黄龙渠河道治理工程初步设计报告

'黄龙渠河道治理工程初步设计报告3 水文1.1流域概况黄龙渠位于**县中部，上游西起老颍河，流经杜曲、城关、瓦店、三家店四乡镇后注入清异河。河道全长27.4km，流域面积203.7km2。属平原地貌，地势由西向东倾斜,自然坡度为1/3000-1/4000，地面高程在58.5-60.5m，平均地面比降为1/3500。黄龙渠水系示意图见图2-1。表2-1黄龙渠主要支流名称汇入点河长(km)流域面积(km2)青阳渠支流28+65024.948.11.2水文气象黄龙渠所在区域属北温带季风型大陆性气候，四季分明、气候温和、雨量适中。多年平均气温14.5℃,年积温5259.2℃,年极端最高气温43.4℃,年极端最低气温零下13℃,多年平均日照2365.3小时,日照率为54%,无霜期225天,年平均降水量741mm,年最大降水量1118.2mm,年最小降水量375.9mm,汛期多年平均降水量为465.3mm,占全年降水量的62.8%,多年平均陆面蒸发量为610mm,多年平均地表径流131.5mm,多年平均水面蒸发量1117mm,干旱指数1:51。流域内全年降水量分布不均，汛期（6-9月份）因受夏季季风的影响，水气充沛，降雨集中，经常发生大暴雨，多年平均汛期雨量为499.3mm,占全年降水量的62.2%，3-5月份多年平均雨量为169.5mm，占全年降水量的21.1%,10月份至次年2月份多年平均降水量为134.2mm3 ,占全年降水量的16.7%,夏季降雨集中，雨量大，历时长，一遇暴雨，极易造成洪灾。3 1.1设计洪水分析由于研究区域无实测径流资料，本次设计按照《河南省水利工程水文计算常用图》对黄龙渠水文进行分析计算。1.1.1设计暴雨查《河南省水利工程水文计算常用图》确定各时段年最大降水量均值及离差系数，按Cs=3.5Cv，查PⅢ型曲线得各时段不同频率设计点雨量如表2-2。表2-2不同重现期最大24h设计点雨量表时段参数不同重现期设计雨量(mm)HCvCs/Cv50年20年10年5年24小时该研究区域流域面积较小，故无需进行点面折算，直接采用设计点雨量作为设计面雨量。1.1.2设计洪水设计暴雨由暴雨图集中查取，排涝洪峰流量利用平原区排涝模数公式计算。根据河流的产汇流条件，对黄龙渠各设计断面排涝流量进行计算，计算公式采用平原区排水模数公式：式中：Q—设计洪峰（m3/s）；K—峰量系数，取0.035；F—汇水面积（km2）；7 R—设计净雨（mm），由暴雨图集查降雨径流相关图获取；a—综合折减系数。各设计断面汇流区域内下垫面条件对汇排水有不同的滞蓄作用，洪水标准越高，洪峰消减越明显，经分析，选用综合折减系数见表2-3。表2-3综合折减系数表重现期（年）5102050a1.000.900.800.70（1）研究区域流域面积较小，汇流时间短，经分析，选用最大24小时暴雨进行分析计算较为合理。经水文计算，得5年一遇设计频率最大24小时暴雨量P=134mm；20年一遇设计频率最大24小时暴雨量P=198mm；（2）查《河南省水利工程水文计算常用图》，5年一遇设计频率采用Pa=Im/2=50mm；10年及20年一遇采用Pa=2Im/3=75mm；50年一遇采用Pa=Im=100mm。（3）径流深R：根据设计频率、最大24小时暴雨量、前期影响雨量，查《河南省水利工程水文计算常用图》中“降雨径流关系曲线第Ⅳ线型”，查得径流深（查平原区）如表2-4。由于本次规划的河流较长，且各规划段的下垫面特性差别较大，沿程有支流汇入处流量变化较大，故将规划河流按支流汇入情况分为多段进行排涝分析。各控制断面以上的汇流面积由航测图量取，设计排涝流量成果见表2-5。7 表2-4设计最大24h净雨成果表重现期50年20年10年5年P(mm)239198167134Pa(mm)100757550P+Pa(mm)339273242184R(mm)17514012278表2-5黄龙渠最大24h设计排涝流量计算成果表桩号流域面积(km2)不同重现期设计流量（m3/s）50年20年10年5年21+6102228+650145.831+800203.71.1.1施工期设计洪水黄龙渠流域内径流资料缺乏，施工期设计洪水的推求采用水文比拟法，修正移置附近水文相似区域的水文特征值。其中：；，——分别为设计流域和参证站集水区域的径流量，m3/s；，——分别为设计流域的流域面积和参证站的集水区域，km2；K——为修正系数。周庄水文站位于颖河支流汾河下游周庄境内，集水面积1320km27 ，径流资料齐全，与研究区域同属温带季风气候区，水文气象条件及汇流条件也有很大的相似性。因此，选取周庄水文站作为参证站，进行施工期设计洪水的计算。黄龙渠河道治理工程工期为8个月，从09年9月份至次年4月份，河道主槽疏浚工程工期为3个月，根据工程特性，选定工程施工期中流量较枯的11~2月份为计算期即可满足施工要求，利用周庄水文站计算期内最大径流量作为选取样本（详见表2-6），进行频率分析计算，设计流量成果表详见表2-7。表2-6周庄水文站计算期内最大径流量表年度最大枯期流量(m3/s)年度最大枯期流量(m3/s)年度最大枯期流量(m3/s)1979-198011.71987-19883.52000-200113.91980-198123.61988-198926.42001-200212.91981-19823.81989-199030.62002-200340.81982-19835.381990-1991552003-2004761983-198412.61991-19928.92004-200574.51984-198513.51992-199302005-200629.31985-1986581993-199402006-200715.61986-198799.71994-199514.6表2-7周庄水文站计算期设计流量成果表参数不同重现期洪峰流量(m3/s)QCvCs/Cv20年10年5年3年经水文比拟法计算，黄龙渠施工期设计洪水成果见表2-8。7 表2-8黄龙渠施工期五年一遇设计洪水桩号流域面积(km2)不同重现期设计施工期洪水（m3/s）20年10年5年3年21+6102228+650145.831+800203.7黄龙渠河道治理工程为小型工程，施工期设计洪水采用五年一遇.19 工程任务与规模任务1.1工程任务本次规划工作的主要任务为：1、根据《防洪标准》及现行的《堤防工程设计规范》，本次规划黄龙渠防洪标准为20年一遇，除涝标准达到5年一遇，进行综合治理。一是对河槽加宽加深，二是对境内黄龙渠段堤防进行全线培堤，加高加固现有堤防，三是维修现有工程设施。2、为促进本县流域经济社会的发展，维护河流健康，加强对黄龙渠**段的管理，既要强化相应的建设管理机构，又要多方筹措资金用于河道的养护。1.2工程规模通过重点地区中小河流的近期治理，使黄龙渠的防洪能力得到增强、流域所涉及的主要乡镇，基本设施，基本农田等防洪保护对象的防洪标准有较大提高。本次河道治理范围为：上游自龙堂闸（桩号4+400）起，下游至清异河入口（桩号31+800），全长27.4km。本次黄龙渠治理的工程内容主要包括：（1）27.4km（桩号4+400～31+800）长河道疏浚、扩挖工程和40.8km，堤防加固（桩号4+400～24+800）工程；（2）6座涵闸维修加固（瓦店闸、南江东闸、南江西闸、罗庄闸、卜庄闸及崔庄闸等），新建7座涵闸（大墓罗闸、刑庄闸、北关闸、十里头闸、后徐闸、尚庄闸及崔庄闸等）等；(3)桥梁维修25座19 ，拆除重建桥梁7座（小郑庄桥、罗庄桥、环乡路桥、叶庄桥、东关桥、北街桥及樱桃郭桥）。根据黄龙渠流域防洪保护区的重要性及未来发展预测，依据<防洪标准>等规范要求，并参考其上一级河道的防洪标准，确定黄龙渠的规化治理标准为20年一遇，排涝标准达到5年一遇。根据《防洪标准》（GB50201-94）、《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）和《堤防工程设计规范》（GB50286-98）等有关规范的规定，黄龙渠河道治理工程属三等工程，堤防级别为Ⅳ级，主要建筑物按Ⅲ级建筑物设计，次要建筑物按Ⅳ级建筑物设计，临时建筑物按Ⅴ级建筑物设计。19 工程设计1.1工程等别根据《防洪标准》（GB50201-94）、《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）和《堤防工程设计规范》（GB50286-98）等有关规范的规定，黄龙渠河道治理工程属三等工程，堤防级别为Ⅳ级，主要建筑物按Ⅲ级建筑物设计，次要建筑物按Ⅳ级建筑物设计，临时建筑物按Ⅴ级建筑物设计。1.2设计依据1.2.1主要规程规范1）《防洪标准》（GB50201-94，国家技术监督局、中华人民共和国建设部）；2）《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000，中华人民共和国水利部）；3）《堤防工程设计规范》（GB50286-98，国家技术监督局、中华人民共和国建设部）；4）《堤防工程管理设计规范》（SL171-96）；5）《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）；6）《水工混凝土结构设计规范》（SL/T191-96）；7）《砌体结构设计规范》（GB50003-2001）；8）《水利水电工程设计工程量计算规定》（SL328-2005）；19 9）《水闸设计规范》（SL265—2001）；10）其它相关的规范、规程、标准及文件。1.1.1有关文件和资料1）《**县黄龙渠近期治理建设规划报告》（**县水利局）；2）**县水利局提供的河道平面图及纵、横断面测量图。3）其它有关河道管理、规划、设计的资料。1.2设计原则根据黄龙渠的特点，本次黄龙渠治理工程应贯彻“全面规划、统筹兼顾、标本兼治、综合治理”的原则，以防洪除涝为主，兼顾上下游和左右岸关系。本次设计对严重影响汛期行洪的全段河段进行疏浚治理，对面上积水严重，无法汇入黄龙渠的排水沟新建穿堤排水涵闸。1.3工程设计1.3.1堤防工程设计由于本次黄龙渠治理范围内上游现状没有堤防，但为了汛期安全，本次设计堤防。（1）堤身土料填筑标准黄龙渠堤身填筑时，按照经济实用、就地取材、便于施工，并满足防汛和管理的要求，选用河道开挖土筑堤。在土质的选用上应优先选用亚粘土，粘粒含量为15～30%，塑性指数为10～20，且不得含植物根茎、砖瓦垃圾等杂质。如果所用土料含水率高且粘粒含量过多，则应采取相应的处理措施。土料填筑标准为压实度不小于0.92。19 （2）堤顶高程确定河道两岸高程防洪要求，为20年一遇设计洪水位加超高。超高计算采用《堤防工程设计规范》（GB50286—98）中6.3.1式：式中Y——堤顶超高（m）；R——设计波浪爬高（m），按莆田实验站公式计算平均爬高；k△——斜坡的糙率渗透系数，根据护面类型查草皮护坡为0.85～0.90，取0.9；kw——经验系数，由风速W、坡前水深H、重力加速度组成的无维量，取1.23；K——综合摩阻系数，取3.6×10-6；V——设计风速，取汛期多年平均最大风速的1.5倍，汛期多年平均最大风速为15.2m/s，则V=22.8m/s；F——吹程，最长弯道之间长度500m；D——平均水深；β——风向与垂直堤轴线的法线的夹角，β=0；A——安全超高，按不允许越浪情况取为0.6m。经计算，黄龙渠堤顶超高为xxxm，设计时取为xxxm。（3）堤防结构设计根据《堤防工程设计规范》（GB50286—98），本工程为4级堤防，设计堤顶高程为20年一遇洪水位加1.0m超高，堤顶宽3.0m19 ，并向外侧倾斜，坡度为2%，堤防内侧边坡为1：2.0，外侧边坡为1：2.0。另外，本次设计对40.8km堤顶路面（4+400~24+800）进行整治，堤顶路面采用泥结石路面（厚15cm），路面宽2.5m。1.1.1河道工程设计1.1.1.1河底比降设计根据**县水利局2008年提供的河道测量成果进行分析，在保证河道行洪安全的情况下，以河道挖方量最小的原则确定河道比降。经最终分析研究确定黄龙渠的比降如下：桩号4+400～6+000之间河底比降为0.0018，桩号6+000～21+600之间河底比降为0.00053，桩号21+600～31+800之间河底比降为0.00044。1.1.1.2河道横断面设计河道横断面设计是河道治理的重要内容，在河道横断面设计时主要考虑满足河道的防洪除涝要求。为了确定最佳的河道断面，本次进行了三种方案的必选：方案一、梯形断面。梯形断面占地较小，结构简单实用，是中小河道常用的断面形式。在河道两岸保护范围内，设置保护带，防止岸边边坡耕作，便于河道管理，确保堤防安全。方案二、复式断面。复式断面适用于河滩较开阔的河道。枯水期流量小，水流在中槽主河道。洪水期流量大，允许洪水漫滩，过水断面大，洪水位低，不需要修建高大的防洪堤。方案三、矩形断面。矩形断面占地少，挖方量小，是河道使用较多的形式，但由于矩形断面需筑挡土墙，因而投资大，施工相对困难，因而在条件允许的情况下尽量不采用。19 通过方案对比，结合黄龙渠的特点推荐采用方案一。本次设计黄龙渠采用梯形断面，桩号4+400～6+000之间河底宽4.0m，桩号6+000～6+200之间河底宽度由4.0m渐变至6.0m；桩号6+200～21+600之间河底宽6.0m，桩号21+600～21+800之间河底宽度由6.0m渐变至8.0m；桩号21+800～28+600之间河底宽8.0m，桩号28+600～28+800之间河底宽度由8.0m渐变至10.0m；桩号28+800～31+800之间河底宽10.0m。河道两岸边坡均为1：2.0。1.1.1.1河道设计过流能力计算河道过流能力按明渠均匀流进行计算，公式如下：ν=Q/A式中Q——设计流量（m3/s）；A——过水断面面积（m2）；C——谢才系数（m2/s）；i——水力坡度；R——水力半径（m）；b——设计渠底宽度（m）；h——设计水深（m）；χ——湿周（m）；19 n——渠道糙率，参照《水工设计手册》第一册选取为0.03；m——边坡系数；ν——流速（m/s）。黄龙渠过流能力计算结果见表5-1。表5-1黄龙渠设计过流能力计算成果表河名桩号5年一遇20年一遇流量（m3/s）流速（m/s）流量（m3/s）流速（m/s）黄龙渠21+60027.731.0539.821.1428+650114.551.39164.481.5431+800147.21.48211.361.631.1.1.1河道水面线推求河道水面线采用水力学中明渠恒定非均匀渐变流水面线计算法计算，公式如下：ｆ（Zu）＝Zu+（α+ξ）Q2/（2gAu2）-ΔSQ2/（2Ku2）Ψ（Zd）＝Zd+（α+ξ）Q2/（2gAd2）+ΔSQ2/（2Kd2）式中ｆ（Zu）——上游断面水位函数；Ψ（Zd）——下游断面水位函数；Zu——上游断面水位；Zd——下游断面水位；α——动能修正系数；ξ——局部水头损失系数；Q——流量（m3/s）；g——重力加速度；19 Au——上游断面面积（m2）；Ad——下游断面面积（m2）；ΔS——断面间距（m）；Ku——上游断面流量系数；Kd——下游断面流量系数；Ku、Kd取值：式中参数含义同明渠均匀流公式。起始端水位采用黄龙渠入清异河处的规划水位，5年一遇水位为53.20m，20年一遇水位为55.31m。黄龙渠水力要素见5-2。19 19 表5-2黄龙渠治理工程水力要素表河名控制地点桩号除涝断面设计防洪断面设计河线距（m）5年除涝水位（m）底宽（m）边坡河底比降设计河底（m）20年防洪水位（m）边坡堤顶高程（m）堤顶宽（m）黄龙渠老颍河4+400　　　　64.06　67.51　　　160041：20.00018　1：2　36+000　　　　61.14　64.61　　1560061：20.00053　1：2　321+600　　　　52.89　56.81　　　700081：20.00044　1：2　328+600　　　　49.83　55.49　　　3200101：20.00044　1：2　3清异河口31+800　　　　48.43　　56.31　19 不同控制点水位计算结果详见表5-3。表5-3黄龙渠水力要素设计成果桩号设计河底5年除涝水位20年除涝水位设计堤顶高程4+40064.064+60063.704+80063.335+062.975+20062.605+40062.245+60061.875+80061.516+061.146+20061.036+40060.936+60060.826+80060.727+060.617+20060.517+40060.407+60060.297+80060.198+060.088+20059.988+40059.878+60059.778+80059.669+059.559+20059.459+40059.349+60059.2424 9+80059.1310+059.0210+20058.9210+40058.8110+60058.7110+80058.6011+058.5011+20058.3911+40058.2811+60058.1811+80058.0712+057.9712+20057.8612+40057.7612+60057.6512+80057.5413+057.4413+20057.3313+40057.2313+60057.1213+80057.0114+056.9114+20056.8014+40056.7014+60056.5914+80056.4915+056.3815+20056.2715+40056.1715+60056.0624 15+80055.9616+055.8516+20055.7516+40055.6416+60055.5316+80055.4317+055.3217+20055.2217+40055.1117+60055.0117+80054.9018+054.7918+20054.6918+40054.5818+60054.4818+80054.3719+054.2619+20054.1619+40054.0519+60053.9519+80053.8420+053.7420+20053.6320+40053.5220+60053.4220+80053.3121+053.2121+20053.1021+40053.0021+60052.8924 21+80052.8022+052.7222+20052.6322+40052.5422+60052.4522+80052.3723+052.2823+20052.1923+40052.1023+60052.0223+80051.9324+051.8424+20051.7524+40051.6724+60051.5824+80051.4925+051.4025+20051.3225+40051.2325+60051.1425+80051.0526+050.9726+20050.8826+40050.7926+60050.7026+80050.6227+050.5327+20050.4427+40050.3527+60050.2724 27+80050.1828+050.0928+20050.0028+40049.9228+60049.8328+80049.7429+049.6529+20049.5729+40049.4829+60049.3929+80049.3030+049.2230+20049.1330+40049.0430+60048.9530+80048.8731+048.7831+20048.6931+40048.6031+60048.5231+80048.431.1.124'