村庄防洪建设可行性研究报告(初步设计方案书).doc

目 录1前言21.1设计缘由21.2设计依据22水文32.1流域概况32.2气象32.3水文基本资料42.4设计洪水计算42.5设计洪水成果153防洪工程设计163.1工程等级和标准163.2 工程区现状163.3 设计方案163.4下村川河主河道防洪工程设计173.5 厂区北侧沿公路3条支沟防洪工程设计214施工组织设计224.1施工条件224.施工导流224.施工方法234.施工场地布置235工程管理245.1管理机构245.2保护和管理范围245.3工程管理246环境影响评价256.1环境影响分析256.2环境保护措施256.3结论267 工程投资概算277.1 编制说明277.2投资概算结果298结论349.附件341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GB50201-942)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9502100m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-7.013.8-23.14.58.155.72.616.70二月-4.519.8-22.07.39.365.82.514.70三月0.922.4-18.519.119.7109.72.419.30四月8.630.6-8.526.034.3213.82.720.010五月14.132.6-2.842.246.8264.52.516.729六月18.033.23.075.458.3237.52.018.058七月19.734.17.4138.8102.6191.51.616.788八月18.130.85.4134.4124.2156.71.517.097九月13.132.6-1.564.958.3128.11.513.098十月7.425.7-10.240.650.0115.71.918.092十一月0.720.8-17.912.729.079.92.417.00十二月-4.614.8-23.04.112.759.42.615.70全年7.034.1-23.1569.9124.21678.22.220.0982.3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,Z1Zn自计算断面开始的沿程各计算点高程，m； L0,L1Ln相邻点之间距离，km。3）流域特征值 （2-3）式中：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Fkm2174.7流域主河道长Lkm17.62流域平均坡度Jm/km20.25流域平均宽度Bkm9.91流域特征值1.782.4.2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；t点面折减系数；t由下式计算。 （2-6）式中：F流域面积，km2；f地区常数；At、t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)CvKp点设计(mm)折减(t)面暴雨(mm)1十分钟130.512.7936.3136.3六十分钟250.522.8370.70.8258六小时460.583.1142.60.87124.124小时660.63.2211.20.9190.1三日830.623.29273.10.94256.72十分钟130.512.4531.9131.9六十分钟250.522.48620.8351.5六小时460.582.69123.70.88108.924小时660.62.76182.20.9164三日830.622.83234.90.94220.85十分钟130.512.0126.1126.1六十分钟250.522.0350.70.8442.6六小时460.582.1699.40.8887.524小时660.62.2145.20.91132.1三日830.622.24185.90.95176.6主雨峰逐时暴雨计算结果表表2-41%暴雨历时（h）01234524累计暴雨量(mm)05877.692103.8114190.1逐时(段)雨量(mm)-5819.614.411.810.2-76.1主雨历时:t主=4hr 24小时面暴雨量:H24=190.1mm历时为t主的面暴雨量:H主=103.8mm H主+1=114mm;a=8.46hr; 主雨峰前后降雨历时:a=8hr H*=10.8mm2%暴雨历时（h）01234524累计暴雨量(mm)051.568.981.792.2101.2164逐时(段)雨量(mm)-51.517.412.810.59-62.8主雨历时:t主=4hr 24小时面暴雨量:H24=164mm历时为t主的面暴雨量:H主=92.2mm H主+1=101.2mm;a=7.17hr; 主雨峰前后降雨历时:a=7hr H*=9.5mm5%暴雨历时（h）01234524累计暴雨量(mm)042.656.266.174.281.1132.1逐时(段)雨量(mm)-42.613.69.98.16.9-51主雨历时:t主=4hr 24小时面暴雨量:H24=132.1mm历时为t主的面暴雨量:H主=74.2mm H主+1=81.1mm;a=8.39hr; 主雨峰前后降雨历时:a=8hr H*=7.2mm2.4.3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平均逐时一19:00-23:0033.333.340.70.2二10:00-15:00545452.40.515:00-16:0011.865.863.81.416:00-17:0014.480.275.51.717:00-18:0019.699.888.73.2三18:00-19:005858117.517.5四19:00-22:0032.432.430.90.3五4:00- 7:0033.333.3310.32%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平均逐时一19:00-23:0028.428.440.40.1二10:00-15:00454551.40.315:00-16:0010.555.562.30.916:00-17:0012.868.373.51.117:00-18:0017.485.785.62.2三18:00-19:0051.551.5113.313.3四19:00-22:00272730.50.2五4:00- 7:0028.428.430.60.25%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平均逐时一19:00-23:0022.322.340.20.1二10:00-15:00363650.70.115:00-16:008.144.161.20.516:00-17:009.95471.80.617:00-18:0013.667.682.91.1三18:00-19:0042.642.618.38.3四19:00-22:0021.621.630.30.1五4:00- 7:0022.322.330.30.12.4.4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；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Qmt、Qm两曲线交点求“造峰雨”洪峰流量Qm与汇流历时。Qmt、Qm关系式如下式： （2-8） （2-9）式中：ht累计净雨深，mm；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(hr)117.517.58500.1262.6423.220.75020.1213.1331.722.33620.1193.4541.423.82890.1183.7汇流历时=3.63hr 暴雨历时:tp=4hr 洪量Wp=416万m3 造峰雨流量Qm=308 m3/s 净雨深:23.8mm 洪峰上涨历时Tz2.81hr洪峰形状系数0.752%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(hr)113.313.36440.1342.6622.215.43740.133.1531.116.62680.1283.4840.917.52120.1263.74汇流历时=3.67hr 暴雨历时:tp=4hr 洪量Wp=306万m3 造峰雨流量Qm=225 m3/s 净雨深:17.5mm 洪峰上涨历时Tz2.83hr洪峰形状系数0.755%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(hr)131.931.93320.0921.9222.634.51800.0902.2731.536.01250.0892.51汇流历时=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Tz2.87hr洪峰形状系数0.752）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/stz洪峰上涨历时，h；x、y概化线相对坐标。x、y通过洪峰流量系数由手册表（4-2）查得，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）1015:000015:000015:00020.56315:34170.57415:3470.57415:34731.12516:08631.14916:09271.14916:092741.68816:411461.72316:43631.72316:436352.2517:152232.29717:18962.29717:189662.53117:322652.58417:351142.58417:3511472.81317:493082.87217:521322.87217:5213282.95317:572943.01518:011263.01518:0112693.09418:062803.15918:101203.15918:10120103.23518:142673.30218:181143.30218:18114113.37518:232533.44618:271083.44618:27108123.65618:392233.73318:44953.73318:4495133.93818:561934.0219:01834.0219:0183144.21919:131664.30719:18714.30719:1871154.519:301404.59519:36604.59519:3660164.78119:471204.88219:53514.88219:5351175.06320:041005.16920:10435.16920:1043185.34420:21865.45620:27375.45620:2737195.62520:38725.74320:45315.74320:4531206.18821:11556.31821:19246.31821:1924216.7521:45456.89221:54196.89221:5419227.31322:19397.46622:28177.46622:2817237.87522:53358.04123:02158.04123:0215248.43823:26318.61523:37138.61523:3713259.8440:512610.0511:031110.0511:03112611.252:152311.4862:291011.4862:29102712.6573:392012.9223:55912.9223:5592814.0635:041714.3585:21714.3585:2172915.4696:281415.7946:48615.7946:4863016.8767:531117.238:14517.238:1453119.68810:41320.10111:06120.10111:0613222.50113:30022.97313:58022.97313:5803）“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) 19:0010:000:0019:004:00(1) 降雨迄时间 (时:分) 23:0015:000:0022:007:00(2) 产流(降雨)历时 (h) t (t,) 45033(3) 产流起涨时间 (时:分) 19:0010:000:0019:004:00(4) 过程线历时(h)T=(2)+2 11.2512.25010.2510.25(5) 洪水上涨历时(h) tz=1/3*(4) 3.754.0803.423.42(6) 洪水上涨时间 (时:分)(3)+(4) 22:4514:050:0022:257:25(7) 净雨深 h(mm) 0.722.3700.921(8) 时段洪量(万m3) W= 0.1hF 134101617(9) 洪峰流量(m3/s)Qm,=5.56W/(4) 6190992%(0) 降雨起始时间 (时:分) 19:0010:000:0019:004:00(1) 降雨迄时间 (时:分) 23:0015:000:0022:007:00(2) 产流(降雨)历时 (h) t (t,) 45033(3) 产流起涨时间 (时:分) 19:0010:000:0019:004:00(4) 过程线历时(h)T=(2)+2 11.3412.34010.3410.34(5) 洪水上涨历时(h) tz=1/3*(4) 3.784.1103.453.45(6) 洪水上涨时间 (时:分)(3)+(4) 22:4714:070:0022:277:27(7) 净雨深 h(mm) 0.451.3900.540.62(8) 时段洪量(万m3) W= 0.1hF 8240911(9) 洪峰流量(m3/s)Qm,=5.56W/(4) 4110565%(0) 降雨起始时间 (时:分) 19:0010:000:0019:004:00(1) 降雨迄时间 (时:分) 23:0015:000:0022:007:00(2) 产流(降雨)历时 (h) t (t,) 45033(3) 产流起涨时间 (时:分) 19:0010:000:0019:004:00(4) 过程线历时(h)T=(2)+2 11.4912.49010.4910.49(5) 洪水上涨历时(h) tz=1/3*(4) 3.834.1603.53.5(6) 洪水上涨时间 (时:分)(3)+(4) 22:5014:100:0022:307:30(7) 净雨深 h(mm) 0.220.7200.280.3(8) 时段洪量(万m3) W= 0.1hF 413055(9) 洪峰流量(m3/s)Qm,=5.56W/(4) 260334）洪水全过程洪水全过程由以上各洪水过程叠加，西山水库设计洪水过程线计算结果见表2-13。设计洪水过程线表2-13序号P=1%P=2%P=5%时间(h)流量(m3/s)时间(h)流量(m3/s)时间(h)流量(m3/s)100000023.7563.7843.832311.25011.34011.4904150150150519.081919.111119.166620172010205720.563220.572120.5712821.137721.135421.1531921.6915921.711421.72671022.2523522.2717022.3991122.5327622.5520022.581171222.8131822.8323122.871351322.9530422.9822123.021291423.0929023.1221023.161231523.2327623.2620023.31171623.3826123.419023.451111723.6623123.6816723.73981823.9420023.97145248619241942414324.02852024.2217424.2512624.31742124.514824.5310724.59622224.7812824.829224.88542325.0610825.17825.17452425.349425.396825.46392525.638025.675825.74332626.196326.244526.32262726.755326.83726.89222827.254727.343327.47192927.314727.373327.49193027.424727.453327.5193127.884427.943128.04183228.443828.52728.61153329.843229.922230.05133431.252731.341931.49113532.662232.751632.92936332133153393734.062034.171434.3683834.252034.341434.4983935.472135.591535.7984036.422136.451536.584136.882037.011337.2374239.69839.84540.134342.5242.67142.9704443.25043.34043.4902.5设计洪水成果设计洪水成果见表2-14。 洪水计算成果表表2-14频率1%2%5%洪峰流量（m3/s）3182311353防洪工程设计3.1工程等级和标准根据污水处理厂厂区的重要性，主要防洪建筑物等级为等4级，污水处理厂厂区防洪标准为五十年一遇。根据业主提供的有关基础资料，本区建筑抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度值为0.15g。3.2 工程区现状工程区现状：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。厂址区坐北朝南，整个区域较为平坦，地势由西北向东南方向渐渐降低。厂址区北侧为交口孝义公路东西向通行，沿公路有三条支沟汇入；厂址区南侧基本沿距边山22m的平行线布置。3.3 设计方案本次防洪工程的任务是，设计洪水来临时下村川河以及附近三条支沟的洪水不冲厂区建筑物以保证厂区安全，此外还应保证周边村庄满足防洪要求。通过现场勘察并结合厂区的布置情况，本防洪工程设计方案为：（1）在下村川河主河道沿厂区南侧（河道左侧）修筑浆砌石导流坝，使河道水流沿着南侧边山流向下游；（2）对厂区北侧沿公路的三条支沟进行整治，并修筑浆砌石城门洞型涵洞使水流垂直穿过厂区汇入南侧主河道。3.4下村川河主河道防洪工程设计下村川河主河道防洪工程主要包括：1.950米浆砌石导流坝工程；2.导流口拓宽河槽工程；3.河道清淤及右岸边山整修工程。3.4.1导流坝工程经现场查勘并结合污水处理工程的相关资料可知，污水处理厂厂区南侧基本沿距边山22米的平行线布置，由此可确定导流坝厂区段的走向为沿厂区南侧边界布置。导流坝总长为950米，其中厂区段300米，向上游延伸180米，向下游延伸470米，坝型为浆砌石坝。1. 导流段河道纵坡设计为减少土方挖填量，设计纵坡原则上尽量与地面情况保持一致。导流段河道上下游高差为4.75米，由此可确定河道设计纵坡为5。2. 导流坝段河道水力计算因河道分段长度远远大于河道水深，故水深按明渠均匀流公式计算。河道底宽按厂区段作为控制，有效底宽按18米考虑。其它地段与厂区段依河道走势衔接，尽量使上下游水流能平顺衔接。水力计算公式：式中：Q设计流量（m3/s）；A过水断面面积（m2）；C谢才系数，；R水力半径（m）；i河道纵坡；n新建土质河床，取n=0.023。 当河道水深为3米时，可通过的流量为256.52 m3/s，能保证五十年一遇洪峰231 m3/s通过。计算结果见表3-1。表3-1 下村川河厂区段河道水力计算表位置流量纵坡流速水深底宽左边坡右边坡底糙率厂区段QIvHBm1m2n0256.520.0054.673180.1