目前，关于建在深厚覆盖层上的土石坝防渗系统（一般河床覆盖层部分用防渗墙，两岸用帷幕）如防渗墙的深度、厚度，防渗帷幕向两岸延伸的长度，防渗帷幕的厚度的研究尚不完善，在理论上缺乏较精确的计算方法。工程中常采用经验公式来计算防渗墙的深度，但是防渗墙深度与其防渗效果的关系及对渗流量的影响等，目前还不能给予明确的解释。　　本文在总结规范和前人研究成果的基础上提出了防渗系统优化设计的“深度→长度→厚度”依次设计的“平衡防渗法”，即依据对渗控效果贡献性的大小和重要性顺序，将防渗系统的设计分为三大步，优先确定防渗体的深度，再确定防渗体向两岸延伸的长度，最后确定防渗体的厚度。其中，防渗体深度依据渗漏量和允许水力梯度的控制标准确定；左右岸的防渗体长度依据绕过两岸防渗体的渗流速度等于绕过坝基河床下防渗体的渗流速度确定；防渗体的厚度依据穿过防渗体的渗流速度等于绕过坝基河床下防渗体的渗流速度确定。整个设计原则是在满足渗透稳定的前提下，保证工程区各部位的渗流得到平衡控制，既不能形成主渗流通道，也不能在某个部位防渗过当，达到全局最优的方法。同时应用平衡防渗法，对防渗帷幕插入弱透水层的深度以及组合坝型的衔接深度进行探讨，并给出它们的建议深度。以西藏某工程为例，应用平衡防渗法分别对防渗体的深度、长度以及厚度进行了优化设计，并与原设计工况进行对比，验证了该理论的合理性。　　接着，结合某水电站首部枢纽拦河坝防渗结构工程实例，应用平衡防渗法对防渗墙的深度、防渗帷幕的长度、防渗墙与防渗帷幕的厚度、泄洪闸段与粘土心墙连接翼板的深度、防渗墙顶部深入粘土心墙底部的高度等关键部位防渗体进行了优化设计，并通过有限元软件SEEP-3D、G-Studio对优化结果进行计算分析，论证了该优化结果的合理性，从而进一步验证了“平衡防渗法”结构设计的可靠性。　　最后，对某水电站拦河坝的三维渗流场进行数值计算。对防渗墙的深度、泄洪闸段与主坝段心墙链接深度、岸坡防渗帷幕长度进行敏感性分析，对比上一章提出的优化方案，分析不同防渗布置形式下坝区的渗流场及渗透稳定性，从而验证了平衡防渗方案所确定的优化方案的合理性。