xxx排洪涵洞涉河建设方案与防洪评价-图文

重庆工商大学排洪涵洞涉河建设方案及防洪评价报告（送审稿）重庆宏源勘测设计有限公司二〇一一年一月十四日重庆工商大学排洪涵洞涉河建设方案及防洪评价报告批准：审查：校核：设计：设计单位：重庆宏源勘测设计有限公司证书等级：乙级证书编号：A150003218目录1概述...............................................................................................................11.1项目背景................................................................................................11.2评价依据................................................................................................11.3技术路线与工程内容............................................................................22基本情况.......................................................................................................42.1建设项目概况........................................................................................42.2河道基本情况........................................................................................72.3现有水利工程及其它设施情况.............................................................93河道演变.....................................................................................................103.1河道历史演变......................................................................................103.2河道近期演变......................................................................................104防洪评价计算..............................................................................................114.1水文分析计算......................................................................................114.2排洪涵洞过流能力计算......................................................................154.3涵洞进水口与支沟衔接段建议方案...................................................174.4河道行洪能力分析计算......................................................................194.5壅水分析计算......................................................................................225综合评价......................................................................................................255.1对现有防洪标准、技术要求和管理要求的评价...............................255.2对河道行洪的影响评价......................................................................255.3对河势的影响分析..............................................................................255.4对现有涉河工程、其他水利设施及第三方合法水事权益的影响分析...................................................................................................................265.5对水质及环境的影响评价..................................................................266结论与建议..................................................................................................276.1结论.....................................................................................................276.2建议.....................................................................................................27附图附图1工程地理位置图附图2工程区流域水系图附图3白鹤水文站年平均流量频率曲线附图4白鹤水文站年最大洪峰流量频率曲线附图5重庆工商大学排洪涵洞平面布置图附图6工程河段一维计算大断面布置图附图7断面CS1水位—流量关系曲线附图8-AP=0.5%时工程前、后回水纵断面图附图8-BP=1.0%时工程前、后回水纵断面图附图8-CP=2.0%时工程前、后回水纵断面图附图9-A工程建设前大断面图附图9-B工程建设后大断面图重庆工商大学排洪涵洞涉河建设方案与防洪评价报告1概述1.1项目背景重庆工商大学是一所以经济学、管理学、文学学科为主，经济学、管理学、文学、工学、法学、理学等多学科协调发展的、具有硕士学位授权学科点的多科性大学。重庆工商大学位于重庆市南岸区学府大道，座落在长江之滨，南山之麓，紧邻重庆国家级经济技术开发区，环境优美，是重庆市“园林式”单位和“文明单位”。重庆工商大学排洪涵洞工程位于校园北侧，工程起始于原长江橡胶厂厂房（桩号K0+000），终止于校园西侧校门（桩号K0+616.3），全长616.3m。工程主要收集始端小支沟的洪水及学生食堂的生活污水，然后汇入校园西侧校门的旧涵洞（涵洞长约10m，断面尺寸为1.5m×1.5m，坡度为20‰），最后汇入市政管道。排洪涵洞工程断面尺寸为2.0m×1.5m（宽×高），桩号K0+000～K0+120段涵洞底板坡度为20‰；桩号K0+120～K0+250段涵洞底板坡度为61.2‰；桩号K0+250～K0+300段涵洞底板坡度为8.0‰；桩号K0+300～K0+616.3段涵洞底板坡度为20‰。重庆工商大学排洪涵洞工程始端为一无名小支沟，支沟集雨面积为0.11km2，支沟长为0.61km，坡度为329.1‰。由于排洪涵洞工程的建设可能会对小支沟上游及涵洞两侧建筑的防洪产生影响。根据《中华人民共和国防洪法》的有关规定和要求，2010年12月，受重庆工商大学的委托，我公司对重庆工商大学排洪涵洞工程对小支沟及涵洞两侧的影响进行防洪评价，评估工程建设后对小支沟上游及涵洞两侧的建筑物产生的影响，并提出消除影响应采取的措施，为工程的顺利施工和小支沟两岸建筑的安全提供科学依据。1.2评价依据1.2.1国家有关法律、法规及有关规定（1）《中华人民共和国水法》（2002.10.1）；（2）《中华人民共和国防洪法》（1998.1.1）；（3）《中华人民共和国河道管理条例》（1988.6.3）；（4）水利部建管函[2003]35号关于征求《河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则（试行）》（征求意见稿）；（5）水利部、国家计委水政[1992]7号关于颁发《河道管理范围内建设项目管理的通知》（1992年4月3日）；1.2.2有关技术规范和技术标准（1）《防洪标准》（GB50201-94）（2）《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）（3）《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-2006）（4）《河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则》（2004.8）（5）《水文调查规范》（SL196-97）1.2.3主要参考资料及依据（1）《重庆工商大学排洪涵工程设计说明》（中铁二院工程集团有限责任公司）（2）《重庆市南岸区苦溪河防洪整治及生态修复工程（二期）初步设计报告》（重庆三峡水电建筑勘测设计研究院）1.3技术路线与工程内容1.3.1技术路线本次对重庆工商大学排洪涵洞工程进行防洪评价的目的在于分析排洪涵洞工程的建设对小支沟上游及涵洞两侧建筑防洪影响大小，提出建议措施，使工程满足支沟两岸建筑防洪安全、河势稳定的要求，针对本工程的特点，其技术路线为：（1）根据规范确定防洪标准，进行水文分析与计算，确定排洪涵洞口断面设计洪水。（2）分别针对排洪涵洞建设前、后两种情况，推算支沟水面线，评价排洪涵洞建设对支沟防洪的影响范围及影响大小，提出相应的解决措施。（3）对排洪涵洞始端的小支沟进行防洪能力分析，提出排洪涵洞建设后影响行洪能力的补救措施。1.3.2工作内容重庆工商大学排洪涵洞工程防洪评价的工作内容主要包括：水文分析计算、排洪涵洞过流能力计算、壅水分析计算，最终作出防洪影响综合评价。（1）水文分析计算水文分析计算主要工作内容：水文资料的收集、审查与分析、水文分析计算及成果合理性分析，提供不同频率的洪水成果。（2）排洪涵洞过流能力计算由水文分析计算推求的设计频率洪水洪峰流量复核涵洞的过流能力，通过计算，确定水流在涵洞中的流态。（2）壅水分析计算采用一维数学模型对工程后壅水高度进行分析计算，主要内容包括：模型的基本方程、计算方法、边界条件的确定，提供不同频率洪水的壅水高度。（3）综合评价通过以上分析对排洪涵洞工程防洪进行综合评价。2基本情况2.1建设项目概况2.1.1涉河建筑物的名称、地点和建设目的涉河建筑物的名称：重庆工商大学排洪涵洞工程建设地点：重庆工商大学排洪涵洞工程位于重庆工商大学校园北侧，工程起始于原长江橡胶厂厂房（桩号K0+000），终止于校园西侧校门外（桩号K0+616.3），全长616.3m。建设目的：由于工程始端的支沟位于校园内，遇到洪水期时，支沟的洪水肆意泛滥，不仅影响到学校的景观，而且给学校的排水系统带来很大负担。工程建设后，支沟的洪水通过排洪涵洞进入市政管网，排洪涵洞位于地面下，故不会影响地面交通及校园景观。2.1.2涉河建筑物的建设规模、特性及防洪标准重庆工商大学排洪涵洞工程全长616.3m。排洪涵洞工程断面尺寸为2.0m×1.5m（宽×高），桩号K0+000～K0+120段涵洞底板坡度为20‰；桩号K0+120～K0+250段涵洞底板坡度为61.2‰；桩号K0+250～K0+300段涵洞底板坡度为8.0‰；桩号K0+300～K0+616.3段涵洞底板坡度为20‰。洞盖板长度为2.4m，盖板中心与两端厚度差均为0.02m。涵洞边墙厚为0.6m，边墙顶与盖板同一横坡。涵洞基础为分离式基础，厚0.6m，基础间铺底厚0.4m。盖板与边墙间设0.01m厚油毛毡，并沿纵向等间距0.5m设置锚栓相互连接。根据《防洪标准》、《重庆市主城区城市防洪规划》（2006～2020）等有关规程规范，南岸区属于主城区，并且河道封盖工程防洪标准提高1～2档执行。故重庆工商大学排洪涵洞工程防洪标准为200年一遇。2.1.3涉河建筑物的设计方案2.1.3.1工程选址重庆工商大学排洪涵洞工程位于重庆工商大学校园北侧，其场区旧址为原长江橡胶厂厂房，涵洞入口处位于小支沟末端，出口接入学校西门处的旧涵洞，最后接入市政管道。该场区为构造剥蚀丘陵地貌，由于人为开挖回填，大部分场地已被平整。整个场区地质条件简单，无大的断层构造发育，无滑坡、泥石流等不良地质现象，适宜本工程建设。2.1.3.2工程设计方案根据《重庆工商大学排洪涵工程设计说明》（中铁二院工程集团有限责任公司），工程设计方案如下：（1）涵洞平面、纵断面设计涵洞平面、纵断面的设计原则为“基底不填少挖、盖板顶填土不小于3m”。遵循此原则，涵洞进口标高定为293.83m，出口标高定为276.67m，涵洞全长616.3m。桩号K0+000～K0+120段涵洞底板坡度为20‰；桩号K0+120～K0+250段涵洞底板坡度为61.2‰；桩号K0+250～K0+300段涵洞底板坡度为8.0‰；桩号K0+300～K0+616.3段涵洞底板坡度为20‰。桩号K0+418.2～K0+485.7靠近新建学生宿舍车库段，排洪涵洞墙身及顶板作防水处理，基底刷氯丁乳胶两遍，后铺0.004m厚SBS防水卷材（带砂），盖板顶作0.05m厚C20细石砼保护层，墙身侧面作0.120m厚M5.0砖保护层。（2）洞身结构设计涵洞设计为钢筋混凝土盖板涵，边墙为直墙，整个涵身断面由盖板、边墙、基础及涵底铺砌构成，盖板两端支承在边墙身上端。涵洞盖板长度为2.4m，盖板中心与两端厚度差均为0.02m。涵洞边墙厚为0.6m，边墙顶与盖板同一横坡；基础为分离式基础，厚0.6m，基础间铺底厚0.4m。盖板与边墙间设0.01m厚油毛毡，并沿纵向等间距0.5m设置锚栓相互连接。沉降缝填采用热沥青浸制麻筋填塞密实。在涵洞顶及边墙外侧设置防水层，涵顶防水层采用涂一层热沥青后铺一层油毛毡再涂一层热沥青，涵顶外侧边墙涂一层热沥青。（3）检查井和跌水井设计工程设置9座检查井，检查井内空尺寸为1.2×1.7m，壁厚0.3m。检查井基础厚均为0.6m。在检查井井盖上设置有一0.8×0.8m活动盖板，井筒内设置有钢纤维混凝土爬梯。检查井与主排洪涵间采用一1.0×0.9m（宽×高）箱涵连接，箱涵壁厚0.3m，长度按1.2m设计。2.1.4涉河建筑物的施工方案2.1.4.1施工期本工程施工期为2010年4月～2010年10月。2.1.4.2施工条件（1）工程水文、气象条件工程区属亚热带湿润季风气候区，具有典型的盆地气候，气候特征为：四季分明，春季回温较早，初夏雨量丰沛，盛夏炎热，秋多绵雨，冬无严寒，无霜期长，云雾较多。根据巴南气象站气象资料统计，多年平均降水量为1112mm，多年平均气温为18.4℃，极端最高气温为42.2℃，极端最低气温为-1.5℃，多年平均蒸发量1011.1mm；多年平均相对湿度为80%；多年平均风速为1.0m/s，多年平均10min最大风速为15m/s，极端最大风速为27m/s，相应风向为SW；平均无霜期为350d；平均雾日69.3d，多出现在冬季；多年平均日照时数为1225h。（2）工程地形地质条件工程区为构造剥蚀丘陵地貌，其地形为地势较高的浅丘斜坡、沟谷，其原有地形地貌大部分地段已经改变。地质构造位于南温泉背斜西翼，为单斜岩层产出，岩层产状为：倾向287°，倾角73°。根据地表地质调查及钻探深度揭示，场区内发育两组构造裂隙，LX1裂隙：倾向218°，倾角66°；LX2裂隙：倾向150°，倾角42°。（3）工程区交通现状工程区位于重庆工商大学校园内，交通很便利，工程施工条件较好。2.1.4.3施工导流重庆工商大学排洪涵洞工程施工期为2010年4月～2010年10月，施工期在支沟汛期内，支沟洪水采用临时渠道导流。2.1.4.4主体工程施工根据《重庆工商大学排洪涵工程设计说明》（中铁二院工程集团有限责任公司），主体工程施工方案如下：（1）施工前先用设计文件提供的平面对涵轴进行实地放线，复测涵轴线纵断面和涵洞横断面，用设计文件提供的涵洞纵坡和涵洞横断面检查涵洞平面位置是否满足“不填少挖”的布置原则，若有掉坎或深挖的地段，可根据实际情况酌情对涵洞平面位置进行调整，但应满足涵轴线平面线型顺畅。（2）当涵底位于风化的岩层上及地质条件变化、基础处置变化的地方应4~6m设置一道沉降缝。（3）涵洞、检查井及跌水井基底承载力均要求不小于0.30MPa，若地基承载力不足，可采用M7.5砂浆砌片石换填。2.2河道基本情况2.2.1河道概括排洪涵洞始端的支沟发源于南山铜锣石，经过土庙子、张家湾和千金堡，最后汇入长江。由于原始地貌的改变，小支沟的下游已不存在。现存的支沟长约0.61km，坡降为329.1‰。支沟上游河段植被覆盖率较高，乔木和灌木生长茂盛。2.2.2气象特征工程区属亚热带湿润季风气候区，具有典型的盆地气候，气候特征为：四季分明，春季回温较早，初夏雨量丰沛，盛夏炎热，秋多绵雨，冬无严寒，无霜期长，云雾较多。根据沙坪坝气象站气象资料统计，多年平均降水量为1112mm，多年平均气温为18.4℃，极端最高气温为42.2℃，极端最低气温为-1.5℃，多年平均蒸发量1011.1mm；多年平均相对湿度为80%；多年平均风速为1.0m/s，多年平均10min最大风速为15m/s，极端最大风速为27m/s，相应风向为SW；平均无霜期为350d；平均雾日69.3d，多出现在冬季；多年平均日照时数为1225h。2.2.3工程地质2.2.3.1地形与岩性工程区为构造剥蚀丘陵地貌，其地形为地势较高的浅丘斜坡、沟谷。其场区旧址为长江橡胶厂厂房，其原有地形地貌大部分地段已经改变。工程区出露的地层主要有：第四系全新统人工填筑土层（Q4ml）、第四系全新统残坡积层低液限粘土（Q4el+dl）、侏罗系中统沙溪庙组砂、泥岩层（J2S）。人工素填土层为杂色，主要由低液限粘土和破碎的砂泥岩碎块组成，碎块粒径约20～350mm，含量约占全重的15%，结构中密，呈稍湿状。随意性堆填，堆填时间约5年以上。该层在勘察区大部分地带有分布，厚度普遍在0.40m～3.40m之间变化。2.2.3.2地质构造工程区地质构造位于南温泉背斜西翼，为单斜岩层产出，岩层产状为：倾向287°，倾角73°。根据地表地质调查及钻探深度揭示，场区内发育两组构造裂隙，LX1裂隙：倾向218°，倾角66°；LX2裂隙：倾向150°，倾角42°。2.2.3.3水文地质条件（1）地下水类型工程区地下水按赋存条件可分松散层中孔隙水和基岩裂隙水两类。①松散层孔隙水赋存于河谷岸坡粉质粘土层中，含水层分布面积小，厚度薄，受大气降水补给，水量受季节影响，变化大，排泄于河谷，旱季断流。②基岩裂隙水赋存于基岩构造裂隙与风化裂隙中，厚层砂岩富水性好，常在砂泥岩接触面以井、泉形式溢出地表，受大气降水，河水补给，排泄于河谷，水量受季节影响，枯水期流量一般小于10L/min。（2）地下水化学特征在工程区河段沿线共取5组水样作水质分析，其结果表明水质类型：河水为HCO3－SO4－Ca型水，地下水为HCO3－SO4－C1－Ca型水，对砼均无腐蚀性。（3）岩土透水性工程区土层属极微透水性，岩体透水性较弱，隔水性较好。2.3现有水利工程及其它设施情况工程支沟内没有其他水利工程。3河道演变3.1河道历史演变工程区位于重庆市南岸区，河道无历史观测资料，但现场踏勘可见河道两岸地质结构简单，植被良好，无汊道发育，河道河势发生变化可能性较小，从附件的居民及水利部门调查了解，该河段原天然河道多年稳定无变化。3.2河道近期演变由于大规模开发，支沟下游地形地貌已完全改变，原河道已不复存在，但支沟上游河道受人为影响相对较小，仅有一条公路通过。两岸坡度均较陡，河道岸壁由岩石构成，多年来走向基本稳定。因此，河道历史、近代演变过程中河床、河岸及走向基本上与现有河道走向一致，认为该河道演变是极其缓慢的，演变趋势基本趋于稳定。4防洪评价计算4.1水文分析计算4.1.1水文基本资料及复核4.1.1.1水文站分布及参证站选择工程所在的流域集雨面积较小，仅0.11km2，工程所在流域没有水文站，无实测水文资料。工程邻近流域设有白鹤水文站、巴南气象站。（1）白鹤水文站白鹤水文站位于巴南区姜家镇永红村，在长江支流木洞河（又名五布河）上，其地理位置为东经106°51′、北纬29°22′，距河口距离32.2km，集水面积为283km2。该站1958年4月由四川省水利电力厅设立，1976年基本水尺断面上迁932m，改名为白鹤（二）站，1977年又上迁80m，改名为白鹤（三）站，两站水位资料对比观测一年，2003年迁至下游东泉水文站。该站具有降水、水位、流量观测项目，设站初期曾有水温、蒸发、泥沙项目。白鹤水文站基本水位为日记型水位自记，基本水尺断面与测流断面重合，基本水尺断面以下116m处有一条石坝，为本站中低水控制，高水时石坝控制消失，成天然河道。中高水时在基本水尺断面用水文缆道测流，较大洪水时采用浮标测流，浮标系数为0.85；低水时在基本水尺断面以下140m、152m处人工矩形测流槽内测流；基本水尺断面河底由泥沙组成，由冲淤变化。白鹤水文站以上河长51.55km，河道平均坡降6.55‰，属深丘、低山区，植被较好，有多处小型水利设施。该站1962～2000年多年平均降水量为1120mm；多年平均流量为4.58m3/s；多年平均径流深为510mm，最大年径流深为866.7mm（1968年），最小年径流深为290.8mm（1981年），最大年径流系数为0.65，最小年径流系数为0.30。（2）巴南气象站巴南气象站位于巴南区鱼洞镇，其地理位置为东经106°31′、北纬29°23′，该站测站高程为206.7m。该站1959～2000年多年平均年降水量为1084mm。4.1.1.2基本资料复核（1）可靠性白鹤水文站、巴南气象站均采用自记结合人工观测方法，汛期进行四段制、八段制观测，枯季采用二段制观测。降水观测均按规范要求进行，资料整编的精度也较高，降水资料可靠。（2）一致性白鹤水文站和巴南气象站所处流域内气候条件及下垫面条件基本稳定，气象站的实测资料是在一致条件下产生的，因此，资料系列具有一致性。4.1.2洪水及复核4.1.2.1暴雨洪水特性（1）暴雨特性根据白鹤水文站实测降水资料统计，4～10月均可能出现暴雨，而特大暴雨在7～9月出现的机会较多，7～8月常发生局部性雷雨，历时较短，强度较大。根据巴南气象站短历时暴雨实测资料统计，实测最大24h降水量271mm（2007年），实测最大6h降水量219mm（2007年），实测最大1h降水量78.9mm（1983年）。实测最大1/6h降水量32.3mm（1994年）。（2）洪水特性工程区洪水由暴雨产生，雨、热同季，雨、洪同步。由于流域面积很小，河谷深切，河道两岸岸坡较陡，洪水涨落迅速，经常产生暴雨洪灾。4.1.2.2设计暴雨计算因本流域无实测暴雨资料，本次防洪评价将白鹤水文站1958～2003年实测短历时暴雨系列延长为1958～2007年；将巴南气象站1980～2003年实测短历时暴雨系列巴南气象站延长为1964～2007年，将各站实测短历时暴雨系列进行频率计算，用P-Ⅲ型频率曲线适线，用适线法确定统计参数（其中均值用矩法计算）。暴雨参数分析计算成果见表4-1。表4-1暴雨参数分析成果表单位：mm最大1/6小时最大1小时最大6小时最大24小时站名均值Cv均值Cv均值Cv均值Cv白鹤水文站16.00.3443.90.4572.40.4496.40.39巴南气象站16.40.2841.40.3868.90.4689.30.40暴雨图集170.35430.39640.45900.454.1.2.3历史洪水及其重现期为确保设计洪水成果具有较好的稳定性，本阶段白鹤水文站设计洪水的计算采用了《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》中白鹤水文站历史洪水调查成果：1896年8月9日调查洪峰流量为1170m3/s，1926年7月2日调查洪峰流量为720m3/s。白鹤水文站1959～2002年实测最大洪峰流量为844m3/s（1995年），次大洪峰流量为663m3/s（1986年）。据分析，白鹤水文站1896年洪水重现期约100年；1995年作特大值处理，洪水重现期约50年；1926年洪水重现期约30年。4.1.2.4洪水标准根据《防洪标准》及《重庆市主城区城市防洪规划》（2006～2020）内容：“为确保重庆山水城市的特点和河道行洪的安全，主城区内河流水系不允许封盖。确需改变水系或封盖流域面积小于2.0km2的小溪，须在充分论证后，确保不影响行洪和行漂的情况下，经水行政主管部门批准后，方可施工建设。河道封盖工程防洪标准应提高1—2档执行。”由于重庆工商大学属于主城区范围，并且排洪涵洞是封盖工程，故重庆工商大学排洪涵洞工程防洪标准定为200年一遇。4.1.2.5设计洪水由于设计流域无实测水文资料，因此，工程设计洪水主要分别采用白鹤水文站、巴南气象站实测短历时暴雨资料和2006年出版的《中国暴雨统计参数图集》中的短历时暴雨参数，分别采用《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》中推理公式法及水文比拟法来推算设计洪水。通过在1/10000地形图上量取，支沟集雨面积为0.11km2，河道长度为0.61km，河道平均比降为329.1‰。支沟河道特征值见表4-2。表4-2支沟河道特征值名称集雨面积（km2）河长(km河道平均比降(‰支沟0.110.61329.1本次设计洪水通过由设计暴雨推算。（1）推理公式法①计算参数的确定产流参数：采用《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》综合分区成果（盆地丘陵区），u=4.8F-0.19，Cv=0.18，Cs=3.5Cv。汇流参数：采用《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》综合分区成果计算（盆地丘陵区）。m=0.40θ0.204（θ=1～30），m=0.092θ0.636（θ=30～300）。②设计洪峰流量计算设计流域洪峰流量采用推理公式计算，计算成果见表4-3。表4-3工程河段设计洪峰流量成果表（推理公式法）设计洪峰流量（m3/s）断面名称参证站P=0.5%P=1%P=2%P=5%P=10%白鹤水文站4.724.263.793.162.66巴南气象站3.963.623.272.792.42排洪涵洞口《手册》4.614.173.723.112.64（2）水文比拟法白鹤水文站设计洪水采用白鹤水文站1959～2002年实测年最大洪峰流量，加入白鹤水文站1896年8月9日调查洪峰流量1170m3/s和1926年7月2日调查洪峰流量720m3/s，并将1995年实测最大洪峰流量844m3/s作特大值处理，采用P-Ⅲ型适线进行频率计算。将白鹤水文站设计洪水成果按面积比的0.67次方推算至工程断面。表4-4工程河段设计洪峰流量成果表（水文比拟法）设计洪峰流量（m3/s）名称P=0.5%P=1%P=2%P=5%P=10%白鹤水文站12901130970761604排洪涵洞口6.695.865.033.953.13从表4-3、表4-4中可以看出，采用水文比拟法计算结果比推理公式法计算结果大，但由于排洪涵洞口集雨面积与白鹤水文站集雨面积相差很大，采用水文比拟法计算结果误差较大，故本次设计洪水采用推理公式法计算。按照偏于工程安全角度考虑的原则，本次设计洪峰流量采用由白鹤水文站短历时暴雨参数按推理公式法推算的设计洪水成果。按照城市下垫面汇流条件，设计洪峰流量提高20%。故工程河段设计洪水计算成果见表4-5。表4-5工程河段设计洪峰流量成果表设计洪峰流量（m3/s）名称P=0.5%P=1%P=2%P=5%P=10%排洪涵洞口5.665.114.553.793.194.2排洪涵洞过流能力计算4.2.1新建涵洞过流能力计算根据《重庆工商大学排洪涵洞工程设计说明》，涵洞洞身尺寸如图4-1所示。图4-1涵洞洞身横断面图涵洞洞身断面尺寸为2.0×1.5（宽×高）m，顶板厚0.39m，两侧的边墙厚为60cm，边墙顶与盖板同一横坡；基础为分离式基础，厚60cm，基础间铺底厚40cm。盖板与边墙间设1cm厚油毛毡，并沿纵向等间距50cm设置锚栓相互连接。根据《水力学》临界底坡计算公式kkkkkBRaCgAi2=，其中Ak、Ck、Rk、Bk分别为涵洞中水深为临界水深时所对应的过水面积、谢才系数、水力半径和水面宽度。经计算，当河道遭遇200年一遇的洪水时，洪峰流量为5.66m3/s，涵洞临界底坡ik=7.92‰。根据《重庆工商大学排洪涵洞工程设计说明》，桩号K0+000～K0+120段涵洞底板坡度为20‰；桩号K0+120～K0+250段涵洞底板坡度为61.2‰；桩号K0+250～K0+300段涵洞底板坡度为8.0‰；桩号K0+300～K0+616.3段涵洞底板坡度为20‰。因为i1=20‰＞ik=7.92‰，i2=61.2‰＞ik=7.92‰，i3=8.0‰＞ik=7.92‰，i4=20‰＞ik=7.92‰。故重庆工商大学排洪涵洞为陡坡。根据《涵洞》（第二版），涵洞为陡坡时，根据宽顶堰过流公式进行过流能力计算。假设涵洞内水流为无压流，涵洞前最大水深aKHi•==1.25×1.5=1.875m。根据宽顶堰过流公式2/302HgmbQkσ=计算得，H0=1.48m。因为H0=1.48m＜1.875m，涵前水深满足无压流态要求，又因为aH0=0.99＜1.2，故涵洞内水流流态为无压流。所以，重庆工商大学新建涵洞能够顺利通过洪峰流量为5.66m3/s（P=0.5%时对应的流量）的洪水。4.2.2旧涵洞过流能力计算由于新建涵洞末端要接入校园西门处旧涵洞，涵洞长约10m，断面尺寸为1.5m×1.5m，坡度为20‰。根据《水力学》临界底坡计算公式kkkkkBRaCgAi2=，其中Ak、Ck、Rk、Bk分别为涵洞中水深为临界水深时所对应的过水面积、谢才系数、水力半径和水面宽度。经计算，当河道遭遇200年一遇的洪水时，洪峰流量为5.66m3/s，涵洞临界底坡ik=12.93‰。由于旧涵洞底坡i=20‰＞ik=12.93‰，故重庆工商大学西门处旧涵洞为陡坡。按短洞进行过水能力计算，假设涵洞内水流为无压流，涵洞前最大水深aKHi•==1.25×1.5=1.875m。根据宽顶堰过流公式2/30HgmbQkσ=计算得，H0=1.794m。因为H0=1.794m＜1.875m，涵前水深满足无压流态要求，又因为aH0=1.19＜1.2，故涵洞内水流流态为无压流。所以，重庆工商大学西门处旧涵洞能够顺利通过洪峰流量为5.66m3/s（P=0.5%时对应的流量）的洪水。4.3涵洞进水口与支沟衔接段建议方案涵洞进水口与支沟天然河道的位置关系如图4-2所示，涵洞进水口与支沟河道并没有衔接起来。经实地踏勘，涵洞入口至顶端围墙的距离约为3m，涵洞入口处高于地面3m，支沟内的水流无法进入涵洞，聚集于沉沙井临支沟一侧，如图4-3所示。图4-2涵洞进水口与支沟的位置关系图图4-3支沟水流排放现状图经施工单位证实，涵洞进水口与支沟的衔接处也没有相应的设计方案，并且进水口尺寸较小，不利于泄洪。为了让排洪涵洞顺利泄洪，对涵洞进水口与支沟的衔接处提出如下建议方案。涵洞进水口与支沟的衔接处断面示意图如图4-4所示。图4-4涵洞进水口与支沟的衔接处断面示意图建议在涵洞原沉砂井与支沟末端之间新建一个沉砂池，可以增加对洪水水流的消能和沉砂作用。新建沉砂池尺寸及结构必须能够满足行洪要求。在原沉砂井壁上凿一个尺寸合适的缺口作为新的进水口，使洪水能够顺利进入原沉砂井，不至于产生壅水。4.4河道行洪能力分析计算河道行洪能力分析计算的主要内容是工程建设前后的河道水位、过水面积、流速等水力要素的变化，评价工程建设对河道行洪的影响和作用。4.4.1计算方法及条件（1）数学模型的建立研究方法：以一维水流数学模型演算为主，结合理论和实测资料分析等手段进行综合评价。研究内容：计算出工程河段工程前、后在频率P=0.5%、P=1.0%、P=2.0%洪水下占据的过水面积及其引起最大壅水高度、流速变化等，并通过计算结果分析工程实施后对河道行洪的影响。（2）一维恒定非均匀流的基本方案河流中实际的水流是非恒定非均匀流。在实际的计算中把一年的流量划分成若干时段，在该时段内，可把水流视为恒定非均匀流。恒定非均匀流的基本方程：jfhhgVaZgVaZ+++=+2221112222式中：Z1、Z2为计算段上、下游断面水位；V1、V2为计算段上、下游断面平均流速，a1、a2为计算段上、下游断面的动能修正系数；hr为沿程水头损失；hj为局部水头损失。在流量、控制断面水位和河段糙率确定后，即可由该式算出河道断面的水力要素。（3）主要参数的确定根据一维水面线的计算公式，其关键在于沿程水头损失和局部水头损失的确定。①动能修正系数aa是以总流的断面平均流速V代替过水断面上各点的点流速V1来计算断面的平均单位动能，为校正误差而引入的修正系数，理论上可按下式计算：AVdAVaiA33∫=式中：Vi为断面单元流速（m/s）；V为断面平均流速（m/s）；A为过水面积。a是个大于1.0的数值，其值取决于断面上流速分布不均匀的程度，流速分布越不均匀，a值越大。本次计算工程中，取a=1.05。②沿程水头损失水流在流动过程中，由于克服河床的阻滞作用，边壁的低流速对高流速层产生的阻力而消耗的能量，就是沿程阻力损失hf，主要决定于均匀流的坡降，可表示为：23/42222ARLQnLKQLJhf===式中：L为计算段上下游断面间距（m），K为流量模数，RCAK=，一般采用2221111KKK+=，K1、K2是上下两断面的流量模数；C为谢才系数，yRnC1=，n是糙率，y可取1/4～1/6。③局部水头损失局部水头损失即为河道的河床断面沿程不均匀引起的水头损失。局部阻力系数与河槽形态、收缩或放宽的比例以及水流情况有关，特别是在跨河桥梁河段特别明显，局部水头损失hf可按下式计算：22(2221gVgVhj−=ξ式中：ξ为局部阻力系数。对于逐渐扩散段，取ξ=-0.3～-0.5；对于急剧扩散段取ξ=-0.5～-1.0；对于收缩段ξ=0。4.4.2基本资料（1）断面资料为开展本工程防洪评价工作，采用1/500河道地形图，在工程区内共剖取5个断面，比降经1/10000地形图量算得i=329.1‰。工程河段河势及大断面位置示意图见附图。（2）河床糙率确定根据实地踏勘，结合《水利工程实用水文水利计算》中天然河道糙率表，本河道糙率取值为0.04。4.4.3控制断面水位流量关系曲线由于支沟河道下游已不存在，故本次洪水计算的起始控制断面就选在支沟河道末端（断面CS1）。由于支沟流域无实测水位流量资料，工程河段较顺直且河道组成条件较一致。因此，可以利用曼宁公式计算建立涵洞口处水位流量关系。排洪涵洞口水位流量关系如表4-8。表4-8排洪涵洞口处水位流量关系表H（m）305.00305.26305.76306.26306.76Q（m3/s）00.366.6725.8660.844.4.4洪水水面线计算为了分析工程建设前后河道行洪能力的变化情况，需进行天然情况下和排洪涵洞建成以后的设计洪水水面线推算。本次防洪评价在各控制断面上选用频率P=0.5%、1.0%、2.0%时进行分析计算。排洪涵洞口处起算水位采用曼宁公式推求，其余各控制断面洪水水位根据恒定非均匀流的基本方程计算得出。本次防护评价高程系统采用1956年黄海高程系。重庆工商大学排洪涵洞口处不同频率洪水洪峰流量及起算水位见表4-9。表4-9重庆工商大学排洪涵洞口处不同频率洪水洪峰流量及水位频率（P）P=0.5%P=1.0%P=2.0%洪峰流量（m3/s）5.665.114.55相应水位（m）305.68305.64305.59工程前支沟河道各控制断面水面线推算成果如表4-10所示。表4-10支沟河道各断面不同频率水位成果表单位：m断面里程P=0.5%Q=5.66m3/sP=1.0%Q=5.11m3/sP=2.0%Q=4.55m3/sCS10+000305.68305.64305.59CS20+013311.11311.08311.04CS30+032315.49315.46315.43CS40+049321.48321.46321.44CS50+064327.78327.76327.744.5壅水分析计算4.5.1河道壅水计算根据前述有关参数及计算方法，采用一维水流数学模型计算排洪涵洞建设前、后各断面遭遇频率P=0.5%、P=1.0%、P=2.0%时断面水力要素变化情况见表4.11～4.13。表4-11支沟河道各断面不同频率水位成果表单位：mP=0.5%Q=5.66m3/sP=1.0%Q=5.11m3/sP=2.0%Q=4.55m3/s断面里程建涵洞前建涵洞后建涵洞前建涵洞后建涵洞前建涵洞后CS10+000305.68305.29305.64305.28305.59305.27CS20+013311.11311.11311.06311.06311.02311.02CS30+032315.49315.49315.46315.46315.43315.43CS40+049321.48321.48321.45321.45321.42321.42CS50+064327.78327.78327.76327.76327.74327.74表4-12支沟河道各断面不同频率洪水平均流速成果表单位：m/sP=0.5%Q=5.66m/sP=1.0%Q=5.11m/sP=2.0%Q=4.55m/s断面里程建涵洞前建涵洞后建涵洞前建涵洞后建涵洞前建涵洞后CS10+0007.207.087.306.647.716.15CS20+0134.234.234.484.484.644.64CS30+0326.056.056.166.166.236.23CS40+0494.354.354.564.564.644.64CS50+0645.595.595.815.816.076.07表4-13支沟河道各断面不同频率洪水过水面积成果表单位：m2P=0.5%Q=5.66m3/sP=1.0%Q=5.11m3/sP=2.0%Q=4.55m3/s断面里程建涵洞前建涵洞后建涵洞前建涵洞后建涵洞前建涵洞后CS10+0000.790.800.700.770.590.74CS20+0131.341.341.141.140.980.98CS30+0320.940.940.830.830.730.73CS40+0491.301.301.121.120.980.98CS50+0641.011.010.880.880.750.754.5.2河道壅水影响分析从表4.11～4.13中可以看出：当工程河段遭遇200年一遇（P=0.5%）频率洪水时：天然情况下（工程建设前）河道各断面（CS1～CS5）洪水水位依次为：305.68、311.11、315.49、321.48、327.78m；排洪涵洞建设后，河道各断面（CS1～CS5）洪水水位依次为：305.29、311.11、315.49、321.48、327.78m。除断面CS1外，其余各断面工程前后洪水水位都无变化。排洪涵洞建设前，河道各断面平均流速依次为：7.20、4.23、6.05、4.35、5.59m/s；排洪涵洞建设后，河道各断面平均流速依次为：7.08、4.23、6.05、4.35、5.59m/s。除断面CS1外，其余各断面平均流速都无变化。排洪涵洞建设前，河道各断面过流面积依次为：0.79、1.34、0.94、1.30、1.01m2；排洪涵洞建设后，河道各断面过流面积依次为：0.80、1.34、0.94、1.30、1.01m2。除断面CS1外，其余各断面过流面积都无变化。当工程河段遭遇100年一遇（P=1.0%）频率洪水时：排洪涵洞建设前，河道各断面洪水水位依次为：305.64、311.06、315.46、321.45、327.76m；排洪涵洞建设后，河道各断面洪水水位依次为：305.28、311.06、315.46、321.45、327.76m。除断面CS1外，其余各断面工程前后洪水水位都无变化。排洪涵洞建设前，河道各断面平均流速依次为：7.30、4.48、6.16、4.56、5.81m/s；排洪涵洞建设后，河道各断面平均流速依次为：6.64、4.48、6.16、4.56、5.81m/s。除断面CS1外，其余各断面平均流速都无变化。排洪涵洞建设前，河道各断面过流面积依次为：0.70、1.14、0.83、1.12、0.88m2；排洪涵洞建设后，河道各断面过流面积依次为：0.77、1.14、0.83、1.12、0.88m2。除断面CS1外，其余各断面过流面积都无变化。当工程河段遭遇50年一遇（P=2.0%）频率洪水时：排洪涵洞建设前，河道各断面洪水水位依次为：305.59、311.02、315.43、321.42、32