

如渠道口宽较大，行人不多时，也可采用渡船通行。

桥孔应满足过水要求，桥面标准应与道路等级相一致，渠下路涵孔径应满足交通要求。

4.7.2渠系建筑物的规划数据

（1）渡槽、倒虹吸、隧洞、分水闸、节制闸、陡坡、跌水、量水堰等建筑物的设计流量、设计水位，应与干、支渠所在位置的设计流量、设计水位相一致；

（2）渡槽、倒虹吸、隧洞等建筑物的设计比降及节制闸、分水闸的设计落差，由水工设计部门确定。

（3）排洪交叉建筑物的设计洪水位及洪水流量，应通过河沟调洪演算后确定。

4.8渠首枢纽工程规划

提示：

根据河道、地形及水源工程等特点，渠首枢纽工程一般分有坝引水和无坝引水两类；每类引水工程又分进水闸自流和泵站提水两种。

渠首工程规划的主要任务是确定进水闸或泵站的设计进、出水位或设计上、下水位和引水或提水流量。

（1）河道引水坝的设计水位，主要确定死水位、灌溉蓄水位及防洪水位三项。

提示：

死水位一般可定在与坝址附近地面高程相近，并与渠首进水闸设计进水位相同；灌溉蓄水位是根据引水坝上反调节灌溉库容的相应水位确定；防洪水位可采用该河段的历史最高洪水位或按有关规范规定的校核洪水位。

（2）渠道进水闸（或泵站）的设计出水位，采用渠首灌溉设计水位。

（3）渠道灌溉设计水位，应根据灌区控制点的高程自下而上地逐级推求，并考虑沿程水头损失和建筑物局部水头损失，并从水源处引水高程自上而下的控制反复调整比较确定。

（4）渠首进水闸（或泵站）的设计进水位。

提示：

渠道进水闸（或泵站）的设计进水位分有坝引水和无坝引水两种：

（1）有坝引水的进水闸设计进水位，可按渠首灌溉设计水位考虑过闸落差确定；其泵站设计进水位，可采用引水坝的死水位。

（2）无坝引水的进水闸（或泵站）的设计进水位，应根据灌溉高峰期相应于灌溉设计标准的江、河引水口的旬平均水位确定。

（3）对综合利用水库坝上直接引水自流灌溉的渠首枢纽工程，其进水闸的进水位，还需考虑水库大坝内的灌溉放水涵闸及一段灌溉引水渠的水面比降和过闸落差。

灌溉放水涵闸的进水位，可采用水库死水位；灌溉引水渠的水面比降，视水库死水位与渠首灌溉设计水位之间的高差研究确定。

（5）渠首进水闸（或泵站）的设计流量，采用全灌区或分片灌区的灌溉设计流量。

4.9田间灌排渠系典型区规划

提示：

田间灌排渠系工程，一般指末级固定渠道（斗、农渠）及其田块内部的临时灌排渠系。

由于丘畈地区的地形、水系差异较大，应根据具体情况，参照《农田基本建设规划》中第五章第一、二节进行不同典型区的规划布置。

估算斗渠以下田间灌排渠系工程的工程投资并研究工程运行方式。

4.10提水灌区分区分站多级泵站规划

4.10.1分区分站布置

根据灌区控制范围内的地形、水系、地质等条件，并适当考虑行政区划等因素，在湖泊四周或内河干、支流两岸进行分区分站多级提水布置。

4.10.2多级泵站规划

（1）方案拟订

根据各分区地形特点、灌区高程分布及农用水泵型号等因素，拟订二、三个站级布置比较方案。

（2）站级布置和水利计算

工作内容包括站级布置、设计流量计算、设计扬程拟订、泵型选择、装机容量确定及抽水电能计算等六项：

1）站级布置：

各级站址，宜选择地形较陡、地基良好、交通方便、靠近电源的地点，以利于工程安全、经济、施工方便等要求。

2）设计流量：

按下式计算

Q=q灌F+qI

（1）

式中：

Q——泵站设计流量，m3/s；

q灌——设计毛灌水模，m3/s/万亩；

F——设计灌溉面积，万亩；

qI——城市工业及城乡居民生活用水，m3/s。

3）设计扬程拟订：

按下式计算

H=H净+ΔH

（2）

式中：

H——水泵设计扬程，m；

H净——水泵设计净扬程，m；

ΔH——泵站总水头损失，m。

提示：

ΔH的计算可参阅《水力学》等有关书藉；也可参照《排灌机械配套手册》中“水头损失估算表”。

水头损失估算表（ΔH/H净，%）

H净，m

管路直径，d（mm）

≤200

250～350

>350

10

10～30

30～50

20～40

20～40

15～30

10～25

5～15

4）泵型选择及机组台数确定

提示：

一般丘陵区中小型泵站的设计扬程在10～25m之间，可选用离心泵或混流泵。

泵站一般宜选用同一种泵型，以利于管理与维修；机组台数不宜太多，以3～6台较宜；必要时，可搭配1～2台小流量水泵，以利于灵活供水。

5）装机容量确定

提示：

泵站装机容量，即为选定的水泵型号所配带电动机的单机容量乘以机组台数。

6）抽水电能：

按下式计算

H净

E=K·Wη装（3）

式中：

E——泵站抽水电能，万kW·h；

K——系数为27.25（1×104m3水提升1m高度所耗电能）；

W——年平均灌溉毛用水量，万m3；H净——泵站净扬程，m；

η装——泵站装置效率。



（3）泵站费用计算

费用包括工程投资及年运行费。

泵站工程投资包括机、泵、管、电器等设备及厂房土建和进出水池等项；年运行费包括工程的大修、维修、人员管理开支及年平均抽水电费。

（4）方案比较

各站级布置方案比较时，如灌区地形、地貌等情况变化不大，可单独以不同方案的泵站工程进行经济比较；如地形、地貌等变化较大时，不同方案的有关渠道及渠系建筑物也应参予方案比较。

根据各方案的经济比较成果，并考虑施工条件、地方意见等因素综合比较选定。

4.11灌区内反调节水库规划

在灌区范围很大，又有建库的地形条件，应研究灌区内反调节水库工程。

其研究内容有：

（1）反调节水库的主要任务

提示：

反调节水库的任务，是利用灌区内反调节水库的蓄水库容，调蓄当地径流，并可解决水源工程来水与灌区用水之间在时间上的不协调问题。

其作用：

（1）可适当减少主干渠等有关工程的设计规模；

（2）在灌溉高峰期可缓解主干渠末端供水不足的问题；

（3）可充分利用水库水源在非灌溉期的废泄水量；

（4）根据气象预报，在冬春季节利用泵站枢纽，预抽江、河水源充蓄反调节水库，以解决超标准旱年的部分灌区及城镇工业与居民生活用水。

（2）反调节水库的坝址及大坝型式

提示：

灌区反调节水库的坝址，可选在干渠两侧有较好地形、地质条件的场所。

水库大坝