防洪设计方案研究报告.docx
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防洪设计方案研究报告
1前言
1.1设计缘由
交口县县城污水处理工程工程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》GB50201-94
2）《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流域简况
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950～2100m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
-7.0
13.8
-23.1
4.5
8.1
55.7
2.6
16.7
0
二月
-4.5
19.8
-22.0
7.3
9.3
65.8
2.5
14.7
0
三月
0.9
22.4
-18.5
19.1
19.7
109.7
2.4
19.3
0
四月
8.6
30.6
-8.5
26.0
34.3
213.8
2.7
20.0
10
五月
14.1
32.6
-2.8
42.2
46.8
264.5
2.5
16.7
29
六月
18.0
33.2
3.0
75.4
58.3
237.5
2.0
18.0
58
七月
19.7
34.1
7.4
138.8
102.6
191.5
1.6
16.7
88
八月
18.1
30.8
5.4
134.4
124.2
156.7
1.5
17.0
97
九月
13.1
32.6
-1.5
64.9
58.3
128.1
1.5
13.0
98
十月
7.4
25.7
-10.2
40.6
50.0
115.7
1.9
18.0
92
十一月
0.7
20.8
-17.9
12.7
29.0
79.9
2.4
17.0
0
十二月
-4.6
14.8
-23.0
4.1
12.7
59.4
2.6
15.7
0
全年
7.0
34.1
-23.1
569.9
124.2
1678.2
2.2
20.0
98
2.3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。
3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Ⅳ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：
1.950M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22M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950M，其中厂区段300M，向上游延伸180M，向下游延伸470M，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4.75M，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18M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3M时，可通过的流量为256.52m3/s，能保证五十年一遇洪峰231m3/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
Q
I
v
H
B
m1
m2
n0
256.52
0.005
4.67
3
18
0.1
0.1
0.026
左糙率
面积
左湿周
右湿周
湿周
右糙率
水力半径
谢才系数
n2
A
x1
x2
x
n
R
C
0.024
54.9
3.01
3.01
24.03
0.03
2.28
43.72
3.导流坝堤顶高程计算
堤顶高程为设计水位加堤顶超高，堤顶超高计算公式如下：
Y=R+e+A
式中：
Y—堤顶超高（m）；
R—设计波浪爬高（m）；
e—设计风壅增水高度（m）；
A—安全加高（m）。
以上各项计算方法如下：
波浪要素确定：
式中
—平均波高（m）；
—平均波周期（s）；
V—计算风速（m/s）；
F—风区长度（m）；
d—水域的平均水深（m）；
g—重力加速度（9.81m/s）；
tmin—风浪达到稳定状态的最小风时（s）。
经计算得：
=0.162，
=1.75
风壅增水高度：
设计风壅增水高度按下式计算：
式中:
e—计算点的风壅水面高度（m）。
K—综合摩阻系数，可取K=3.6×10-6；
β—风向与垂直于堤轴线的法线的夹角（度）。
经计算得：
e=0.0025m。
波浪爬高Rp：
由于m≤1.25，所以波浪爬高按下式计算：
Rp=K△KvKpRoH
式中：
Ro—无风情况下，光滑不透水护面K△=1、H=1m时的爬高值（m），按（GB50286-98）表C.3.1-4，取Ro=1.34；
K△—斜坡的糙率及渗透系数，根据护面类型取0.8；
Kv—经验系数；
m—斜坡坡率，m=ctgα，取m=0.4；
Kp—爬高累积频率换算系数，可按（GB50286-98）表C.3.1-3确定，对不允许越浪的堤防，爬高累积频率宜取2%。
经计算得Rp=0.33m。
安全加高A：
按规范（GB50286—98）表2.1.1，1级堤防不允许越浪的堤防安全加高A=0.6m。
所以Y=R+e+A=0.955m。
取Y=1.0m。
由此可确定导流坝坝高为4M。
4.导流坝结构
综合以上分析计算，最终确定导流坝结构型式为：
坝顶宽度1.0M，坝底宽度为2.2M，迎水面设计边坡为1：
0.1，背水面设计边坡为1：
0.2，地面以上坝高为4M；基础埋深为2M，宽2.2M，坐落在砂卵石层上。
导流坝采用M7.5水泥砂浆浆砌石砌筑，M10水泥砂浆勾缝，每15M设一道伸缩缝，缝内用沥青油毡填充。
5.冲深计算
水流平行于河堤产生的冲刷按《堤防工程设计规范》式（D2.2-1）计算：
式中：
hB——局部冲刷深度（m），从水面算起；
hp——冲刷处的水深（m）；
Vcp——平均流速（m/s）；
V允——河床面上允许不冲流速（m/s），取1.5m/s；
n——与防护岸坡在平面上的形状有关，一般取n=1/4。
经计算，河堤最大冲深h=0.57m。
3.4.2导流口河槽拓宽工程
河道导流后，导流口段有山体凸出，影响河道行洪，为此需对凸出山体进行挖除整修，以使上下游水流平顺衔接。
经测算开挖方量为1.1万方，大部分为石方开挖。
3.4.3导流段河道清淤及右岸边山整修工程
为保证导流段河道过流顺畅，需对原河床进行清淤，平均清理厚度为1M，清淤量约为14960方。
此外还应对右岸边山表面松散体进行清除，清除厚度按1M考虑，清除方量约为4750方。
3.5厂区北侧沿公路3条支沟防洪工程设计
为保证北侧沿公路3条支沟来水不对污水处理厂厂区及周边村庄造成威胁，本次设计结合现场实际情况埋设满足过流要求的涵洞，垂直从厂区以下通向导流段主河道。
3座涵洞均为浆砌石城门洞型结构，其中1号涵洞长52M，2号涵洞长90M，3号涵洞长73M。
2号涵洞较大，洞底净宽2M，直墙高1.3M，上部拱圈为半圆形，内半径为1M，外半径为1.3M，基础厚度为0.8M，底宽6M；1号、3号涵洞断面型式相同，洞底净宽1.5M，直墙高1.1M，上部拱圈为半圆形，内半径为0.75M，外半径为1.05M，基础厚度为0.6M，底宽4.5M；其它详细尺寸见涵洞设计图。
涵洞基础均坐落于砂卵石层上，基础采用毛石砌筑，侧墙及拱圈采用块石砌筑，砌筑部分均采用M7.5水泥砂浆，勾缝采用M10水泥砂浆，每15M设一道伸缩缝，缝内用沥青油毡填充。
4施工组织设计
4.1施工条件
工程地处河川平地，施工场地平坦，河谷地带属新生界松散堆积物，主要为冲洪积物，之下为砂砾层，厚度在数M至数十M不等。
下村川河流属暖温带大陆性季风气候区，其基本特征是：
春季干旱多风，气温回升快，夏季炎热多雨，历时短；秋季天气凉爽，温差较大；冬季寒冷干燥，历时较长。
工程区紧临交口～孝义公路，交能便利，施工用水不大，可利用下村川河河水解决，工地配备一定容量的水箱，用潜水泵抽水到水箱来满足施工用水的要求。
施工用电由于电量不大，用电主要靠自备电源柴油发电机。
4.２施工导流
本工程为河道整治工程，工期安排在主汛期前完成，施工期的小洪水从现状河道内排走，在导流坝起始点上游30M处筑临时围堰，以防止施工期的小洪进入施工现场。
围堰用河道淤积土填筑，密实度不小于90%。
施工时先进行河道土方开挖，包括河道清障或河道开挖以及基坑开挖，后进行河坝砌筑,这样部分河床可作为料场堆放块石和砂子，以尽可能减少施工临时占地。
4.３施工方法
河道及基坑的土方开挖采用1.0m的反铲挖掘机，土方运输配备自卸汽车拉运，基坑排水采用4吋水泵。
河坝采用人工砌筑，砂浆和混凝土采用0.4m3的搅拌机拌和。
在进行河道和基坑机挖时，应当有一定厚度进行人工开挖，以确保设计河床底和基底保持原状，不被扰动。
基坑在排干渗水后，应把基底面夯实，方可进行砌石。
4.４施工场地布置
施工场地布置主要指料厂、施工库房、工棚、工具房及搅拌机、水箱、发电机等的布置。
地方材料场可以规划新开河道的左、右岸台地上。
在进行施工场地布置时，一是要方便施工，二要保障施工安全。
施工用料最好随用随进，按施工进度进料，以免造成二次搬运
5工程管理
5.1管理机构
本工程由交口县清环污水处理有限责任公司负责实施，工程完工后交由当地河道管理部门负责工程的正常安全运行、工程防汛、工程养护维修、开展绿化等综合经营工作。
5.2保护和管理范围
本工程的管理范围为河坝以及河道内的一切设施，保护范围为管理范围向外水平延伸20m。
5.3工程管理
工程管理的主要内容包括：
掌握雨情、水情，对工程进行合理调度运用；对工程进行检查观测；对工程进行养护修理，维护工程完整，确保工程安全；做好护坝工作；开展河道维修费用征收等综合经营工作。
河坝的管理应执行以下规定：
（1）严禁在河坝坝身和河道内种植农作物；
（2）严禁在坝身和规定保护范围内进行取土、建房、打井等危害坝身安全和完整的活动。
（3）严禁任何单位和个人破坝开口。
6环境影响评价
6.1环境影响分析
本工程完成后，可以使该段河道防洪标准达到50年一遇洪水，保护了污水处理厂、公路及周边村庄。
施工期应引起重视的环境问题主要有：
（1）施工人员生活垃圾和生活污水的处理；
（2）施工运输车辆产生的噪声、废水、废气的处理；
（3）土方开挖工程及车辆运输产生的粉尘和飘尘的处理；
（4）河道开挖土方和砂砾石的弃碴场。
弃碴必须按土方平衡中规划的运到弃碴场，以防止产生弃碴污染；
（5）施工队伍驻地对当地社会治安影响的防治。
因施工队伍主要来源是当地民工，只要加强管理，善待附近群众，对当地社会治安影响也不大。
本工程的实施，可给当地的商业、服务业、运输业将带来一定的商机，也为附近乡镇提供了一定数量的就业务工机会，属有利的环境影响。
6.2环境保护措施
本工程在施工期产生的环境影响对各施工段来说是短暂的，也是可以控制和防范的。
为了尽可能地控制和减少不利的环境影响，在整个施工期，各施工单位都必须严格地按照施工要求，文明施工，遵纪守法，采取切实可行的环保措施和监督办法。
采取的环境保护措施应包括以下几个方面：
（1）水质的保护措施；
（2）大气的保护措施；
（3）生态环境的保护措施；
（4）人群健康的保护措施。
6.3结论
综上所述，交口县下村川河腰庄村段防洪工程对环境的不利影响主要表现在施工期，这些不利影响不仅是短暂的，而且通过采用相应的环境保护措施，这些不利影响则可最大限度地减小或避免。
本工程完成后，河道防洪能力将大大提高，周边环境将会有大的改观，对社会和谐与安定起到保障作用，因此，从环境影响方面来看，本工程是必要和可行的。
7工程投资概算
7.1编制说明
7.1.1投资主要指标
本概算编制中材料价格按2010年第二季度价格水平，施工总工期安排1年，总用工9.03万工时。
工程概算总投资517.80万元。
7.1.2编制原则和依据
⑴水利部文件水总（2002）116号文“关于发布《水利建筑工程预算定额》、《水利建筑工程概算定额》、《水利工程施工机械台时费定额》及《水利工程设计概（估）算编制规定》的通知”。
⑵山西省水利厅文件晋水规计（2003）716号文“关于发布《山西省水利水电工程设计概（估）算编制规定》的通知”。
⑶（2002）《水利建筑工程概算定额》；（2002）《水利建筑工程预算定额》。
⑷（2005）《山西省建筑工程预算定额》。
。
⑸（2002）《水利工程施工机械台时费定额》。
⑹工程设计、施工组织设计及其它有关规定。
7.1.3编制办法
7.1.3.1基础单价编制
⑴人工工资预算单价：
按晋水规计（2003）716号文计列，本工程为河道工程，人工基本工资标准为：
工长360元/月，高级工325元/月，中级工260元/月，初级工180元/月，经计算人工工资为：
工长5.10元/工时，高级工4.74元/工时，中级工4.08元/工时，初级工2.18元/工时。
⑵施工用电、风、水单价：
根据施工组织设计，工程综合电价0.8元/kW·h，风价0.12元/m3，水价4.3元/m3。
⑶主要材料预算价格：
砂石料以市场实际调查价格为原价，加运杂费、运输保险费、采购及保管费作为材料预算价格，其它材料价格参考吕梁市二〇一〇年第二季度指导价格（详见主要材料预算价格汇总表）。
⑷施工机械台时费：
施工机械台时费执行[2002]《水利工程施工机械台时费定额》。
⑸混凝土及砂浆材料单价：
按定额附录中“混凝土、砂浆配合比及材料用量表”计算。
7.1.3.2费用计算标准及依据
⑴费用计算标准
依据《山西省水利水电工程设计概（估）算编制规定》计取，采用标准见表10-1。
费用计算标准汇总表
表7-1单位：
%
序号
名称
土方
工程
石方
工程
模板
工程
砼浇筑工程
钻孔灌浆工程
其他
工程
安装
工程
1
其他直接费
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
4.7
2
现场经费
4
6
6
6
7
5
45
3
间接费
4
6
6
4
7
5
50
4
企业利润
7
7
7
7
7
7
7
5
税金
3.22
3.22
3.22
3.22
3.22
3.22
3.22
⑵独立费用计算标准
按晋水规计（2003）716号文计算。
其中：
工程监理费按晋水财经[2007]287号文“转发国家发展改革委、建设部《建设工程监理与相关服务收费管理规定》的通知”计；
勘察费、设计费依据国家发展计划委员会、建设部计价格（2002）10号“关于发布《工程勘察设计收费管理规定》的通知”和山西省物价局、山西省建设厅文件晋价服字[2006]223号“转发《国家发展改革委、建设部关于印发〈水利、水电、电力建设工程前期工作工程勘察收费暂行规定〉的通知》的通知”以及山西省水利厅晋水规计（2002）589号“关于水利水电工程勘察设计收费标准有关问题的通知”计算。
7.1.3.3其他需要说明的问题
由于本工程砂、碎石的材料预算价格超过70元/m3，按《编规》规定，超过部分计取材差和税金，并列入相应单价表中。
7.2投资概算结果
工程概算总投资517.8万元，其中：
建筑工程424.47万元，施工临时工程13.84万元，独立费用49.12万元。
工程建设工期1年，总用工9.03万工时，折合工日1.35万工日。
具体情况详见表7-2~表7-11。
工程概算总表
表7-2
单位：
万元
序
工程或费用名称
建安
设备
独立费用
合计
号
工程费
购置费
Ⅰ
工程部分投资
第一部分建筑工程
424.47
424.47
第二部分机电设备及安装工程
第三部分金属结构设备及安装工程
第四部分施工临时工程
13.84
13.84
第五部分独立费用
49.12
49.12
一至五部分投资合计
438.31
49.12
487.43
基本预备费
24.37
静态总投资
511.80
Ⅱ
移民环境投资
水土保持工程
5.00
环境保护工程
1.00
Ⅲ
工程总投资合计
静态总投资
517.80
建设期贷款利息
总投资
517.80
建筑工程概算表
表7-3
单位：
元
编号
工程或费用名称
单位
数量
单价
合价
第一部分建筑工程
4244688
一
主体建筑工程
4202661
1
主河道防洪工程
3554672
导流坝基础挖方
m3
7376
10.39
76637
导流坝基础回填
m3
4918
9.09
44705
M7.5浆砌石导流坝
m3
10260
229.72
2356927
导流口拓宽河槽挖方
m3
11000
15.30
168300
沥青油毡填缝（二毡三油）
m2
694
68.14
47289
河道清淤
m3
20900
33.56
701404
右岸边山松散物清除
m3
4750
33.56
159410
2
支沟排洪涵洞工程（共3处）
647989
浆砌石拱圈（60块石）
m3
250
586.50
146625
浆砌石侧墙1（40块石）
m3
117
575.30
67310
浆砌石侧墙2（片石）
m3
742
229.72
170452
护拱片石
m3
225
229.72
51687
基础片石
m3
878
229.72
201694
沥青油毡填缝（二毡三油）
m2
150
68.14
10221
二
其他建筑工程
%
1
4202661
42027
施工临时工程概算表
表7-4
单位：
元
编号
工程或费用名称
单位
数量
单价
合价
第二部分施工临时工程
138397
一
交通工程
15000
施工便道
km
0.5
30000
15000
二
临时房屋建筑工程
80000
㈠
施工仓库、工棚
m2
100
200
20000
㈡
办公、生活及文化福利建筑
m2
200
300
60000
四
其他临时工程
43397
其他临时工程
%
1.0
4339688
43397
独立费用估算表
表7-5
单位：
元
编号
工程或费用名称
单位
数量
单价
合价
第三部分独立费用
491215
一
建设管理费
228229
㈠
工程建设管理费
102162
1
建设单位经常费
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