3 排洪工程设计方案
开县是四川盆地东部地区的一部分,山体较多,中原和木桥小区背后(南侧）有一山体.由于山体地形坡度大，积水时间短,洪水历时也不长，一到雨季，大量山洪水排泄而下,水流急，流势猛，且水流中还夹带着砂石等杂质，冲刷力大,容易使山脚下小区受到破坏而造成严重损失。为了尽量减少洪水造成的危害，保护山脚下居民的生命财产安全，必须要认真做好防洪规划，拟在山坡上新建一条排洪沟，拦截山洪,将山洪引出居住区，排入附近水体中。 3。1 设计原则
（1)排洪工程的设计应充分考虑小区旁边山洪现状，切实解决山洪对小区造成的危害和隐患。
（2）排洪工程的设计应与原有的DN1200市政水泥涵管结合起来，使山洪能够顺利流入市政管道。
（3）为减小对市政管道的堵塞，应考虑设置沉砂设施. 3。2 设计依据:
1、《城市防洪工程设计规范》（CJJ50—92) 2、《城市防洪标准》GB50201—94 3、《室外排水设计规范》GB50014—2006； 4、《混凝土结构设计规范》GB50010-2002； 5、《公路桥涵设计通用规范》JTG D60—2004； 6、《市政排水管渠工程质量检验评定标准》CJJ3-90 7、《砌体结构设计规范》（GB5003-2001) 8、《砼结构设计规范》（GB50010 —2002） 9、实测地形图。
3。3 排洪沟设计要点
(1)排洪沟应尽量利用原有山洪沟，必要时可作适当整修
原有山洪沟是山洪若干年来冲刷形成的，其形状、底板都比较稳定，因此应尽量利用原有的天然沟道作排洪沟。当利用原有沟不能满足设计要求而必须加以整修时，应注意不宜大改大动，尽量不要改变原有沟道的水力条件，而要因势利导，畅通下泄。
(2)排洪沟应尽量利用自然地形坡度
排洪沟的走向,应沿大部分地面水流的垂直方向，因此应充分利用地形坡度，使截流的山洪水能以最短距离重力流入受纳水体.
（3)排洪沟采用明渠或暗渠应视具体条件确定 一般排洪沟最好次用明渠，但当排洪沟通过市区或厂区时,由于建筑密度较高、交通量大,应采用暗渠。
（4）排洪沟纵坡的确定
排洪沟的纵坡应根据地形、地质、护砌、原有排洪沟坡度以及冲淤情况等条件确定，一般不小于1％，设计纵坡时,要使沟内水流速度均匀增加，以防止沟内产生淤积.当纵坡很大时，应考虑设置跌水或陡槽，但不得设在转弯处.一次跌水高度通常为0。2～0。6m，有的多达20～30级，消能效果很好.陡槽页称急流槽，纵坡一般为20％～60%,多采用片石、块石或条石砌筑，也有采用钢筋混凝土浇筑的。陡槽终端应设消力设备。
（5）排洪沟的断面形式
排洪明渠的断面形式常用矩形或梯形断面，最小断面B×H=0。4m×0。4m排洪沟的材料及加固形式应根据沟内最大流速、当地地形及地质条件、当地材料供应情况确定.
（6）排洪沟的设计流速
为了防止山洪冲刷，应按流速的大小选用不同材质的沟底沟壁。明渠最小流速为0.4m/s,但水深为0.4~1.0m时，排水明渠的最大流速应按下表规定取值.
表3—1 明渠最大设计流速
明渠类别 粗砂或低塑性粉质粘土 粉质粘土 粘土 草皮护面 干砌块石 浆砌块石或浆砌砖 石灰岩和中砂岩 混凝土 最大设计流速（m/s) 0.8 1.0 1。2 1.6 2.0 3。0 4.0 4。0 （7)排洪沟的其他规定
明渠和盖板渠的底宽,不宜小于0.3m。无铺砌的明渠边坡，应根据不同的地质按表3-2的规定取值；用砖石或混凝土铺砌的明渠可采用1：0.75～1:1的边坡.
表3—2 明渠边坡值
地质 粉砂 松散的细砂、中砂和粗砂 密实的细砂、中砂、粗砂或粘质粉土 粉质粘土或粘土砾石或卵石 半岩性土 风化岩石 岩石 边坡 1：3~1:3。5 1：2～1：2.5 1:1.5～1：2 1：1。25~1：1。5 1:0.5～1：1 1：0.25～1：0.5 1：0。1~1：0.25
3。4 排洪沟设计计算
3。4。1 设计防洪标准
在进行防洪工程设计时,首先要确定洪峰设计流量，然后根据该流量拟定工程规模。为了准确、合理地拟定某项工程规模，需要根据该工程的性质、范围以及重要性等因素,选定某一频率作为计算洪峰流量的标准,称为防洪设计标准。实际工作中一般常用重现期衡量设计标准的高低，即重现期越大，则设计标准越高,工程规模也就越大;反之，设计标准低，工程规模小.
根据我国现有山洪防治标准及工程运行情况,山洪防治标准见表3-3。
表3—3 山洪防治标准
防洪标准 工程等别 二 三 四 防护对象 频率（%） 大型工业企业、重要中型企业 中小型工业企业 工业企业生活区 2～1 5～2 10~5 重现期(a) 50~100 20～50 10～20 本设计中主要防护对象为山坡下居民生活区,因此本设计重现期取25年，频率为4％。
3。4.2 设计洪峰流量的计算
排洪沟属于小汇水面积上的排水构筑物。一般情况下,小汇水面积没有实测的流量资料,所需的设计洪水往往用实测暴雨资料间接推求。并假定暴雨与其所形成的洪水流量同频率。同时考虑山区河沟流域面积一般只有几平方公里至几十平方公里，平时水小，甚至干枯;汛期水量急增，急流快。
目前我国设计洪峰流量的计算主要有三种方法：洪水调查法、推理公式法及经验公式法。本设计采用经验公式法计算洪峰流量。
常用的经验公式计算方法有：一般地区性经验公式、公路科学研究所经验公式、第二铁路设计院等值线法、第三铁路设计院计算方法。本设计采用公路科学研究所经验公式：
Q=K×Fn （3—1)
式中：Q——设计洪峰流量（m3/s）；
F--流域面积（km2）；
K——径流模数,按表3—1采用;
n-—面积参数，当F<1km2时，n=1；当1〈F<10km2，
按表3—2取值。
表3—1 径流模数K值
重现期（a） 2 5 10 15 25 地区 华北 8.1 13.0 16。5 18。0 19.5 东北 8。0 11.5 13。5 14。6 15。8 东南沿海 11。0 15。0 18。0 19。5 22.0 西南 9。0 12.0 14。0 14。5 16。0 华中 10。0 14。0 17。0 18。0 19。6 黄土高原 5。5 6。0 7。5 7.7 8.5 注:重现期50a时，可用25a的K值乘以1。20。
表3-2 面积参数n值
地区 n 华北 0.75 东北 0。85 东南沿海 0。75 西南 0.85 华中 0。75 黄土高原 0。80 注：当F<1km2时，n=1，其中、及西北
部分地区,以及省，南海诸岛，由于缺乏资料，K值及n值待补。
本工程位于开县,属于西南地区，且汇水面积小于1 km2，
重现期设计为25年，因此径流模数K=16，面积参数n=1。 中原小区A线排洪沟的汇水面积为50000m2,设计洪峰流量QA=K×Fn=16×50000×10−6=0.8m3/s
木桥小区B线排洪沟的汇水面积为45000m2，设计洪峰流量QB=K×Fn=16×45000×10−6=0.72m3/s
3。4.3 排洪沟水力计算
排洪沟水力计算基本公式： （1） 流量公式：
Q=A×V(3—2)
（2）管道流速计算:
1
2
31
2（3—3）
V=∙R∙I
n
式中：V——流速（m/s）；
R——水力半径(m）; i——水力坡度； n——粗糙系数.
将公式（3—3）代入(3—2)，得：
V=∙R∙I(3-4）
n1
2
3
12
Q=∙A∙R∙I（3—5）
n
1
2312
式中：A--过水断面面积（m2），其他参数意义同前. 公式中的过水断面A和湿周χ的求法为： 对于梯形断面:
A=Bℎ+𝑚ℎ2（3-6） χ=B+2ℎ√1+𝑚2(3—7)
式中：h—水深（m）；
B-底宽（m）;
m—沟侧边坡水平宽度与深度之比; n—沟壁粗糙系数. 矩形断面：
A=Bh（3—8) χ=B+2ℎ(3-9)
本设计排洪沟主要截留小区旁边山上的雨洪，并最终收集后排入市政排洪管道中。排洪沟依山上的地势而建，排洪沟表面与坡面相平，由于山体坡度较大，因此采用钢筋混凝土的结构，同时采用稳定性好的梯形截面。
A线排洪沟计算：
设定梯形明渠的底宽为1m，边坡1:m=1：0。5,有效水深H=0.7m,超高取0.3m，则达到设计水深时的过水断面面积和湿周分别为:
A=Bℎ+𝑚ℎ2=1×0.7+0.5×0.7×0.7=0.945m2（3—6） χ=B+2ℎ√1+𝑚2=1+2×0.7×√1+0.52=2.565m（3—7） 水力半径R=A/χ=0.945/2.565=0.368m
山坡上的雨洪沿线收集后汇入山脚段排洪沟，经沉砂池沉淀后排入市政主管，因此山脚段排洪沟的最大流量即为洪峰流量QA=0.8m3/s.该山坡的坡脚处地势最缓,则该段排洪沟的坡度最小，坡度为0。023，钢筋混凝土明渠的粗糙系数为0.014,则该段排洪沟的最大输送能力为:
Q=∙A∙R∙I=0.945×0.368×
n1
2
312231
0.02320.014
=4.9m3/s（3—5）
可以看出，采用该断面尺寸的排洪沟完全可以满足最大洪峰时的排水量需要,考虑长期运行会有大量泥沙沉积而使排洪沟有效断面变
小等因素，采用底宽为1m，边坡1：m=1：0。5,有效水深H=0。7m,超高0。3m的钢筋混凝土梯形明渠是合适的。
由于山脚段地势最缓，排洪沟的设计坡度最小，需要输送的洪水量最大，而其他段的设计坡度更大，需要输送的洪水量更小,因此在其他段采用该断面尺寸的排洪沟也是完全可以满足要求的。
因此，A线排洪沟的设计尺寸为：底宽1m，边坡1：0。5，有效水深0。7m,超高0。3m,采用钢筋混凝土结构。
B线排洪沟的洪峰流量QB=0.72m3/s，小于A线排洪沟的洪峰流量，而且B线排洪沟的坡度比A排洪沟的坡度更大,因此设计采用与A线排洪沟相同的尺寸和结构。
3.5沉砂池设计:
沉砂池主要用于去除相对密度2、65、粒径0.2mm以上的砂粒，在本工程中主要去除随山洪带来的泥砂，将其沉淀下来之后再排入市政管道，避免堵塞市政管道，同时对于山上的雨洪进行一定的缓冲,起到消能的作用.沉砂池的进水端与排洪沟连接，出水端采用DN1200钢筋混凝土管，并最终与原市政DN1200水泥涵管对接.沉砂池的形式，按池内水流方向的不同，可分为平流式、竖流式和旋流式三种;按池型可分为平流式沉砂池、竖流式沉砂池、曝气沉砂池和旋流式沉砂池。平流式沉砂池是常用的形式，水在池内沿水平方向流动，具有构造简单、截留无机颗粒效果较好的优点。
本设计拟采用平流式沉砂池.由于该沉砂池处理的是山上的雨洪,砂量较大,且随雨天间歇运行，因此只需要待砂斗装满，不定期排砂即可。本设计采用吸砂泵不定期进行排砂，吸砂泵不置于现场，需要时运至现场使用即可。
平流式沉砂池的设计规范为： 1、 最大流速为0.3m/s；
2、 最大流量时停留时间不小于30s，一般采用30～60s. A线沉砂池计算：
1、 长度：设计采用最大流速为0.2 m/s，最大流量时停留时间
为40s，则L=vt=0.2×40=8m
2、 断面尺寸：A=Q/v=0。8/0。2=4m2，设宽度为4m,则水深为
1m，砂斗的高度设为1m，考虑到管道连接及超高，设计沉砂池总高度为3m.
则A线沉砂池的净尺寸为长×宽×高= 8m×4m×3m，采用钢筋混凝土结构。
考虑到吸砂泵能更好的清除泥砂，在沉砂池的底部设砂斗，砂斗的高度为1m,下底尺寸为1m×1m,上口尺寸为4m×4m，倾角为43度。
B线排洪沟的洪峰流量为0。72m3/s，接近A线洪峰流量,因此采用相同尺寸和结构的沉砂池. 3。6 结构设计