城市防洪排涝课程设计报告书

1、城市防洪与排涝课程设计A镇城市防洪排涝初步规划设计题目院系组别年级专业 姓名学号指导教师2018年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 防洪排涝现状和存在问题 52.2.1 洪涝灾害 52.2.2 防洪排涝现状 52.3 规划目标与任务 62.3.1 规划水平年与规划标准 62.3.2 规划任务 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

2、数推求 122.5 防洪工程措施规划 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 202.6 排涝规划 232.6.1 排涝水文计算 232.6.2 排涝过流断面设计 24第 3 章 设计感想 26第 4 章参考文献 26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规划设计1.1.2 设计任务计算部分：（1）根据提供的防洪设计标准，分析计算河道出口断面在防洪标准下的设 计洪峰流量；（2）根据提供的过流断面数据，计算断面水力参数，并计算水面线；（3）规划设计堤防顶部高程；（4）规划设计河段断面。（5）绘制CAD图

3、纸，编制计算说明书。1.1.3 图纸要求应绘制：比例尺参照河道整治设计规范 -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，设计频率的水面线高程。图纸尺寸、标题 栏等均应按给水排水制图标准绘制。1.2 设计资料根据A镇建设总体规划（2020-2030年），规划镇区的面积为 8.24平方 公里。本次防洪排涝规划的河流对象为 A镇范围内的水系-B溪，B溪自某水库以 下至汇流口，共计2 km流域汇流面积150km2河道糙率按治理后的断面确定为 0.028。要求对B溪河段的防洪规划初步设计。A镇建设规划设计方案中镇区内新规划建设C溪，其主要功能为汛期排除镇区涝

4、水，非汛期作为景观河道，根据排涝标准规划C溪排涝流量，设计梯形断面尺寸。表1-1课程设计分组表及相应参数组别洪水标准（年）区域沿流程的平均比降J （%0）综合径流系数C涝水标准（年）河道断面底宽折算系数(mm1-330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 24° 23

5、' -26 ° 02'，东经115 ° 51' -117 ° 45',属于低纬度亚热带。龙岩西与江西省赣州市毗邻，南与广东省梅州相连， 东临漳州市，是闽南厦、漳、泉“金三角”的腹地，处于东南沿海与内地的过渡 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。据有关资料记载，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 岩城有据可查的第一大洪水，东兴站调查水位 322.84m,相应流

6、量为 3220 m /s， 超过百年一遇洪水。据记载：“龙岩七月初八日山洪暴发，西郊一带几成泽国，城坦 田庐倒塌者多， 人畜淹没也不少， 为从来希有之水灾” ；1 947 年 6 月 15 日 洪水是调查到的第二大洪水，东兴站 321.82m,相应流量为 2330 m/s，据调查, 此次洪水冲毁农田 2.67 万亩，房屋倒塌 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 的 较 大 洪 水 共 28 次 。 以1967年5月 24日的洪水为最大，东兴站 22日24日三天降雨 量达 257.9mm上游各雨量站降雨量都在 220m270m

7、m之间，是全流域大面 积暴雨，东兴水文站洪水位321.61m,超过危险水位 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日台风造成的暴雨洪水为 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， 城区几条山沟山洪暴发，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测站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

8、 观测站1处（龙门）。本流域的降水特点是：雨季长、雨量多、强度大、时空分 布极不均匀。降雨的主要类型有锋面雨、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 1124 mm目前结合道路、堤防建设了数量众多的小型排涝沟、涵洞，但尚无排涝泵站。规划建设 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 用 5年一遇涝水不漫溢的排涝标准。排涝工程为IV 等工程，主要建筑物等级为4级。经济概况初步核算，2016全年实现地区生产总值189

9、5.67亿元，按可比价格计算，比 上年增长8.1%。第一产业增加值223.56亿元，增长3.7%；第二产业增加值966.99 亿元，增长7.4%；第三产业增加值705.12亿元，增长10.5%；人均地区生产总值 72354元，比上年增长 7.3%。三次产业结构由2015年的11.5 : 52.7 : 35.8调整 为 2016 年的 11.8、51.0、37.2。.专业资料.2.2 防洪排涝现状和存在问题2.2.1 洪涝灾害洪灾：由于强降雨、冰雪融化、冰凌、堤坝溃决、风暴潮等原因引起江河湖 泊及沿海水量增加、水位上涨而泛滥以及山洪暴发所造成的灾害称为洪水灾害。涝灾：由于城区降雨而形成的地表径流

10、，进而形成积水（本地洪水）不能及 时排出所造成淹没损失。由于洪水灾害和雨涝灾害往往同时或连续发生在同一地区，有时难以准确界定，往往统称为洪涝灾害。其中，洪水灾害按照成因，可以分为暴雨洪水、融雪 洪水、冰凌洪水、风暴潮洪水等。根据雨涝发生季节和危害特点，可以将雨涝灾 害分为春涝、夏涝、夏秋涝和秋涝等。（1）规划范围根据A镇建设总体规划（2020-2030年），规划镇区的面积为8.24平方公 里。本次防洪排涝规划的河流对象为 A镇范围内的水系-B溪，B溪自某水库以下 至汇流口，共计2 km,流域汇流面积150km2河道糙率按治理后的断面确定为 0.028。2.2.2 防洪排涝现状我市在近几年的发展

11、过程中，经济取得了高速发展，然而很少有人会对地下 管网设计、城市排洪功能等方面进行科学规划，及时补救。从我市规划局相关部 门了解到，目前中心城区的排水现状主要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按照国家的现行标准和省政府批复的防洪排涝标准进行 设计，基本可行，其内涝机会甚少。旧城区，由于大部分利用原有的排灌系统， 其特点是头大尾小，而旧城区近年来由于建筑密度的增加（用地性质变化） 城市建设和群众违章建筑，占用了原来的农田和水系，因此，一方面地面径流系数迅速提高，另一方面，原有的农田、水塘等自然调节的缺失，都加大了设计雨 水流量，降低了原有灌排结合渠系的排水标准，加之部分沟

12、渠被挤占、压缩，导 致原有的排水沟渠泄水能力降低，雨水不能及时排除，使得城市低洼地的民房易 造成内涝。未来城市的更好发展，应加快旧城区，特别是低洼地的控规，做好旧城区的 排水系统规划。另外，在规划及建筑设计时，应配好建好小区及城市绿地，并充 分利用水景等具有雨水调蓄能力的构建物，以降低地面径流系数，提高排水系统 的防御标准。2.3 规划目标与任务2.3.1 规划水平年与规划标准规划水平年与规划标准规划水平年：近期： 2020年 远期： 2030 年2.3.2 规划任务进行 A 镇区境内溪流河段的防洪和排涝规划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：一般情况下，小流域具有

13、降雨面分布比较均匀，流域下垫面植被覆盖比较单一，产流而分布不均匀的影响较小，可以用点雨量代替面 雨量等特点。 对于坡度较陡的山溪性小流域， 由于水流速度较大， 调蓄作用较小， 在进行汇流计算时， 还要考虑非线性的影响。 在实测流量资料系列较长的小流域， 可根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的实测流 .专业资料 .量资料，只可通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 程的泄洪建筑物的规模主要决定于洪峰流量，不需要计算洪水的仝过程时，可采 用较为简单的地区经验公式或推理公式，直接计算洪峰流量。由于小流域设计洪水中需要的是洪峰流量，所以此部分需要计算 SP

14、,主要采 用如下公式计：?24? = (1 + ?) ?(2-1 )(2-2)?2- 1S? = ?24?24已知，EX 150mm，Cv 0.43，Cs/Cv 3.5，所以 Cs 1.5，由P=10%，查表求得1.33，代入公式，求得X24p(1Cv)EX (1 1.33 0.43) 150 235.79mmSp X24P 24n2 1 235.79 24°.61 66.14mm/h设计洪水一般根据有关水文站的观测、调查资料，洪水成因及特性；所在地区历史大 洪水的雨情和水情等资料，进行设计洪水过程。小流域由于缺乏暴雨和流量资料，特别是后者。这里的小流域通常指集雨面 积不超过数百平方

15、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，小型工程对洪水的调节能力较小， 工程规模主要受洪峰流量控制，因而 对设计洪峰流量的要求远高于对设计洪水过程的要求；因此，本课程设计采用“推理计算法”，适用于资料缺乏地区的小流域。根据产流历时t大于、等于或小于流域汇流历时T,可分为全面汇流与局部 汇流两种公式型式。综合形式：Qm 0.278( S£ ) Ft(2-3)式中，？? 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(汇流历时内的最大地表净雨)，mm/h-流域汇流时间，h； F,流域面积，km。n 暴雨衰减指数，0.6当产流历时tct时，即全面

16、汇流情况,1-农?SpSpQm,p0.278 PF 0.278(-4 )F(2-4)当产流历时tc<T时，即部分汇流情况,? 1 - ?=n(审)1-?”？?”?為？?,? = 0.278?= 0.278 ?； ?(2-5)?T = 0.278 ?1/?3?/?5?( 2-6)m经验性的汇流参数，沿海区，当 9 > 1.5时，m= 0.053?0.809; 9 < 15时，m= 0.063?0384；内地区 9 > 15时,m= 0.039?0712； 9 < 1.5时，m= 0.045?0.335。(2-7)?=?1/ 3?1/4反映沿流程水力特性的经验指数;L

17、沿主河道从出口断面至分水岭的最长距离;J沿流程L的平均比降。推理法计算-图解法(1)流域特征参数F、L、J的确定:已知，暴雨衰流域汇流面积F=150Km ,流域长度L=2.0 km，比降J=4%o；C设计暴雨的统计参数的确定：均值 EX=150m、Cv=0.43、=3.5 ; Cv设计暴雨特征参数n和Sp减指数n=0.6, Sp 66.14mm/h ；产汇流参数、m的确定：本组第17组3.°mmh,(2-8)? _ 2 _?1/ 3?1/4 = 0.0041/31501/4 = 360因为设计的为内陆且 =3.60 > 1.5时，用公式 m 0.039 0.712 = 0.03

18、9 X 3.60°712 = 0.097;(2) 用图解法求设计洪峰流量，采用全面汇流计算，即假定tcSp66.142758.04Qm, p 0.278 () F 0.278(辽 3) 150 辽 125.1(2-9)?236.109/ 小、t = 0.278 ?1/ 3?1/ 4 = 0.2781/31/4 =1/4(2-10)?" 3?/?加0.097X0.004xQnPQmP'丿假定一组 值，带入上面的式子(2-9 )，算出一组相应的Qm值，再假定一组Qm值带入式子(2-10)，算出一组相应的值，结果见下表表2-1线及Qm Qm线计算表t /hQm m3 sQ

19、m； m3 st /h6.5772.026507.156.6763.846607.126.7755.866707.106.8748.066807.076.9740.456907.057733.017007.027.1725.747107.007.2718.637206.977.3711.677306.957.4704.877406.927.5698.217506.907.6691.697606.887.7685.317706.857.8679.067806.83用图解交叉点法求解，将两组数据画到一张表格内，获得两线交叉点对应的Qm和T即为所求。图2-1图解法求设计洪峰流量根据图中的两条线的交点

20、即为所求，由图读出Qmp= 738.07n3?s, t = 6.93h。检查是否满足全面汇流情况，即是否满足产流历时tc >Totc1(1n)Sp n丄(1 0.6) 66.14 品337.64h>T =6.93h，所以采用全面汇流的假设成立。243 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断面水力参数乙高程湿周河宽过水面积水力半径12.012.081.6680.02252.762.5防洪工程措施规划推求水面线计算方法（1）起始水位拟定一般是下游出口断面水位（2）推求水面线计算方法水面曲线基本方程2 2aiV1a2V2Zihf hj Z22g2g（ 2-11）式中，

21、乙和Z2分别为上游断面和下游断面的水位高程（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的动能修正系 数，V1和V2分别为上游断面和下游断面的平均流速。在单式断面中，可令a1 比 1.0。沿程水头损失hf: 一般采用均匀流沿程水头损失的公式计算河道渐变流的hf。hf JL（m）（2-12）式中，J为河段的平均水力坡降，L为计算河道长度（m）根据曼宁公式：V 丄 r2/3j1/2n（2-13）4/3JiJ22 2ni Vi2 2“2 V2r4/3R24/3(2-14)(2-15)若河槽断面由不同糙率的滩地和主槽所组成的复式断面,则根据不同的糙率分为几个不

22、同部分，计算各部分的流量模数K(2-16)(旦)2(2-17)Ki（3）试算法推求河道水面线的方法有许多，常用的有试算法和图解法试算法计算步骤如下：乙2ayhf hj2a2V2乙2g2gE1hf hjE2（2-18）根据已知的下游断面水位乙，可求得水力半径R、V2和吕；假定上游断面水位为乙，则可求得R、V1 和 E1； 计算两个断面之间的平均水力坡降 J ; 根据J和L计算沿程水头损失； 若满足E1 hf hj E2，则所假设的Z1 '即为所求的 乙，若E1 hf hj E2，则所假设的乙偏大，反之偏小，要重复上述计算，直至相等为止。在第二次试算的时候可利用第一次试算水位修正值z来修正

23、Z1 ，使新假定的乙=乙+ Z。一般修正一次即可。1 aFr23JL2R(2-19)式中，z为水位修正值（m，e为第一次试算的总水头误差（m，j和r分别为第一次试算中上游断面的坡降和水力半径；L为两断面间距离，Fr为上游断面的弗鲁德数,当为单式断面时，a 1.0 :22 av2aFr () R 2g当为复式断面时：a32(A)2 (Ki /A)(K(2-20)(2-21)(2-22) 根据提供的断面CADS（0-200至4-900，共计8个过流断面），获得不同的断面数据采用提供的“大断面计算程序”计算，获得不同水位高程的湿周、河宽、过水断面面积和水力半径水面线推求根据上述计算方法，得水面推求如

24、下表2-3前断面单式断面动能修正系数a复式断面动能修正系数a前断面水力坡降流量模数Ki=AR2/3/ni前断面能量 Ei=Zi+ a ivi2/ ( 2g)i=1+3£ 2-2£ 31=(工Ai)2X(Ki3/Ai2)/(工Ki)3Ji=Q/Ki2单式断复式断AXiRiniK备注C£ ia i 备注a i备注ZiQVig面Ei备注面EiJi备注225.0081.662.310.0311462.3942.290.341.26112.00738.073.289.8112.6912.000.00183.7879.642.350.0311857.7641.060.351.

25、28112.28738.074.029.8113.3312.280.00187.7579.832.320.0311553.7941.190.341.27113.13738.073.939.8114.1313.130.00184.7079.682.350.0311812.3941.090.351.28113.89738.074.009.8114.9313.890.00187.2979.812.320.0311580.2141.170.341.27114.72738.073.949.8115.7314.720.00184.9779.702.360.0311913.0341.090.351.2811

26、5.49738.073.999.8116.5315.490.00188.3079.862.320.0311549.6041.200.341.27116.34738.073.929.8117.3316.340.00184.6679.682.340.0311748.7241.080.351.28117.09738.074.009.8118.1317.090.00186.6679.782.340.0311711.3441.150.351.28117.92738.073.959.8118.9317.920.00186.2879.762.310.0311462.3941.140.351.28118.71

27、738.073.969.8119.7318.710.00后断面单式断面动能修正系数a复式断面动能修正系数后断面水力坡平均水力坡降均匀流水头损失断面能量流量模数K2=AR22/3/n22 = 1+3 £ 22-2 £ 23a 2=（工 A）2工（K/A22）/（工 K2）3降 J2 = Q/K22J=1/2（J 1+J2）hf=J A s2E2=（Z 2+V2 ）/2g-h f备备AX2艮n2K2C£ 2a 2 备注a 2备注J2备注J备注AshfV2单式断面注注201.1580.502.500.0313229.0041.600.341.2710.000.00200

28、0.533.6712.84177.6079.332.240.0310854.8540.850.351.2810.000.002000.884.1613.25193.2780.112.410.0312416.2441.360.341.2710.000.002000.743.8214.21209.0780.882.580.0314062.8541.840.341.2710.000.002000.683.5315.12185.4279.722.330.0311624.7841.110.351.2810.000.002000.793.9815.74162.0778.552.060.039380.514

29、0.300.351.2910.010.012001.034.5516.33177.6079.332.240.0310854.8540.850.351.2810.000.002000.854.1617.28193.2780.112.410.0312416.2441.360.341.2710.000.002000.763.8218.18169.8278.942.150.0310106.6740.580.351.2810.010.002000.934.3518.81E-EiAT修正后高度Z2hBAX20.150.700.2212.282.4878.26183.7879.64-0.081.01-0.1

30、313.132.5378.43187.7579.830.070.780.1113.892.4978.30184.7079.680.190.620.2814.722.5278.41187.2979.810.000.890.0115.492.4978.31184.9779.70-0.201.32-0.3416.342.5478.46188.3079.86-0.061.01-0.0917.092.4978.30184.6679.680.060.780.0817.922.5278.39186.6679.78-0.131.15-0.2118.712.5178.37186.2879.760.000.890

31、.0019.502.5078.34185.6179.73E2-E仁0时，试算值符合要求说明：E仁E2时，试算值正确。，流速不大的平原河段影响不大，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 、河槽逐渐扩大 -0.1-0.336 ，方头墩 0.35 、圆头墩 0.18 、长宽比均为 4、如果长宽比大于 4 则值应有 所增加，支流汇入时 0.1 ，弯道时 0.05 。s ，河段长度应沿相应流量和水位河床深泓线量取，原则上 14 倍河宽范围内。堤顶咼程计算根据堤防工程设计

32、规范（GB50286-98的规定，堤顶高程按水位（HP）加 上堤顶超高丫确定，具体采用编制的堤顶高程计算 Excel表格计算。（P19及附 录C）Y=R+e+A（ 2-23）式中：H设计洪水位丫 堤顶咼程（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、设计波浪爬高的计算风浪要素计算方法采用莆田公式计算。风速：设计风速取历年汛期最大风速平均值的1.5倍，即设计风速取21.8m3/s。（1）风区长度分河段90180m之间具体拟定。根据堤防工程设计规范（式，按等效风区法计算河 堤的分区长度Fe,计算公式如下：2i cos iFe-cos ii（2-24）式中，ri在主

33、风向两侧各45°范围内，每隔角由计算点引到对岸的射线长度，mi射线ri与主风向上射线0之间的夹角（度）。（2）波浪要素计算： 平均波高：可采用下式计算Hd0.0018（毎）045gH 013th07（gd、o.7thv2亍 0.13th0.7Hy） thVV0.13th0.7（-gd）0.7V（2-25）式中，H平均波高，md堤前水域平均水深，mV计算风速，m/s;F风区长度，m。 平均波周期T :丈 13.9gHV V （ 2-26） 平均波长L:2L匹心2 L（ 2-27）（3）风浪爬高根据堤防工程设计规范（式，风浪爬高计算公式如下：当m= 1.55.0时，公式如下:RpK KV

34、KP、1 m2(2-28 )式中：Rp累积频率为p的波浪爬高，mK 堤坡的糙率及渗透性系数；Kv 经验系数；Kp 爬高累积率换算系数；m 斜坡坡度系数。当me 1.25时，公式如下：(2-29)Rp K KvKpRqH式中，R>在无风情况下，光滑不透水护面（K 1 ）、H=1米时爬高值当1.25<m<1.5时，由m=1.5和m=1.25的计算值按内插法确定。2、风壅水面高度：根据堤防工程设计规范（式，风壅水面高度在有限风 区情况下，按下式计算：kv2fecos2gd（ 2-30）式中，e计算点的风壅水面高度，mK 综合摩阻系数，可取 K=3.6X 10-6 ;V设计风速，m/

35、s;f 由计算点逆风向向量到对岸的距离，md 水域的平均水深，mB风向与垂直于堤轴线的法线的夹角，度。3、安全加高根据堤防工程设计规范（GB50286-98），B溪河道工程不允许越浪计算， 堤防工程级别3等，安全加高值为0.70m。吹程按分河段具体拟定，计算风速采用当地多年平均最大风速的1.5倍,21.7m3/s。根据上述，计算坝顶高程如下表2-4。表2-4坝顶咼程计算表平均风正常运非常运风区长上游坝设计洪建基面堤顶咼速用风速用风速度坡水位（m高程程(m/s)（m/s）（m/s）（m（m(m)14.5321.814.5380.001.012.009.014.66714.5321.814.537

36、8.261.012.289.814.94714.5321.814.5378.431.013.1310.615.79714.5321.814.5378.301.013.8911.416.55114.5321.814.5378.411.014.7212.217.38714.5321.814.5378.311.015.4913.018.15714.5321.814.5378.461.016.3413.819.00714.5321.814.5378.301.017.0914.619.75714.5321.814.5378.391.017.9215.420.58714.5321.814.5378.371.018.7116.221.37714.5321.814.5378.341.019.5017.022.1672.6排涝规划排涝水文计算根据市区涝水观测资料，内涝成因和特性；所在地区历史上大涝年份的雨情 和城市涝情等资料进行排涝规划。（1）福建省排涝特点根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