城市防洪排涝优秀课程设计.docx

城市防洪和排涝课程设计题目A镇城市防洪排涝初步计划设计院 系组别年级专业姓 名学 号指导老师1月目 录第1章 绪论11.1 设计要求11.1.1 设计题目11.1.2设计任务11.1.3图纸要求11.2 设计资料1第2章 计算说明书32.1城市概况32.1.1 自然概况32.1.2 经济概况42.2 防洪排涝现实状况和存在问题42.2.1 洪涝灾难42.2.2 防洪排涝现实状况52.3 计划目标和任务62.3.1 计划水平年和计划标准62.3.2计划任务62.4 防洪排涝水文计算62.4.1 设计暴雨62.4.2 设计洪水72.4.3断面水力参数推求112.5 防洪工程方法计划122.5.1 推求水面线计算方法122.5.2 水面线推求142.5.2 堤顶高程计算192.6 排涝计划222.6.1 排涝水文计算222.6.2 排涝过流断面设计23第3章 设计感想24第4章 参考文件25第1章 绪论1.1 设计要求1.1.1 设计题目：X镇城市防洪排涝初步计划设计1.1.2设计任务计算部分：（1）依据提供防洪设计标准，分析计算河道出口断面在防洪标准下设计洪峰流量；（2）依据提供过流断面数据，计算断面水力参数，并计算水面线；（3）计划设计堤防顶部高程；（4）计划设计河段断面。（5）绘制CAD图纸，编制计算说明书。1.1.3图纸要求 应绘制：百分比尺参考河道整改设计规范-P6（1）B溪纵断面图（2）C溪设计横断面图。纵断面和横断面图上应注明断面位置，设计频率水面线高程。图纸尺寸、标题栏等均应按给水排水制图标准绘制。 1.2 设计资料 依据A镇建设总体计划（-2030年），计划镇区面积为8.24平方公里。此次防洪排涝计划河流对象为A镇范围内水系-B溪, B溪自某水库以下至汇流口，累计2 km，流域汇流面积150km2。河道糙率按治理后断面确定为0.028。要求对B溪河段防洪计划初步设计。A镇建设计划设计方案中镇区内新计划建设C溪，其关键功效为汛期排除镇区涝水，非汛期作为景观河道，依据排涝标准计划C溪排涝流量，设计梯形断面尺寸。表1-1 课程设计分组表及对应参数组别洪水标准（年）区域沿步骤平均比降J（）综合径流系数C涝水标准（年）河道断面底宽折算系数m（mm）1-330沿海区3、4、50.510134-630内陆区3、4、50.547-920沿海区3、4、50.5850.810-1220内陆区3、4、50.6213-1510沿海区3、4、50.6650.616-1810内陆区3、4、50.719-2020沿海区3、4、50.6650.8第2章 计算说明书2.1城市概况2.1.1 自然概况 龙岩市地处福建省西南部，北纬2423-2602，东经 11551-11745，属于低纬度亚热带。龙岩西和江西省赣州市毗邻，南和广东省梅州相连，东临漳州市，是闽南厦、漳、泉“金三角”腹地，处于东南沿海和内地过渡地带。龙岩市城区地处龙门溪、陈陂溪、小溪三条溪流汇合处，地势较低，水灾频繁。据相关资料记载，从公元1485年至今500多年，共发生较大水灾40余次，平均约14年一次。据水文部门调查考证，清道光二十二年（1842年）8月13日洪水为龙岩城有据可查第一大洪水，东兴站调查水位322.84m，对应流量为3220m/s，超出百年一遇洪水。据记载：“龙岩七月初八日山洪暴发，西郊一带几成泽国，城坦田庐坍毁者多，人畜淹没也不少，为历来希有之水灾”；1947年6月15日洪水是调查到第二大洪水，东兴站321.82m，对应流量为2330m/s，据调查，此次洪水冲垮农田2.67万亩，房屋坍毁3949间，死23人，2.3万人无家可归。新中国成立以来，龙岩市发生较大洪水共28次。以1967年5月24日洪水为最大，东兴站22日24日三天降雨量达257.9mm，上游各雨量站降雨量全部在220mm270mm之间，是全流域大面积暴雨，东兴水文站洪水位321.61m，超出危险水位1.54m，其洪峰流量为2130m/s(实测值)，城区受淹面广，尤以东兴至铁山镇外洋沿河两岸损失为重；1965年7月28日台风造成暴雨洪水为次大，暴雨中心往于城区，东兴站24小时降雨量达341.7mm，流量达1783m/s，城区几条山谷山洪暴发，致使城区低洼地带内涝严重，仅西宫巷就毁房50间，城区死亡7人，受灾稻田4.9万亩，毁陂坝104处，财产损失甚巨。城区及上游现有洪水预警雨量观察站2处（曹溪中甲和小池），水位雨量观测站6处（东兴、东山、水塘、龙门、黄岗水库和东肖水库），还有水文径流观测站1处（龙门）。本流域降水特点是：雨季长、雨量多、强度大、时空分布极不均匀。降雨关键类型有锋面雨、台风雨和热雷雨三种。中心城区多年平均降雨量为1768mm，径流深1124mm。现在结合道路、堤防建设了数量众多小型排涝沟、涵洞，但尚无排涝泵站。计划建设5座排涝站、4座排涝闸，总投资约1000万元。5座排涝站中，拟固定式2座，为东兴、水塘排涝站；另外移动式3座，分别为中山街、溪南、苏溪移动式排涝站。4座排涝闸为中街、条围、西安、隔后。中心城区采取5年一遇涝水不漫溢排涝标准。排涝工程为IV等工程，关键建筑物等级为4级。2.1.2 经济概况初步核实，整年实现地域生产总值1895.67亿元，按可比价格计算，比上年增加8.1%。第一产业增加值223.56亿元，增加3.7%；第二产业增加值966.99亿元，增加7.4%；第三产业增加值705.12亿元，增加10.5%；人均地域生产总值72354元，比上年增加7.3%。三次产业结构由11.5：52.7：35.8调整为11.8、51.0、37.2。2.2 防洪排涝现实状况和存在问题2.2.1 洪涝灾难洪灾：因为强降雨、冰雪融化、冰凌、堤坝溃决、风暴潮等原因引发江河湖泊及沿海水量增加、水位上涨而泛滥和山洪暴发所造成灾难称为洪水灾难。涝灾：因为城区降雨而形成地表径流，进而形成积水（当地洪水）不能立即排出所造成淹没损失。因为洪水灾难和雨涝灾难往往同时或连续发生在同一地域，有时难以正确界定，往往统称为洪涝灾难。其中，洪水灾难根据成因，能够分为暴雨洪水、融雪洪水、冰凌洪水、风暴潮洪水等。依据雨涝发生季节和危害特点，能够将雨涝灾难分为春涝、夏涝、夏秋涝和秋涝等。（1） 计划范围 依据A镇建设总体计划（-2030年），计划镇区面积为8.24平方公里。此次防洪排涝计划河流对象为A镇范围内水系-B溪, B溪自某水库以下至汇流口，累计2 km，流域汇流面积150km2。河道糙率按治理后断面确定为0.028。2.2.2 防洪排涝现实状况本市在近几年发展过程中，经济取得了高速发展，然而极少有些人会对地下管网设计、城市排洪功效等方面进行科学计划，立即补救。从本市计划局相关部门了解到，现在中心城区排水现实状况关键由新建城区和旧城区排水系统两部分组成，新建城区和工业园区根据国家现行标准和省政府批复防洪排涝标准进行设计，基础可行，其内涝机会甚少。旧城区，因为大部分利用原有排灌系统，其特点是头大尾小，而旧城区多年来因为建筑密度增加（用地性质改变）城市建设和群众违章建筑，占用了原来农田和水系，所以，首先地面径流系数快速提升，其次，原有农田、水塘等自然调整缺失，全部加大了设计雨水流量，降低了原有灌排结合渠系排水标准，加之部分沟渠被挤占、压缩，导致原有排水沟渠泄水能力降低，雨水不能立即排除，使得城市低洼地民房易造成内涝。未来城市愈加好发展，应加紧旧城区，尤其是低洼地控规，做好旧城区排水系统计划。另外，在计划及建筑设计时，应配好建好小区及城市绿地，并充分利用水景等含有雨水调蓄能力构建物，以降低地面径流系数，提升排水系统防御标准。2.3 计划目标和任务2.3.1 计划水平年和计划标准计划水平年和计划标准 计划水平年：近期： 远期：2030年 2.3.2计划任务进行A镇区境内溪流河段防洪和排涝计划。2.4 防洪排涝水文计算2.4.1 设计暴雨小流域设计洪水特点：通常情况下，小流域含有降雨面分布比较均匀，流域下垫面植被覆盖比较单一，产流而分布不均匀影响较小，能够用点雨量替换面雨量等特点。对于坡度较陡山溪性小流域，因为水流速度较大，调蓄作用较小，在进行汇流计算时，还要考虑非线性影响。在实测流量资料系列较长小流域，可依据流量资料用数理统计法推求设计洪水。但多数小流域缺乏长系列实测流量资料，只可经过设计暴雨和单位线、推理公式等方法计算设计洪水。当小型工程泄洪建筑物规模关键决定于洪峰流量，不需要计算洪水仝过程时，可采取较为简单地域经验公式或推理公式，直接计算洪峰流量。因为小流域设计洪水中需要是洪峰流量，所以此部分需要计算SP，关键采取以下公式计： X24P=1+CVEX （2-1） SP=X24P*24n2-1 （2-2）已知，所以，由P=10，查表求得，代入公式，求得2.4.2 设计洪水 通常依据相关水文站观察、调查资料，洪水成因及特征；所在地域历史大洪水雨情和水情等资料，进行设计洪水过程。小流域因为缺乏暴雨和流量资料，尤其是后者。这里小流域通常指集雨面积不超出数百平方公里，无明确限制。小流域设计洪水计算广泛应用中小型水利工程中，小型工程对洪水调整能力较小，工程规模关键受洪峰流量控制，所以对设计洪峰流量要求远高于对设计洪水过程要求；所以，本课程设计采取“推理计算法”，适适用于资料缺乏地域小流域。 依据产流历时t大于、等于或小于流域汇流历时，可分为全方面汇流和局部汇流两种公式型式。综合形式： （2-3）式中，Qm,P-设计洪峰流量，m3/s; -洪峰流量径流系数； Sp -设计频率暴雨雨力（汇流历时内最大地表净雨），mm/h -流域汇流时间，h；F，流域面积，km2。 n-暴雨衰减指数，0.6当产流历时时，即全方面汇流情况，=1-uSPn （2-4）当产流历时时，即部分汇流情况，=n(tc)1-n Qm,P=0.278SpnF=0.278nSptc1-nF （2-5） =0.278LmJ1/3Qm,P1/4 （2-6） m经验性汇流参数，沿海区，当1.5时，m=0.0530.809；1.5时，m=0.0630.384；内地域1.5时，m=0.0390.712；=6.93h，所以采取全方面汇流假设成立。 2.4.3断面水力参数推求由洪峰流量，利用大断面计算程序得表2-2 断面水力参数Z1高 程湿 周河 宽过水面积水力半径12.012.081.6680.02252.762.5 防洪工程方法计划2.5.1 推求水面线计算方法（1）起始水位确定 通常是下游出口断面水位。（2）推求水面线计算方法水面曲线基础方程 （2-11） 式中，Z1和Z2分别为上游断面和下游断面水位高程(m)，hf和hj分别为沿程水头损失和局部水头损失，a1和a2分别为上游断面和下游断面动能修正系数，v1和v2分别为上游断面和下游断面平均流速。在单式断面中，可令a1 a21.0。 沿程水头损失hf：通常采取均匀流沿程水头损失公式计算河道渐变流hf 。 （2-12）式中，J为河段平均水力坡降，L为计算河道长度(m)依据曼宁公式： （2-13） （2-14） （2-15） 若河槽断面由不一样糙率滩地和主槽所组成复式断面，则依据不一样糙率分为多个不一样部分，计算各部分流量模数Ki。 （2-16） （2-17） （3）试算法 推求河道水面线方法有很多，常见有试算法和图解法试算法计算步骤以下： （2-18） 依据已知下游断面水位Z2，可求得水力半径R2、v2和E2；假定上游断面水位为Z1，则可求得R1、v1和E1；计算两个断面之间平均水力坡降J；依据J和L计算沿程水头损失；若满足，则所假设Z1即为所求Z1，若，则所假设Z1偏大，反之偏小，要反复上述计算，直至相等为止。在第二次试算时候可利用第一次试算水位修正值来修正Z1，使新假定Z1=Z1+Z 。通常修正一次即可。 （2-19） 式中，Z为水位修正值（m），E为第一次试算总水头误差（m），J和R分别为第一次试算中上游断面坡降和水力半径；L为两断面间距离，Fr为上游断面弗鲁德数， 当为单式断面时，a1.0： （2-20） 当为复式断面时： （2-21） （2-22） 依据提供断面CAD图（0-200至4-900，累计8个过流断面），取得不一样断面数据采取提供“大断面计算程序”计算，取得不一样水位高程湿周、河宽、过水断面面积和水力半径2.5.2 水面线推求依据上述计算方法，得水面推求以下表2-3。表2-3 天然河道水面线计算表（由下游往上游推算）前断面流量模数K1=A1R12/3/n1单式断面动能修正系数1=1+32-23复式断面动能修正系数1=(A1)2(K13/A12)/(K1)3前断面能量E1=Z1+1v12/（2g)前断面水力坡降J1=Q2/K12A1X1R1n1K1备注C111备注1备注Z1Qv1g单式断面E1复式断面E1备注J1备注225.0081.66 2.31 0.03 11462.39 42.29 0.34 1.26 112.00 738.07 3.28 9.81 12.69 12.00 0.00 183.7879.64 2.35 0.03 11857.76 41.06 0.35 1.28 112.28 738.07 4.02 9.81 13.33 12.28 0.00 187.7579.83 2.32 0.03 11553.79 41.19 0.34 1.27 113.13 738.07 3.93 9.81 14.13 13.13 0.00 184.7079.68 2.35 0.03 11812.39 41.09 0.35 1.28 113.89 738.07 4.00 9.81 14.93 13.89 0.00 187.2979.81 2.32 0.03 11580.21 41.17 0.34 1.27 114.72 738.07 3.94 9.81 15.73 14.72 0.00 184.9779.70 2.36 0.03 11913.03 41.09 0.35 1.28 115.49 738.07 3.99 9.81 16.53 15.49 0.00 188.3079.86 2.32 0.03 11549.60 41.20 0.34 1.27 116.34 738.07 3.92 9.81 17.33 16.34 0.00 184.6679.68 2.34 0.03 11748.72 41.08 0.35 1.28 117.09 738.07 4.00 9.81 18.13 17.09 0.00 186.6679.78 2.34 0.03 11711.34 41.15 0.35 1.28 117.92 738.07 3.95 9.81 18.93 17.92 0.00 186.2879.76 2.31 0.03 11462.39 41.14 0.35 1.28 118.71 738.07 3.96 9.81 19.73 18.71 0.00 续表2-3 天然河道水面线计算表（由下游往上游推算）后断面流量模数K2=A2R22/3/n2单式断面动能修正系数2=1+322-223复式断面动能修正系数2=(A2)2(K23/A22)/(K2)3后断面水力坡降J2=Q2/K22平均水力坡降J=1/2(J1+J2)均匀流水头损失hf=Js断面能量E2=(Z2+v22)/2g-hfA2X2R2n2K2备注C222备注2备注J2备注J备注shf备注V2单式断面201.1580.502.500.0313229.0041.60 0.34 1.27 10.00 0.00 2000.53 3.67 12.84 177.6079.332.240.0310854.8540.85 0.35 1.28 10.00 0.00 2000.88 4.16 13.25 193.2780.112.410.0312416.2441.36 0.34 1.27 10.00 0.00 2000.74 3.82 14.21 209.0780.882.580.0314062.8541.84 0.34 1.27 10.00 0.00 2000.68 3.53 15.12 185.4279.722.330.0311624.7841.11 0.35 1.28 10.00 0.00 2000.79 3.98 15.74 162.0778.552.060.039380.5140.30 0.35 1.29 10.01 0.01 2001.03 4.55 16.33 177.6079.332.240.0310854.8540.85 0.35 1.28 10.00 0.00 2000.85 4.16 17.28 193.2780.112.410.0312416.2441.36 0.34 1.27 10.00 0.00 2000.76 3.82 18.18 169.8278.942.150.0310106.6740.58 0.35 1.28 10.01 0.00 2000.93 4.35 18.81 185.4279.722.330.0311624.7841.11 0.35 1.28 10.00 0.00 2000.80 3.98 19.73 续表2-3 天然河道水面线计算表（由下游往上游推算）E2-E1修正后高度Z2hBA2X20.15 0.70 0.22 12.28 2.48 78.26 183.78 79.64 -0.08 1.01 -0.13 13.13 2.53 78.43 187.75 79.83 0.07 0.78 0.11 13.89 2.49 78.30 184.70 79.68 0.19 0.62 0.28 14.72 2.52 78.41 187.29 79.81 0.00 0.89 0.01 15.49 2.49 78.31 184.97 79.70 -0.20 1.32 -0.34 16.34 2.54 78.46 188.30 79.86 -0.06 1.01 -0.09 17.09 2.49 78.30 184.66 79.68 0.06 0.78 0.08 17.92 2.52 78.39 186.66 79.78 -0.13 1.15 -0.21 18.71 2.51 78.37 186.28 79.76 0.00 0.89 0.00 19.50 2.50 78.34 185.61 79.73 E2-E1=0时，试算值符合要求说明：E1=E2时，试算值正确。 ，流速不大平原河段影响不大，单式断面较复式断面小，山区河流较平原河流大，断面特变水流近似堰流河段可达2.1左右，平原河流1.151.5，山区河流1.52.0。 ，河槽急极扩大-0.5-1、河槽逐步扩大-0.1-0.336，方头墩0.35、圆头墩0.18、长宽比均为4、假如长宽比大于4则值应有所增加，支流汇入时0.1，弯道时0.05。，河段长度应沿对应流量和水位河床深泓线量取，标准上14倍河宽范围内。2.5.2 堤顶高程计算依据堤防工程设计规范（GB50286-98）要求，堤顶高程按水位(HP)加上堤顶超高Y确定，具体采取编制堤顶高程计算Excel表格计算。（P19及附录C） Y=R+e+A （2-23）式中：HP设计洪水位Y堤顶高程（m）；R设计波浪爬高（m）； e设计风雍增水高度（m）；A安全加高（m）。1、 设计波浪爬高计算 风浪要素计算方法采取莆田公式计算。 风速：设计风速取历年汛期最大风速平均值1.5倍，即设计风速取21.8m3/s。（1）风区长度 分河段90180m之间具体确定。 依据堤防工程设计规范（GB50286-98）C.1.1式，按等效风区法计算河堤分区长度Fe，计算公式以下： （2-24）式中，在主风向两侧各45范围内，每隔角由计算点引到对岸射线长度，m； 射线和主风向上射线之间夹角（度）。（2）波浪要素计算：平均波高：可采取下式计算 （2-25）式中，平均波高，m； d堤前水域平均水深，m； V计算风速，m/s； F风区长度，m。平均波周期： （2-26）平均波长L： （2-27）（3） 风浪爬高 依据堤防工程设计规范（GB50286-98）C.3.1式，风浪爬高计算公式以下：当m1.55.0时，公式以下： （2-28）式中： Rp累积频率为P波浪爬高，m； 堤坡糙率及渗透性系数； 经验系数； 爬高累积率换算系数； m斜坡坡度系数。当m1.25时，公式以下： （2-29）式中，R0在无风情况下，光滑不透水护面（）、H=1米时爬高值。当1.25m1.5时，由m=1.5和m=1.25计算值按内插法确定。2、风壅水面高度：依据堤防工程设计规范（GB50286-98）C.2.1式，风壅水面高度在有限风区情况下，按下式计算： （2-30）式中，e计算点风壅水面高度，m； K综合摩阻系数，可取K=3.610-6； V设计风速，m/s； F由计算点逆风向向量到对岸距离，m； d水域平均水深，m； 风向和垂直于堤轴线法线夹角，度。3、 安全加高 依据堤防工程设计规范（GB50286-98），B溪河道工程不许可越浪计算，堤防工程等级3等，安全加高值为0.70m。 吹程按分河段具体确定，计算风速采取当地多年平均最大风速1.5倍，21.7m3/s。依据上述，计算坝顶高程以下表2-4。表2-4坝顶高程计算表平均风速(m/s)正常利用风速（m/s）很利用风速（m/s）风区长度（m）上游坝坡设计洪水位（m）建基面高程（m）堤顶高程（m）14.5321.814.5380.001.012.009.014.66714.5321.814.5378.261.012.289.814.94714.5321.814.5378.431.013.1310.615.79714.5321.814.5378.301.013.8911.416.55114.5321.814.5378.411.014.7212.217.38714.5321.814.5378.311.015.4913.018.15714.5321.814.5378.461.016.3413.819.00714.5321.814.5378.301.017.0914.619.75714.5321.814.5378.391.017.9215.420.58714.5321.814.5378.371.018.7116.221.37714.5321.814.5378.341.019.5017.022.1672.6 排涝计划2.6.1 排涝水文计算依据市区涝水观察资料，内涝成因和特征； 所在地域历史上大涝年份雨情和城市涝情等资料进行排涝计划。（1）福建省排涝特点 依据福建省城市排涝特点，福建省各城市可分为沿海、沿江、沿溪三类，沿海城市外江受潮水顶托，可利用低潮位排水，故以建排涝挡潮闸为主。沿江城市地处大中河流沿岸，外江集雨面积大，洪水峰高量大，洪水历时较长，外江受洪水长时间顶托，自排不畅，需建排涝站抽排，辅以闸排。沿溪城市地处山区河流沿岸，外江洪水暴涨暴落，峰高量不大，外江洪水高水位时间很短，排涝以自排为主，关键建排涝闸，辅以小型排涝站。福建省各城市建排涝闸、排涝泵站已初见成效。（2）排涝计算方法排涝水文分析计算方法通常有排涝模数计算和推理计算法等。依据A镇建设计划设计方案中新计划镇区内C溪，其关键功效为汛期排除镇区涝水，非汛期作为景观河道。依据公式 （2-31）查表1-1得C=0.7 p=20% F=150km2 查表得=0.69 得X24，p=（1+*）*Ex=194.505 Sp=X24，p*24n-1=54.56 Q=0.7*54.56*8.242/3=155.7982.6.2 排涝过流断面设计依据景观设计需求并综合考虑排涝进行河段断面最终设计，河道断面计划形式见下图图2-2 断面计划示意图为满足景观设计需要，将主槽宽度a2设定为10m，b1和b2设定为1.5米，h2为1m，坡度定为1:1。此次河道为新计划河道，糙率n取值0.034，依据地形等高线图J为9。结合曼宁公式，进行河道断面初步设计。利用大断面计算程序得：表2-5 排涝过流断面水力参数高程河宽过水面积湿周水力半径11.5817.8436.9520.091.84由曼宁公式得则选择水位高程为11.5