深大西丽校区内山体排洪工程设计分析

摘要：深大西丽校区位于深圳中部地区，山体较多，一期中部及二期北部均有一山体，本次排洪设计为一期中部上体。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，容易使山脚下校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，保护山脚下校区的生命财产安全，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，将山洪引出校区，排入附近市政雨水排水管线。

关键词： 排洪工程 设计 方案

1.1 设计原则

（1）排洪工程的设计应充分考虑校区旁边山洪现状，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周边市政涵管结合起来，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。

1.2 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

一般排洪沟最好采用明渠，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=0.5m×0.5m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。

1.4 排洪沟设计计算

1.4.1 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1。

表1 山洪防治标准

工程等别 防护对象 防洪标准

频率（%） 重现期（a）

二 大型工业企业、重要中型企业 2～1 50～100

三 中小型工业企业 5～2 20～50

四 工业企业生活区 10～5 10～20

本设计中主要防护对象为山坡下校园区，因此本设计重现期取25年，频率为4%。

1.4.2 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：

（1-1）

式中：Q――设计洪峰流量（m3/s）；

F――流域面积（km2）；

K――径流模数，按表1-1采用；

n――面积参数，当F

表2 径流模数K值

重现期（a） 地区

华北 东北 东南沿海 西南 华中 黄土高原

2 8.1 8.0 11.0 9.0 10.0 5.5

5 13.0 11.5 15.0 12.0 14.0 6.0

10 16.5 13.5 18.0 14.0 17.0 7.5

15 18.0 14.6 19.5 14.5 18.0 7.7

25 19.5 15.8 22.0 16.0 19.6 8.5

注：重现期50a时，可用25a的K值乘以1.20。

表3 面积参数n值

地区 华北 东北 东南沿海 西南 华中 黄土高原

n 0.75 0.85 0.75 0.85 0.75 0.80

注：当F

本工程位于深圳，属于东南沿海地区，且汇水面积小于1 km2，重现期设计为25年，因此径流模数K=22，面积参数n=1。

1.4.3 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（1-2）

（2）管道流速计算：

（1-3）

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（1-3）代入（1-2），得：

（1-4）

（1-5）

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：

矩形断面：

A=Bh（1-8）

（1-9）

式中：h―水深（m）；

B―底宽（m）；

n―沟壁粗糙系数。

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，矩形截面。

A线排洪沟计算：

设定矩形明渠的底宽为B=0.8m，有效水深h=0.4m，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：

（1-6）

（1-7）

水力半径

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 。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0.05，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：

> （1-5）

可以得出，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。

由上可以求得流速V=Q/A=0.396/（0.8*0.4）=1.24m/s

因V>0.7m/s，可知，采用0.8X0.4断面尺寸可满足自净要求。

1.5沉砂池设计：

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30s，则L=vt=0.2 30=6m

2、 断面尺寸：A=Q/v=0.396/0.2=2m2，水深取0.8m，宽度为2/0.8=2.5m，积砂的高度设为0.6m，考虑到管道连接及超高，设计沉砂池总高度为2m，设计室取宽度为2.6m，则实际有效过水断面为2.1O，满足设计要求。

3、 则A线沉砂池的净尺寸为长×宽×高= 6m×2.6m×2m，采用钢筋混凝土结构。

小结

通过本文的分析，我们了解到排洪工程的设计应需要充分考虑校区旁边山洪现状，切实解决山洪对小区造成的危害和隐患，同时相关工作人员需要不断提出科学的防洪设计方案，以确保镇区防洪安全。

[1] 陈健聪. 建筑项目室外雨水工程的设计探讨[J]. 广东土木与建筑. 2012（04）

[2] 刘明，段晨辉. 某核电站截洪沟多级跌水消能设计[J]. 广东水利水电. 2009（10）