福建省部分城区暴雨强度公式.docx
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福建省部分城区暴雨强度公式
福建省县市级城区排涝工程
实施方案报告编制技术大纲
福建省水利厅
二○○四年十二月
目录
1总则1
2前言1
3涝区基本情况4
3.1自然地理4
3.2水文气象4
3.3社会经济4
4涝水现状与排涝的必要性4
4.1城区涝水现状4
4.2涝灾成因分析4
4.3排涝工程建设的必要性5
5排涝范围、标准及原则5
5.1城区总体排涝规划5
5.2实施方案排涝范围5
5.3排涝标准5
5.4外江洪潮水标准6
5.5排涝原则6
6水文分析计算6
6.1水文资料情况6
6.2设计暴雨分析6
6.3涝水流量计算及过程线推求6
6.4外江洪潮水位分析9
6.5蓄排涝计算9
6.6内河水面线推求11
6.7关于泵站扬程的确定11
7工程地质12
7.1工程特性及工程勘察概况12
7.2区域地质概况及动震参数12
7.3泵站工程地质条件及评价12
7.4排涝沟渠工程地质条件及评价12
7.5天然建筑材料12
7.6小结及今后工作意见12
8排涝工程布置及主要建筑物13
8.1设计依据13
8.2工程总布置13
8.3主要建筑物13
9水力机械、消防及金属结构15
9.1泵组及附属设备15
9.2泵站布置15
9.3金属结构15
9.4消防15
9.5水力机械设备汇总表15
9.6金属结构设备汇总表16
10电气16
10.1泵站(水闸)接入电力系统16
10.2电工16
10.3配电设备布置16
10.4通讯16
10.5主要电气设备汇总表16
11施工组织设计16
11.1施工条件16
11.2施工导流17
11.3主体工程施工17
11.4施工总布置17
11.5施工总进度17
12占地及拆迁17
13工程管理17
13.1项目实施17
13.2项目招标17
13.3管理机构17
14环境影响评价18
14.1工程对环境影响评价18
14.2环境保护措施18
15设计概算及资金筹措18
15.1编制说明18
15.2概算表19
15.3概算附件20
15.4资金筹措20
16经济评价20
16.1评价依据20
16.2费用计算20
16.3效益计算21
16.4国民经济评价22
16.5评价结论23
附件1:
福建省部分城区暴雨强度公式
附图
1.工程位置图
2.年最大24小时暴雨频率曲线
3.年最大6小时暴雨频率曲线
4.年最大1小时暴雨频率曲线
5.蓄涝区库容曲线
6.蓄排涝计算来水、排水过程线
7.涝区内水位、外江水位过程线
8.排涝泵站(水闸)工程地质图(含平面图、剖面图、钻孔柱状图)
9.排涝泵站(水闸)总平面图
10.主泵房布置图(含平面图、剖面图、标明泵站主要特性)
11.副厂房布置图(含平面图、剖面图)
12.水闸布置图
13.闸门门叶及门槽总图
14.排涝沟渠平面布置图
15.排涝沟渠清淤纵断面图
16.排涝沟渠清淤横断面图
17.施工总平面布置图
18.泵站机电设备布置图(含平面图、剖面图)
19.水泵机组性能曲线图
20.泵站水位(含拦污栅)信号检测系统图
21.泵站给排水系统图(包含消防给水)
22.泵站电气主结线图
23.电气设备布置图(含平面图、剖面图,该图也可与泵站机电设备布置图一起出图)
24.主要电气设备断电保护配置图
25.消防布置总平面图
1总则
1.1为统一市县级城区排涝工程实施方案报告编制内容和技术要求,使设计成果成为制定工程实施方案的基本依据,特制定本大纲。
1.2排涝工程实施方案应符合国家现行有关标准的规定,并根据本技术大纲进行编制。
1.3排涝工程设计,必须认真执行国家有关技术经济政策,根据县级城区防洪排涝规划要求,全面搜集分析所需资料,进行必要的勘察,积极采用新技术、新材料、新设备,做到因地制宜、综合治理、经济实用、便于管理。
1.4排涝规划一般应以闸排为主,高水高排,低水闸排与抽排相结合。
要因地制宜分散抽排与集中抽排相结合。
固定式泵站与移动式泵站相结合。
1.5报告的编辑和表述
(1)总体编排顺序:
目录、附图目录、前言、正文、附图。
正文以本大纲第3章涝区基本情况为第1章,其余各章依次排列。
前言在第1章之前,不编章节。
(2)正文和附图可装订成一册,工程特性表附在前言之后,其他表格分别附在各章的适当位置。
2前言
简述城区排涝工程现状,规划涝片划分原则及各涝片拟采取的工程措施及规模;简述按照福建省发展计划委员会、福建省财政厅、福建省水利厅三家联合下发的《关于公布全省城区排涝工程建设方案的通知》(闽计农经[2004]507号)中确定的排涝工程建设内容,确定本次城区排涝工程实施方案拟实施的排涝工程,说明任务由来、设计过程、主要设计成果,附工程特性表。
工程特性表
序号
项目名称
单位
数量
数量
数量
数量
工程名称
工程1
工程2
工程3
工程4
一
水文
(一)
排涝范围及标准
1
面积
Km2
2
标准
年一遇
3
涝水洪峰流量
m3/s
4
最大24小时洪量
万m3
5
涝水计算方法
(二)
降雨
1
设计最大24小时降雨量
mm
2
设计最大6小时降雨量
mm
3
设计最大1小时降雨量
mm
(三)
承泄区
1
外江洪(潮)标准
年一遇
2
设计最高洪(潮)水位
m
(四)
城区防洪
1
城区防洪标准
年一遇
2
设计洪(潮)水位
m
(五)
施工导流
1
施工导流标准
年一遇
2
导流流量
m3/s
(六)
蓄排涝
1
起排水位
m
2
设计排水流量
m3/s
3
最高内涝水位
m
二
主要建筑物及设备
(一)
泵站
1
工程等别
2
泵型
3
机组台数
台
4
设计装机容量
Kw
5
设计抽水流量
m3/s
6
最大扬程
m
7
最小扬程
m
8
平均扬程
m
9
主泵房(长×宽)
m2
10
结构型式
11
前池尺寸(长×宽)
m2
12
前池底高程
m
13
进水渠长
m
14
出水渠(管)长
m
工程特性表(续)
序号
项目名称
单位
数量
数量
数量
数量
工程名称
工程1
工程2
工程3
工程4
15
占地面积
m2
16
拆迁面积
m2
(二)
水闸
1
工程等别
2
结构型式
3
水闸尺寸(孔数×净宽)
m
4
闸底高程
m
5
设计排水流量
m3/s
6
占地面积
m2
7
拆迁面积
m2
(三)
排涝沟渠
1
沟渠长度
m
2
底宽
m
3
结构型式
4
占地面积
m2
5
拆迁面积
m2
三
主要工程量
1
土(砂)方开挖
m3
2
土(砂)方回填
m3
3
砼浇筑
m3
4
砌石
m3
5
钢筋、钢材
t
四
投资
1
工程总投资
万元
2
其中建安工程
万元
五
工程效益
1
保护人口
人
2
保护耕地
亩
3
保护工农业产值
万元
4
经济内部收益率
%
5
经济效益费用比
6
经济净现值
万元
3涝区基本情况
3.1自然地理
简介涝区地理位置、涝区地形地貌、地面高程、涝区分片、排涝面积(分列外江设计洪水位以上和以下的面积);简介外江流域概况,注明城区以上集雨面积。
3.2水文气象
简介涝区气候,包括气候类型、多年平均气温、最高气温、最低气温、平均风速、多年平均最大风速、最大风速、相对湿度等。
简介涝区多年平均年降雨量、最大、最小降雨量、降雨时空分布、河流泥砂侵蚀模数等。
3.3社会经济
根据2003年统计年鉴,简介涝区建成区面积、人口、耕地、工农业总产值;简介涝区经济结构及特点。
4涝水现状与排涝的必要性
4.1城区涝水现状
(1)简介城区现有防洪堤情况,包括保护范围、堤长、堤型、建筑物等,对已建防洪堤存在主要问题作简介;
(2)重点说明排涝设施现状,按涝片分列上游已建水库、排涝沟渠、排水闸及排涝站等:
已建水库须有集雨面积、总库容、正常及相应库容、兴利库容、溢洪堰宽、堰顶高程、水库功能等基础资料,对其蓄涝作用应作出评价;排涝沟渠应列明沟渠长度、沟渠宽度、沟渠底高程、现状过水能力及相当排涝标准等基本数据;排水闸及排涝站应提交闸前控制水位、水闸净宽、闸底高程、排涝站装机、泵型、设计抽水流量等基本数据。
4.2涝灾成因分析
通过上述排涝设施现状调查分析,结合近年及历史涝灾情况,从自然及人类活动两大因素分析涝灾成因。
4.3排涝工程建设的必要性
从经济建设发展的需要、保障城区人民生命财产安全及涝灾成因等方面阐述排涝工程建设的必要性。
5排涝范围、标准及原则
5.1城区总体排涝规划
对城区已做的排涝总体规划作简介,主要介绍涝片划分、各涝片集雨面积、工程措施及规模。
5.2实施方案排涝范围
简述按照福建省发展计划委员会、福建省财政厅、福建省水利厅三家联合下发的《关于公布全省城区排涝工程建设方案的通知》(闽计农经[2004]507号)中确定的排涝工程建设内容,确定本次城区排涝工程实施方案拟实施的排涝工程所保护的范围,阐述保护面积、人口、耕地、工农业总产值等,要求在排涝工程平面总布置图上划清各涝片分界,拟实施排涝工程的位置,平面总布置图最好为彩色图纸。
5.3排涝标准
城区排涝应针对不同的对象采用不同的标准,大致分以下三种情况:
(1)城区内各小区
包括居住区、厂区、干道、广场等,排涝采用城建部门1年一遇城市排水标准,重要城市及城区内重要区域可采用城建部门2~5年一遇的设计标准。
(2)城区内河、排涝沟渠、排涝闸、排涝站
县级及县级以上城区内河、排涝沟渠、排涝闸、排涝站等排水系统一般采用5年一遇涝水不漫溢的标准,对于条件较好或重要的地区可适当提高标准,可按10年一遇涝水不漫溢地面的标准进行设计;乡镇区排涝标准一般为3年一遇涝水不漫溢,条件好的可按5年一遇涝水不漫溢设计。
(3)郊区农作物
该类对象一般能承受一定历时的淹没,采用5~10年一遇24小时暴雨24小时排完的排涝标准。
5.4外江洪潮水标准
排涝计算外江(承泄区)洪水采用标准应在分析涝区暴雨与承泄区水位遭遇规律的基础上确定。
如遭遇可能性较大,可采用相应于治涝标准的洪水,即内外水同频率组合;若遭遇可能性较小,可采用多年平均洪水位。
对于承泄区为海域或感潮河段,应采用多年平均高潮过程与内水进行组合。
5.5排涝原则
根据各涝片具体特点拟定排涝原则。
6水文分析计算
6.1水文资料情况
流域内水文站、雨量站设置情况,观测系列,若无实测资料则加以说明。
6.2设计暴雨分析
分析各城市历年短历时暴雨资料,并进行系统分析,求得各相应分期(1h、6h、24h)设计暴雨成果。
对于地处感潮河段,受台风雨、锋面雨影响显著的地区,应根据外江洪水各时期特性进行分期取值计算1h、6h、24h暴雨特征值。
6.3涝水流量计算及过程线推求
(一)涝水流量计算:
根据不同的排涝对象,采用不同的计算方法,大体可分为以下几类进行设计:
(1)城区内各小区。
此类对象排水问题是城建部门在城市建设中常见的,汇流历时一般在2~3小时以内,排水面积在2km2左右。
该类对象宜采用城建部门排水标准,按GBJ14-87《室外排水设计规范》规定的方法,利用当地暴雨强度公式算出设计暴雨强度,再用雨水流量公式推算雨水设计流量。
暴雨强度公式为:
q=
雨水设计流量公式为:
Q=qφF
式中:
q—设计暴雨强度(L/S·ha)
t—降雨历时(min),t=t1+mt2
t1、t2—分别为地面集水时间和管渠内流行时间(min),地面集水时间视距离长短、地形坡度和地面铺盖情况而定,一般采用5min~15min。
m—延缓系数,暗管m=2,明管m=1.2
p—设计重现期(a)
A1、C、n、b—参数
Q—雨水设计流量(L/S)
φ—径流系数
F—汇水面积(ha)
我省部分城区暴雨强度公式已由城建部门得出(见附录一),可按城建部门暴雨强度流量公式计算涝水流量,对于缺乏当地城市暴雨强度公式的城区,可利用邻近短历时暴雨相近的城区暴雨强度公式替代。
需要说明的是:
城市暴雨强度公式中的t1、t2与地面覆盖、地形坡度、距离长短密切相关,应征求城建部门共同确定。
(2)城区内河、排涝沟渠、排涝闸、排涝站
对于汇水面积超2km2或山丘比重较大的城区内河、排涝沟渠、排涝闸、排涝站等排涝系统应按水利部门涝水流量公式进行计算。
水利部门涝水流量计算方法主要有推理公式法、瞬时单位线法、水文比拟法、华东地区特小流域推理公式法等。
对于集雨面积在10km2以下的特小流域涝片,宜采用华东地区特小流域推理公式法,并用推理公式法进行复核;对于汇水面积大于10km2的涝片,可采用上述诸多方法进行计算,成果经综合比较确定。
除水文比拟法外,其他方法推求涝水流量首先须分析暴雨,必须收集涝片及邻近地区历年最大24小时、最大6小时、最大1小时暴雨资料,通过频率分析确定各历时暴雨特征值,进而推求涝水流量,由于城市化会使不透水面积及雨水管道增加,导致涝水总量会增大,故涝水流量计算要考虑城市化影响。
(3)郊区农作物区
郊区农作物区,按水利部门农田排涝标准设计,宜按“城区内河、排涝沟渠、排涝闸、排涝站”类型确定的计算方法计算涝水流量。
(二)涝水总量计算
采用暴雨强度及流量公式无法直接求得洪量,须采用设计净雨推算涝水量,公式为:
W24p=0.1(H24p-24
)F。
式中:
W24p—设计洪量(万m3)
H24p—最大24小时设计暴雨
—稳渗率,可取1.0~2.0(mm/h)
F—汇水面积(km2)
推理公式法、瞬时单位线法均可根据暴雨推求涝水过程,可从过程线中求出设计洪量,华东地区特小流域推理公式法也可直接算得洪量,水文比拟法可通过参证站比拟求得。
各种方法推求的洪量应进行合理性分析。
(三)涝水过程线
推理公式法、瞬时单位线法可根据暴雨直接推求涝水过程线;水文比拟法也可选择参证站典型洪水过程以峰量同频率缩放求得涝水过程线;华东地区特小流域推理公式法和城市暴雨强度流量公式法无涝水过程线,须根据流域形状系数查我省概化洪水过程线推求,流域形状系数公式为:
r=
式中:
r—流域形状系数
Qm—涝水洪峰流量(m3/s)
Wp—设计洪量(万m3)
确定流域形状系数后,可查我省24小时暴雨洪水概化过程线求得涝水过程线,在此基础上对其修正使峰量与涝水峰量成果吻合。
6.4外江洪潮水位分析
统计分析外江历年最高洪水位、最高潮水位资料,提出设计洪潮水位过程线成果。
关于外江洪水过程线的选型,从安全角度考虑,应选择高低水位都较高、涨洪(潮)历时长、退洪(潮)历时短的过程线。
外江设计洪水位可参照防洪工程水面线推算方法推求,可按上述选型方法选择过程线或选择实际发生、涝灾较严重的典型洪水过程线,根据设计洪水位同倍比缩放为设计洪水过程。
6.5蓄排涝计算
确定排涝站、排涝闸的规模必须进行蓄排涝计算。
蓄排涝计算要根据水量平衡原理逐时段进行计算,内外水组合可采用对工程偏不利的内水洪峰对外江最高水位的组合。
蓄排涝计算公式为:
式中:
△W—计算时段△t内涝水量变化值(m3)
—计算时段△t内平均涝水流量(m3/s)
—各种排涝设施△t内平均排水流量(m3/s)
△t—计算时段(s)
蓄排涝计算根据排水设施的不同,大致可分三种类型:
①有水闸无泵站;②有泵站无水闸;③闸站结合。
前两类可按蓄排涝计算的一般方法进行计算,确定闸或站的规模;对于闸站结合的第三种类型,排水泵站的设计排水流量应按充分利用排水闸自流抢排,余下的由排水泵站抽排的原则确定。
为减少闸站组合的计算量,蓄排涝计算一般须先行初定水闸规模,水闸规模以闸前充许最高内涝水位作控制,以0.1~0.3m的排水闸落差通过设计涝水洪峰流量初定闸底高程和闸孔宽度,其最终规模尚须考虑综合利用各部门的要求。
蓄排涝计算要有以下基本资料:
①涝区库容曲线;②设计涝水过程线;③外江洪(潮)水位过程线。
除以上基本要素外,还应到城建部门了解城区规划地面标高情况、涝区内河最低控制水位情况,以此为依据,通过逐时段蓄排涝计算,合理确定起排水位、设计抽排流量及水闸、泵站规模。
蓄排涝计算成果要以表格形式列出计算过程(见表1),从中求出起排水位、泵站设计抽水流量、设计扬程、最高内涝水位等指标。
________涝区蓄排涝计算过程表
表1
时间
(h)
来水(m3/s)
排泄流量(m3/s)
库容
(万m3)
内涝水位(m)
外江水位(m)
净扬程(m)
水闸
泵站
6.6内河水面线推求
内河规模同蓄排涝密切相关,蓄排涝计算所需涝片蓄涝容积包含内河,为保证发生设计涝水时,涝水能不漫溢自流到水闸或排涝站,须对内河进行水面线推求。
由于内河规模关系到水闸、泵站规模的确定,而水闸、泵站规模也影响内河规模,二者关系相辅相成,计算量较大,为减少工作量,可采取简化的方法,即根据城建部门的要求和规划地面控制性高程情况,先确定闸站前允许最高内涝水位,再对内河进行水面线推求,确定满足要求的内河河宽、河底高程等,在此基础上,假设泵站不同抽水流量(注:
水闸规模可按前述闸站结合蓄排涝计算方法先行确定),通过蓄排涝计算求出满足要求的设计抽水流量,然后从蓄排涝过程中提取最大洪峰对应闸站水位及最高内涝水位时对应来水流量这两种情况分别进行内河水面线推求,取上包线作为设计采用成果。
6.7关于泵站扬程的确定
排涝泵站的扬程,应按泵站抽排期间承泄区水位与内水位之差计算。
以城区为例,最大扬程可按城区堤防标准的外江洪水位与涝区起排水位之差确定;最小扬程应按泵站抽排期间承泄区最低运行水位与设计内水位之差(设计内水位为排涝期间泵站运行历时最长的内水位均值)确定,若此值小于0,则最小扬程以0计;平均扬程可采用泵站抽排期间运行历时最长的扬程。
上述计算的是净扬程,必须计算沿程及局部水头损失求得毛扬程,作为确定排涝站装机的最终参数。
7工程地质
闸、站设计要有必要的工程地质资料,可尽量利用附近已建防洪堤和其它已有建筑物的工程地质资料。
7.1工程特性及工程勘察概况
阐述工程特性及勘察工作概况。
7.2区域地质概况及动震参数
阐述区域地质概况、地层岩性、水文地质、地质构造、物理地质现象、地震动参数。
7.3泵站工程地质条件及评价
简明站基土层分布、厚度及物理力学参数,评价站基土层的地震效应、进行站基土层的水文工程地质条件评价,提出建议地基处理措施等。
7.4排涝沟渠工程地质条件及评价
简明沟渠土层分布、厚度及物理力学指标,评价土层的渗透特性及建议工程措施等。
7.5天然建筑材料
简述建筑物所需各种天然建材的数量和质理要求,简明建筑地区附近的各种建材的分布、数量,有用层和无用层、厚度开采运输条件等。
7.6小结及今后工作意见
8排涝工程布置及主要建筑物
8.1设计依据
(1)工程等别和建筑物级别
闸、站工程等别应按以下原则确定:
①如闸、站属堤防一部分,闸、站工程等别应按自身规模确定的工程等别及堤防工程等别的高值确定。
②如泵站脱离堤防,建筑物在堤后,不直接拦挡外江洪水,则应按自身规模确定工程等别。
(2)设计基本资料
8.2工程总布置
(1)排涝系统及建筑物的总平面布置。
(2)站、闸址选择。
(3)在地形图上对本期建设的站、闸进行建筑物布置,包括排涝闸、站以及与防洪堤、排涝沟渠的关系等。
8.3主要建筑物
泵站、水闸要按有关规程、规范进行稳定、防渗、防冲和基础处理等的分析和结构设计。
(1)泵站
①主泵房布置
②防渗排水布置
③基础处理
④稳定、防渗及地基承载力的分析计算
⑤进水渠、进水池
进水池应留有一定的调蓄容积,泵站前池应设计一段与泵排涝能力相适应的排涝沟渠,泵站进水口前要设置拦污设备。
⑥出水系统
引水管如需穿过防洪堤布置,应确保堤身结构防渗安全。
引水管如在洪水位以下,应设止回阀,防止外江洪水倒灌。
⑦副厂房
⑧附属建筑物及设施
(2)水闸
①闸顶高程确定。
②闸室及上、下游布置。
③闸室稳定、应力、防渗及基础处理分析计算、消能计算及防
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