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庆城县北区张家沟排水（洪）工程 设计计算书 一、基本概况 1 地理概况 庆城县北区开发项目张沟排洪渠（第15号区块）位于开发区北部，该区属黄土高原沟壑区，属马莲河流域的二级支流，流域总面积6.25km2, 沟道长1.50km。该流域地形破碎、山坡较陡、局部有洞穴、高差起伏大，植被较差，水土流失严重，沟道下切较深，由于本区域的特殊地理位置，加之植被覆盖率差，治理程度低，致使山洪灾害频繁，且易成灾。每遇暴雨，洪水挟带泥沙、杂物等流入下游。 2 气象 本流域属温带大陆性季风气候，根据庆城县1960-2000年四十年气象资料分析，本流域多年平均降水量为537.5mm，年最大降水量852.8mm（1964年），年最小降水量336.7mm（1986年）；最大日降水量190.2mm，最大时降水量42mm，降水时空分布极为不均，七、八、九三月降水量占全年降水量的66.7%。且多以暴雨形式出现，强度大、历时短、易成灾。年平均气温9.4℃，≥10℃积温3394℃，年日照时在2423.3小时，年平均无霜期184天，总辐射量128.6千卡/平方厘米,最大冻土深度0.82米。 3 水文 张沟流域属马莲河二级支流，为季节性河流。径流在年内分配极不均匀，七、八、九月降水集中且多以暴雨形式出现，径流量变化幅度大，河水暴涨暴落，水流含沙量大，十二月至次年二月，降水稀少，河道无径流量。 据庆城县气象局暴雨资料记载：从1960年—2000年本流域共发生大暴雨14次，如1966年7月26日，24小时降雨195.3mm,主雨集中在6h;1981年8月14日降雨152.9mm,城区中心降雨72mm,主雨集中在1h;1992年8月9日,24小时降雨107.3mm,主雨集中在3h; 2003年8月25日24小时降雨总量183.9mm,主要集中在6h。 根据庆阳市水资源调查评价结论，暴雨季节变化与东亚副热带环流的季节变化和夏季风的进退有密切关系，5月下旬至9月中旬，是本流域暴雨高发期，尤其7、8两月发生的频次最高，其它月份较少，其特点主要是范围较小，强度大，历时短，加之本流域支、毛沟道多且沟道坡降陡，极易产流形成山洪。 4、地质 本流域出露的主要地层有三种：一是白垩系的环河华池组，主要分布于沟道底部及河道两侧，岩性由灰绿、灰紫、暗紫红色泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩与粉砂岩组成，属河漫滩水为主的河湖水沉积；二是第三系上新统泥岩，分布较广，但出露不多，仅见于大小沟谷两侧底总泻溜面上，岩性以砖红色粘土为主，其泥岩成岩作用差，遇水易成片状自然脱落，造成大量流沙，危害大，遇到暴雨泄洪时，沟道常见成群的“球”状块泄流，是本流域流沙的主要来源之一；三是第四系，构成了现在的黄塬、黄土梁、黄土峁、黄土坡和黄土沟，出露的主要有：下更新统的午成黄土，中更新统的砾石黄土，上更新统的马兰黄土及全新统冲积层。 二、工程设计依据 （一） 设计标准 依据此设计防洪的任务和防洪标准《城市防洪工程设计规范》GB/T50805-2012，设计重现期为20年一遇。 （二）洪峰流量计算 庆城县张沟按水文特性属泾河流域,集水面积呈葫芦状, 采用五千分之一地形图勾绘该沟汇水面积,取水口处以上集水面积约为1.23km2。 鉴于该沟无实测水文资料,按下列方法计算洪峰流量。 按照《甘肃省抗旱防汛手册》编录的该沟一级支流东川支流洪峰流量模数经验公式和洪峰流量经验公式Q清=q*F2/3，考虑到该流域沟道纵向坡度大,植被稀少,水土流失较为严重，计算值为清流流量，Q浊= 1.35Q清计算结果如下表： 张沟洪水流量计算表 频率 名称 设计洪峰流量（m3/s） P=2% P=5% P=10% 流量模数公式 q=10.4/F0.243 q=7.34/F0.243 q=5.42/F0.243 流量模数值（m/s） 10.94 7.72 5.7 洪峰流量（清流）（m3/s） 12.56 8.86 6.5 洪峰流量（浊流）（m3/s） 16.9 11.96 8.8 综合分析：该区开发后，洪水改道加上历时短，对该区威胁很大，故选用20年一遇洪水标准设计，洪峰流量为12 m3/s，作为该工程的设计泄洪流量。 （三）水力计算 1、渠道水力计算 根据《水力计算手册》（2006年第二版）公式计算。 为保证行水安全，渠道岸顶应高出正常水位一定高度，取安全超高为Fb=1/4hb+0.2。 按照明渠均匀流公式计算，Q=v*w, v=C(Ri)0.5, c=R1/6/ n, R=w/x,其中，Q—泄水流量，V—流速，W—过水断面面积，C—谢才系数，R—水力半径，x—湿周。I—比降。 梯形断面验算 桩号 n=0.025 i b h w x=b+2(h-0.2) R=w/x v=C(Ri)0.5