防洪工程专项设计3

防洪工程专项设计1.1防洪标准确定由于建筑垃圾处置场没有相应的防洪标准，本次参考城市生活垃圾卫生填埋工程。

该建筑垃圾处置场总占地面积74253.2m2（111.4亩），处理垃圾总量约87.7万方，根据中华人民共和国《防洪标准》（GB50201-2014）中第八章环境保护设施中垃圾处置工程的防护等级和防洪标准，该建筑垃圾处置场防护等级为Ⅲ级，防洪标准为10年一遇设计，20年一遇校核。

该项目区位于高平市北城办王寺村西北方向约500m处，五角沟沟道内侧，该段沟道的防洪标准为10年一遇。

综上所述，该建筑垃圾处置场项目防洪标准采用10年一遇设计，20年一遇校核。

1.2 洪水分析计算由于本项目起点处有一乡村路横跨在河沟上，形成一塘坝，该塘坝无排洪设施，本次建筑垃圾处置场洪水计算需考虑上游塘坝的削峰滞洪作用。

本次评价洪水计算按《山西省水文计算手册》（以下简称《手册》）中无资料地区由暴雨推求。

1.2.1流域特征值量算根据1:10000地形图，勾绘流域分水线，并量算流域面积、河长及河流纵比降，以上参数中流域平均宽度、流域平均坡度根据以下公式计算，量算结果见表1。

1）流域平均宽度FB L =（1）式中：B ——流域平均宽度，km ； F ——流域面积，km 2； L ——流域长度，km 。

2）流域平均坡度011122102()()()2n n n Z Z L Z Z L Z Z L Z LJ L -++++++-=（2）式中：J ——流域平均坡度，m/km ；Z 0，Z 1…Z n ——自计算断面开始的沿程各计算点高程，m ； L 0，L 1…L n ——相邻点之间距离，km 。

流域洪水计算特征参数见表4-1。

流域洪水计算特征参数表表11.2.2设计洪水 1.2.2.1设计暴雨本区位于山西省东南部，按《山西省水文计算手册》（以后简称《手册》）中暴雨分区属东区，暴雨点面关系按“东区”查得。

1)点雨量设计P P H K H （3） 式中：H —历时为t 的设计暴雨均值量，mm ；PK —频率为P 的模比系数；PH —历时为t 的设计点暴雨量，mm 。

从《手册》暴雨等值线图上查得该流域形心处不同历时的暴雨均值、Cv 等暴雨特征值，附录表Ⅰ-2查得模比系数K P%。

根据（3）式计算，参数选取及计算结果见表2。

设计点暴雨量计算表表2 单位：mm2)面雨量设计)(),()(0,,b A p b p b A p t H t A t H ⨯=η（4） 式中：)(,b A p t H ——设计面暴雨，mm ；)(0,b A p t H ——设计面暴雨，mm ；),(b p t A η——点面折减系数；),(b p t A η由下式计算。

Nb p CAt A +=11),(η （5） 式中：A ——流域面积，km 2；C,N ——经验参数，由表6-2直接查用或内插求得。

设计面暴雨的计算公式为：⎪⎩⎪⎨⎧=⋅≠⋅=--0,0,)(11λλsn p np p t S t S t H（6） 式中：Sp —设计雨力，即1h 设计雨量，mm/h ； t —暴雨历时，h ； λ—经验参数；n —设计面雨量修正值。

暴雨公式的三个参数Sp 、ns 、λ需要根据同频率各标准历时设计雨量)(t H p ，以残差相对值平方和最小为目标求解，其中Sp 的查图误差控制在±5%内；0≤λ≤0.12。

当λ不满足时，适当调整查图的均值和Cv ，至λ满足约束为止。

流域面暴雨计算结果见表3。

面暴雨量计算表3)计算主雨历时和主雨雨量 主雨历时的计算公式为：5.21=-nzz s p t t n S λ，z z st t n n ln 1λλ-= （7） 主雨历时用数值法计算，主雨雨量用下式计算：n p z p t S t H -⋅=1)( （8）非主雨日的主雨历时和主雨雨量按雨强大于2.5mm/h 的标准统计计算，结果见表4。

主雨历时及主雨雨量计算表1.2.2.2流域产流计算流域产流计算包括设计洪水净雨深和净雨过程计算两部分。

1) 设计净雨深计算设计净雨深计算采用双曲正切模型，⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅-=)()(tanh )()(,,z A z A p z A z A p p t F t H t F t H R （9）式中：tanh —为双曲正切运算符； t Z —设计暴雨的主雨历时，h ；)(,z A p t H —设计暴雨的主雨面雨量，mm ；R p —设计洪水净雨深，mm ；)(z A t F —主雨历时内的流域可能损失，mm 。

流域可能损失用式（10）计算。

z A S z P A r z A t K t B S t F ,5.0,0,2)1()(+-= （10）式中：S r,A —流域包气带充分风干时的吸收率，反映流域的综合吸水能力，mm/h 1/2；K S,A —流域包气带饱和时的导水率，mm/h ； B 0,p —设计频率的流域前期土湿标志（流域持水度）。

根据本流域地貌特征，确定本区产流地类主要为黄土丘陵阶地。

设计净雨深计算结果见表5。

主雨日设计净雨深计算结果表2)净雨过程计算主雨日净雨过程计算采用图解法求解产流历时，在普通坐标系中按下式绘制f(t)～t 关系曲线。

按（11）和（12）计算时段净雨)1()(1,--∆+=∆-j h t t h h p j p j p （11）t t H t h A p p μ-=)()(,，c t t ≤（12）式中：)(t h p —设计时段净雨深，mm ；t ∆—计算时段，h ；j —时雨型“模板”中的序位编号；1-j t —为j 时段的开始时刻。

流域逐时段降雨、净雨过程见表6。

项目区以上流域产流见图1~2。

图1项目区起点P=10%流域产流过程图2项目区起点P=5%流域产流过程项目区起点逐时段降雨、净雨过程计算结果1.2.2.3流域汇流计算本次评价汇流计算采用了两种方法：综合瞬时单位线法和经验公式法，汇流计算时段均采用△t=15min ，经分析比较，最终采用综合瞬时单位线法计算结果。

1）综合瞬时单位线法综合瞬时单位线法将流域汇流过程假设为由n 个等效线性水库串联体对水流的调蓄过程。

把瞬时作用于流域上的单位净雨水体在流域出口断面形成的时间概率密度分布曲线称为瞬时汇流曲线，量纲为[]T 1。

把单位净雨乘以瞬时汇流曲线称为瞬时单位线。

①瞬时汇流曲线的数学表达式为：k tn n ekt n k t u --Γ=1)()(1),0( （13）式中：n —线性水库个数；k — 一个线性水库的调蓄参数，h ；t —时间，h；)n (Γ—伽玛函数。

单位强度净雨过程在流域出口断面形成的水体时间概率分布函数称为)(t S n 曲线，它是瞬时汇流曲线对时间的积分，无量纲。

数学表达式为：()()()⎰Γ==t n n m n dt t u t S 0,,0，k t m =（14）式中：)m ,n (Γ—n阶不完全伽玛函数。

时段单位净雨在流域出口断面形成的概率密度曲线称为时段汇流曲线，数学表达式为：⎩⎨⎧∆>∆--∆≤≤=∆t t t t S t S t t t S t t u n n n n )()(0)(),(（15）流域出口断面的洪水过程根据时段净雨序列与时段汇流曲线用卷积公式计算。

Ath t j i t u t i Q j Mj n ∆∆∆-+∆=∆∑=6.3))1(,()(1，M j i ≤-+≤10，M j 2,1= （16）式中：t ∆—计算时段，h ；h ∆—时段净雨深，mm ；A —流域面积，km 2；3.6—单位换算系数；M —净雨时段数。

②参数计算参数n 采用式下式计算：()1,1βJ A C n A = （17）∑=⋅=2,1,,1,1i C a C i i A （18）式中：J—河流纵比降，‰； AC ,1—复合地类汇流参数；iC ,1—单地类汇流参数；1β—经验性指数；i a —某种地类的面积权重，以小数计。

1m 采用下列经验公式计算：()21,1βττ-=i m m （19）ατ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=31,21,/J L C m A （20）∑=⋅=2,1,,2,2i C a C i i A （21）A Q i p 278.0=τ（22）式中：τi —τ历时平均净雨强度，mm/h ；τ—汇流历时，h ；1,τm —τi =1mm/h 时瞬时单位线的滞时，h ；pQ —设计洪峰流量，m 3/s ； A C ,2—复合地类汇流参数；iC ,2—单地类汇流参数；α、2β—经验性指数。

由于本区植被较好，综合瞬时单位线法草坡山地汇流参数C2取0.95，洪水计算参数及结果见表7。

综合瞬时单位线法参数及计算结果表7图3项目区起点P=10%洪水过程线图4项目区起点P=5%洪水过程线2)经验公式法洪峰流量经验公式如下：β-=A N P P P A S C Q 10 （23）式中：Qp —设计频率洪峰流量，m³/s ； A —计算断面控制流域面积，km²；Cp—频率为P和地类有关的经验参数；N1、β—经验参数（N1取0.92，β取0.050）；S—设计定点雨力，mm/h。

P计算结果见表8。

经验公式法计算参数及成果表表81.2.2.4成果合理性分析将本次设计洪水成果进行比较，对比情况见表9。

洪水计算成果表经分析比较本次洪水计算宜采用综合瞬时单位线法计算结果。

具体理由如下：（1）当P=10%，两种方法计算结果相差较大；当P=5%，两种方法计算结果相差不大。

（2）经验公式法基本上是综合实测流量频率计算成果得出，对有些暴雨及产、汇流这一比较复杂的随机物理过程进行了简化甚至于以忽略，由于归类综合较粗，影响因素也不可能考虑太细，很难全面反映每一个具体流域的流域特征，使其经验参数不稳定，故其变幅较大，一般仅作参考。

有上述分析可知，该项目起点处遭遇10年一遇洪水时洪峰流量为7.0m3/s，最大24h洪量为1.19万m3；遭遇20年一遇洪水时洪峰流量为8.8m3/s，最大24h洪量为1.65万m3。

1.3 洪水调节计算本项目建设在上游一塘坝库区高程913.0m处设置一根直径为1m的钢筋混凝土管进行泄洪，涵管底高程913.0m，涵管纵坡在坝体内为1%，后接明渠，其余与下游沟道自然比降相同。

涵管总长480m。

1.水位库容曲线根据实测的1:1000地形图可知，该五角沟坝顶高低不平，坝顶高程为918.53m~919.29m，本次取最低点作为坝顶高程。

现状库区地面高程为912.5m。

根据实测库区地形图，该塘坝库容特性曲线采用面积量算所得的库容曲线，见表10。

五角沟塘坝水位~面积~库容表2. 水位泄量本次管道泄流计算采用涵洞泄流公式进行计算，涵洞无压流泄流公式为：Q=σ×m ×B ×g 2×H 1.5 （31）式中：σ—淹没系数，取0.917； m —流量系数，取0.32； B —管道过水断面宽度； g —重力加速度，取9.81m/s 2 H —堰顶水头(m)；涵洞有压流泄流公式如下：Q=μ×ω×）（p T g h 20- （32）式中：μ—流量系数，u =，其中L 为管长，C 为谢才系数，R 为水力半径； ω—管道出口断面面积；0T —上游水面与管道出口底板高程差T 及上游行进流速水头之和，一般可认为0T ≈T ；p h —管道出口断面水流的平均单位势能，p h =0.5a+γ/p ，其中：a —出口断面管高；γ/p —出口断面平均单位压能。