交口县下村川河腰庄村段防洪设计报告 精品.docx
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交口县下村川河腰庄村段防洪设计报告 精品.docx
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1前言
1.1设计缘由
交口县县城污水处理工程项目是由交口县清环污水处理有限责任公司投资新建的日处理9000m3的城市污水处理工程，其中一期工程规模为6000m3。
该工程采用改良氧化沟+混凝土过滤工艺，排水体制采用截流式合流制，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级标准A类，年消减COD1724.67吨，BOD2627.37吨。
厂址位于下村川河的中上游，交口县城下游约4.5km腰庄村段的干流上，紧邻国道，厂址以上控制流域面积174.7km2。
由于污水处理厂占用河道过水断面，缩窄河道，使其过流能力减小，影响沿岸村庄及污水处理厂的防洪。
受交口县清环污水处理有限公司的委托，由我院承担交口县下村川河腰庄村段防洪工程设计。
1.2设计依据
1）《防洪标准》GB50201-94
2）《水利水电工程设计洪水计算规范》SL44-2006；
3）《水利水电工程水文计算规范》SL278-2002；
4）《最新公路桥涵设计施工标准图集》
5）《公路小桥涵手册》；
6）《涵洞》；
7）《山西省暴雨洪水计算实用手册》；
8）《重力式挡土墙》95SJ008
（一）。
2水文
2.1流域概况
下村川河为汾河的三级支流，段纯河的西源，河流长度为60km，流域面积为273.75km2。
该河位于交口县东南部，发源于交口县城关镇的化圪垛，由北向南经过县城到交口村折向东南，到回龙秦王岭汇入回龙河，东行至双池村附近与大麦郊河汇合后称段纯河。
下村川河流域西北高东南低，海拔高程在950～2100m之间，西北部属于土石山区，东南部属于黄土丘陵沟壑区，河谷多为石灰岩和河卵石。
交口县城污水处理厂位于下村川河的中上游，交口县城下游约4.5km的干流上，紧邻国道，厂址以上控制流域面积174.7km2，河道长度17.62km，流域平均宽度9.91km，河道纵坡20.25‰，河床底部及两岸为奥陶系石灰岩，漏水严重。
2.2气象
根据《山西省地面气候资料》，交口县气象站1977-2000年多年平均气温7.0℃，极端最高气温34.1℃（1995年7月5日），极端最低气温-23.1℃（1980年1月30日），多年平均降水量569.9mm，多年平均蒸发量1678.2mm（20cm蒸发皿），最大冻土深98cm，年最大平均风速20.0m/s。
气象资料成果见表2-1。
交口县站气象特征值表
表2-1
月份
气温（℃）
降水量（mm）
蒸发量（mm）
风速（m/s）
最大冻土深度（cm）
平均
最高
最低
平均
最大日
平均
最大
一月
-7.0
13.8
-23.1
4.5
8.1
55.7
2.6
16.7
0
二月
-4.5
19.8
-22.0
7.3
9.3
65.8
2.5
14.7
0
三月
0.9
22.4
-18.5
19.1
19.7
109.7
2.4
19.3
0
四月
8.6
30.6
-8.5
26.0
34.3
213.8
2.7
20.0
10
五月
14.1
32.6
-2.8
42.2
46.8
264.5
2.5
16.7
29
六月
18.0
33.2
3.0
75.4
58.3
237.5
2.0
18.0
58
七月
19.7
34.1
7.4
138.8
102.6
191.5
1.6
16.7
88
八月
18.1
30.8
5.4
134.4
124.2
156.7
1.5
17.0
97
九月
13.1
32.6
-1.5
64.9
58.3
128.1
1.5
13.0
98
十月
7.4
25.7
-10.2
40.6
50.0
115.7
1.9
18.0
92
十一月
0.7
20.8
-17.9
12.7
29.0
79.9
2.4
17.0
0
十二月
-4.6
14.8
-23.0
4.1
12.7
59.4
2.6
15.7
0
全年
7.0
34.1
-23.1
569.9
124.2
1678.2
2.2
20.0
98
2.3水文基本资料
厂区所在流域无水文测站，属无资料地区，设计洪水采用《山西省暴雨洪水计算实用手册》（以下简称《手册》）计算。
2.4设计洪水计算
2.4.1流域特征参数
流域特征参数包括流域面积、流域主河道长、流域平均坡度、流域平均宽度和流域特征值等。
以上参数中流域平均宽度、流域平均坡度和流域特征值根据以下公式计算：
1）流域平均宽度
（2-1）
式中：
B——流域平均宽度，m；
F——流域面积，km2；
L——流域主河道长，km。
2）流域平均坡度
（2-2）
式中：
J——流域平均坡度，m/km；
Z0,Z1…Zn——自计算断面开始的沿程各计算点高程，m；
L0,L1…Ln——相邻点之间距离，km。
3）流域特征值
（2-3）
式中：
θ——流域特征值；
其他变量意义同前。
流域参数见表2-2。
流域特征参数表
表2-2
项目
单位
数值
流域面积F
km2
174.7
流域主河道长L
km
17.62
流域平均坡度J
m/km
20.25
流域平均宽度B
km
9.91
流域特征值θ
1.78
2.4.2设计暴雨
在山西省暴雨分区中，该计算流域属于西区，查《手册》附图一至附图十，可得该流域中心的点暴雨均值及Cv值，《手册》附表Ⅰ可得相应频率之Kp值，然后计算流域中心设计点暴雨。
流域设计点暴雨计算公式如下：
（2-4）
式中：
Ht——设计点暴雨，mm；
Kp——模比系数；
Ho——点暴雨均值，mm。
面暴雨由点面折减系数根据下式计算：
（2-5）
式中：
——设计面暴雨，mm；
ηt——点面折减系数；ηt由下式计算。
（2-6）
式中：
F——流域面积，km2；
f——地区常数；
At、αt——由《手册》附图（2-1）～（2-4）查得。
计算结果见表2-3、表2-4。
各设计频率暴雨计算表
表2-3
频率
（%）
历时
均值
（mm）
Cv
Kp
点设计
（mm）
折减
（ηt）
面暴雨
（mm）
1
十分钟
13
0.51
2.79
36.3
1
36.3
六十分钟
25
0.52
2.83
70.7
0.82
58
六小时
46
0.58
3.1
142.6
0.87
124.1
24小时
66
0.6
3.2
211.2
0.9
190.1
三日
83
0.62
3.29
273.1
0.94
256.7
2
十分钟
13
0.51
2.45
31.9
1
31.9
六十分钟
25
0.52
2.48
62
0.83
51.5
六小时
46
0.58
2.69
123.7
0.88
108.9
24小时
66
0.6
2.76
182.2
0.9
164
三日
83
0.62
2.83
234.9
0.94
220.8
5
十分钟
13
0.51
2.01
26.1
1
26.1
六十分钟
25
0.52
2.03
50.7
0.84
42.6
六小时
46
0.58
2.16
99.4
0.88
87.5
24小时
66
0.6
2.2
145.2
0.91
132.1
三日
83
0.62
2.24
185.9
0.95
176.6
主雨峰逐时暴雨计算结果表
表2-4
1%
暴雨历时（h）
0
1
2
3
4
5
24
累计暴雨量（mm）
0
58
77.6
92
103.8
114
190.1
逐时（段）雨量（mm）
-
58
19.6
14.4
11.8
10.2
-76.1
主雨历时:
t主=4hr24小时面暴雨量:
H24=190.1mm
历时为t主的面暴雨量:
H主=103.8mmH主+1=114mm;
a'=8.46hr;主雨峰前后降雨历时:
a=8hrH*=10.8mm
2%
暴雨历时（h）
0
1
2
3
4
5
24
累计暴雨量（mm）
0
51.5
68.9
81.7
92.2
101.2
164
逐时（段）雨量（mm）
-
51.5
17.4
12.8
10.5
9
-62.8
主雨历时:
t主=4hr24小时面暴雨量:
H24=164mm
历时为t主的面暴雨量:
H主=92.2mmH主+1=101.2mm;
a'=7.17hr;主雨峰前后降雨历时:
a=7hrH*=9.5mm
5%
暴雨历时（h）
0
1
2
3
4
5
24
累计暴雨量（mm）
0
42.6
56.2
66.1
74.2
81.1
132.1
逐时（段）雨量（mm）
-
42.6
13.6
9.9
8.1
6.9
-51
主雨历时:
t主=4hr24小时面暴雨量:
H24=132.1mm
历时为t主的面暴雨量:
H主=74.2mmH主+1=81.1mm;
a'=8.39hr;主雨峰前后降雨历时:
a=8hrH*=7.2mm
2.4.3产流设计
按《山西省暴雨洪水计算实用手册》附表十二，厂区所在流域位于产流分析气候、地理分区的半干旱西区。
按“非饱和产流方式”依式（2-7）进行各段产流深计算。
非饱和产流模式公式：
（2-7）
式中：
—历时为t＇的累计产流深（mm）；
—历时为t＇的累计面暴雨量（mm）；
—双曲正切符号；
—随历时t＇而异的可能最大损失量（mm）。
流域产流地类为灰岩强漏水土石山区，面积为37.5km2。
据此以及暴雨设计的计算结果，计算的产流结果见表2-5、2-6、2-7。
1%产流计算结果表
表2-5
分段号
时程
分段雨量
分段累积雨量
历时
产流深（mm）
（时:
分）
（mm）
（mm）
hr
平均
逐时
一
19:
00--23:
00
33.3
33.3
4
0.7
0.2
二
10:
00--15:
00
54
54
5
2.4
0.5
15:
00--16:
00
11.8
65.8
6
3.8
1.4
16:
00--17:
00
14.4
80.2
7
5.5
1.7
17:
00--18:
00
19.6
99.8
8
8.7
3.2
三
18:
00--19:
00
58
58
1
17.5
17.5
四
19:
00--22:
00
32.4
32.4
3
0.9
0.3
五
4:
00--7:
00
33.3
33.3
3
1
0.3
2%产流计算结果表
表2-6
分段号
时程
分段雨量
分段累积雨量
历时
产流深（mm）
（时:
分）
（mm）
（mm）
hr
平均
逐时
一
19:
00--23:
00
28.4
28.4
4
0.4
0.1
二
10:
00--15:
00
45
45
5
1.4
0.3
15:
00--16:
00
10.5
55.5
6
2.3
0.9
16:
00--17:
00
12.8
68.3
7
3.5
1.1
17:
00--18:
00
17.4
85.7
8
5.6
2.2
三
18:
00--19:
00
51.5
51.5
1
13.3
13.3
四
19:
00--22:
00
27
27
3
0.5
0.2
五
4:
00--7:
00
28.4
28.4
3
0.6
0.2
5%产流计算结果表
表2-7
分段号
时程
分段雨量
分段累积雨量
历时
产流深（mm）
（时:
分）
（mm）
（mm）
hr
平均
逐时
一
19:
00--23:
00
22.3
22.3
4
0.2
0.1
二
10:
00--15:
00
36
36
5
0.7
0.1
15:
00--16:
00
8.1
44.1
6
1.2
0.5
16:
00--17:
00
9.9
54
7
1.8
0.6
17:
00--18:
00
13.6
67.6
8
2.9
1.1
三
18:
00--19:
00
42.6
42.6
1
8.3
8.3
四
19:
00--22:
00
21.6
21.6
3
0.3
0.1
五
4:
00--7:
00
22.3
22.3
3
0.3
0.1
2.4.4汇流设计
汇流计算采用推理公式—概化线法，首先计算出“造峰雨”洪峰流量Qm与汇流历时τ；其次，以概化过程线设计“造峰雨”洪水过程线；第三，以三角形配置“造峰雨”以外的过程线；最后，各过程线叠加求设计洪水流量过程线及设计洪峰值。
根据流域情况，其汇流地类为密蔽林山区。
1）用Qm'~t、Qm'~τ两曲线交点求“造峰雨”洪峰流量Qm与汇流历时τ。
Qm'~t、Qm'~τ关系式如下式：
（2-8）
（2-9）
式中：
ht——累计净雨深，mm；
τ——汇流历时，h；
m——汇流参数。
根据以上公式计算1%、2%的造峰雨洪峰流量见表2-8、2-9、2-10。
1%造峰雨洪峰流量计算表
表2-8
历时（hr）
逐时净雨（mm）
累计净雨深（mm）
Qm'
（m3/s）
m
τ（hr）
1
17.5
17.5
850
0.126
2.64
2
3.2
20.7
502
0.121
3.13
3
1.7
22.3
362
0.119
3.45
4
1.4
23.8
289
0.118
3.7
汇流历时τ=3.63hr暴雨历时:
tp=4hr洪量Wp=416万m3造峰雨流量Qm=308m3/s
净雨深:
23.8mm洪峰上涨历时Tz＝2.81hr洪峰形状系数λ＝0.75
2%造峰雨洪峰流量计算表
表2-9
历时（hr）
逐时净雨（mm）
累计净雨深（mm）
Qm'
（m3/s）
m
τ（hr）
1
13.3
13.3
644
0.134
2.66
2
2.2
15.4
374
0.13
3.15
3
1.1
16.6
268
0.128
3.48
4
0.9
17.5
212
0.126
3.74
汇流历时τ=3.67hr暴雨历时:
tp=4hr洪量Wp=306万m3造峰雨流量Qm=225m3/s
净雨深:
17.5mm洪峰上涨历时Tz＝2.83hr洪峰形状系数λ＝0.75
5%造峰雨洪峰流量计算表
表2-10
历时（hr）
逐时净雨（mm）
累计净雨深（mm）
Qm'
（m3/s）
m
τ（hr）
1
31.9
31.9
332
0.092
1.92
2
2.6
34.5
180
0.090
2.27
3
1.5
36.0
125
0.089
2.51
汇流历时τ=3.74hr暴雨历时:
tp=4hr洪量Wp=182万m3造峰雨流量Qm=132m3/s
净雨深:
10.4mm洪峰上涨历时Tz＝2.87hr洪峰形状系数λ＝0.75
2）以概化过程线设计“造峰雨”洪水过程
“造峰雨”洪水过程线通过“造峰雨流量”与“造峰雨”洪峰上涨历时tz以概化线相对坐标放置，其纵、横坐标为：
（2-10）
（2-11）
式中：
t——“造峰雨”洪水时间过程，h；
Qt——相应于t的流量，m3/s
tz——洪峰上涨历时，h；
x、y——概化线相对坐标。
x、y通过洪峰流量系数λ由《手册》表（4-2）查得，λ由下式计算：
（2-12）
式中：
Wp——“造峰雨”洪量，万m3；
其余变量含义同前。
tz由下式计算：
（2-13）
式中：
tp——“造峰雨”历时，h；其余变量含义同前。
根据以上方法和公式，计算得造峰雨洪水过程见表2-11。
造峰雨洪水过程
表2-11
序号
P=1%
P=2%
5%
时间
（h）
时程
（时：
分）
流量
（m3/s）
时间
（h）
时程
（时：
分）
流量
（m3/s）
时间
（h）
时程
（时：
分）
流量
（m3/s）
1
0
15:
00
0
0
15:
00
0
0
15:
00
0
2
0.563
15:
34
17
0.574
15:
34
7
0.574
15:
34
7
3
1.125
16:
08
63
1.149
16:
09
27
1.149
16:
09
27
4
1.688
16:
41
146
1.723
16:
43
63
1.723
16:
43
63
5
2.25
17:
15
223
2.297
17:
18
96
2.297
17:
18
96
6
2.531
17:
32
265
2.584
17:
35
114
2.584
17:
35
114
7
2.813
17:
49
308
2.872
17:
52
132
2.872
17:
52
132
8
2.953
17:
57
294
3.015
18:
01
126
3.015
18:
01
126
9
3.094
18:
06
280
3.159
18:
10
120
3.159
18:
10
120
10
3.235
18:
14
267
3.302
18:
18
114
3.302
18:
18
114
11
3.375
18:
23
253
3.446
18:
27
108
3.446
18:
27
108
12
3.656
18:
39
223
3.733
18:
44
95
3.733
18:
44
95
13
3.938
18:
56
193
4.02
19:
01
83
4.02
19:
01
83
14
4.219
19:
13
166
4.307
19:
18
71
4.307
19:
18
71
15
4.5
19:
30
140
4.595
19:
36
60
4.595
19:
36
60
16
4.781
19:
47
120
4.882
19:
53
51
4.882
19:
53
51
17
5.063
20:
04
100
5.169
20:
10
43
5.169
20:
10
43
18
5.344
20:
21
86
5.456
20:
27
37
5.456
20:
27
37
19
5.625
20:
38
72
5.743
20:
45
31
5.743
20:
45
31
20
6.188
21:
11
55
6.318
21:
19
24
6.318
21:
19
24
21
6.75
21:
45
45
6.892
21:
54
19
6.892
21:
54
19
22
7.313
22:
19
39
7.466
22:
28
17
7.466
22:
28
17
23
7.875
22:
53
35
8.041
23:
02
15
8.041
23:
02
15
24
8.438
23:
26
31
8.615
23:
37
13
8.615
23:
37
13
25
9.844
0:
51
26
10.051
1:
03
11
10.051
1:
03
11
26
11.25
2:
15
23
11.486
2:
29
10
11.486
2:
29
10
27
12.657
3:
39
20
12.922
3:
55
9
12.922
3:
55
9
28
14.063
5:
04
17
14.358
5:
21
7
14.358
5:
21
7
29
15.469
6:
28
14
15.794
6:
48
6
15.794
6:
48
6
30
16.876
7:
53
11
17.23
8:
14
5
17.23
8:
14
5
31
19.688
10:
41
3
20.101
11:
06
1
20.101
11:
06
1
32
22.501
13:
30
0
22.973
13:
58
0
22.973
13:
58
0
3）“造峰雨”以外时段洪水过程线
“造峰雨”以外时段洪水过程按三角形概化，近似地以降雨历时为底和峰值概化，根据《手册》方法，计算得结果见表2-12。
“造峰雨”外历时洪水过程概化过程
表2-12
频率
项目
第一日
主峰前
前峰雨
主峰后
第三日
1%
（0）降雨起始时间（时:
分）
19:
00
10:
00
0:
00
19:
00
4:
00
（1）降雨迄时间（时:
分）
23:
00
15:
00
0:
00
22:
00
7:
00
（2）产流（降雨）历时（h）t（t,Δ）
4
5
0
3
3
（3）产流起涨时间（时:
分）
19:
00
10:
00
0:
00
19:
00
4:
00
（4）过程线历时（h）TΔ=
（2）+2τ
11.25
12.25
0
10.25
10.25
（5）洪水上涨历时（h）tz=1/3*（4）
3.75
4.08
0
3.42
3.42
（6）洪水上涨时间（时:
分）（3）+（4）
22:
45
14:
05
0:
00
22:
25
7:
25
（7）净雨深h（mm）
0.72
2.37
0
0.92
1
（8）时段洪量（万m3）WΔ=0.1hF
13
41
0
16
17
（9）洪峰流量（m3/s）Qm,Δ=5.56W/（4）
6
19
0
9
9
2%
（0）降雨起始时间（时:
分）
19:
00
10:
00
0:
00
19:
00
4:
00
（1）降雨迄时间（时:
分）
23:
00
15:
00
0:
00
22:
00
7:
00
（2）产流（降雨）历时（h）t（t,Δ）
4
5
0
3
3
（3）产流起涨时间（时:
分）
19:
00
10:
00
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