某某某河堤项目设计方案

1 某某某河堤 项目设计方案 程 概况 地点 位于我省甘南藏族自治州的东部，属陇南山地的北秦岭之西端，全县境内山大沟深，海拔多为 2500m 以上，是典型的高寒阴湿地区。县内主要河流为洮河及其支流羊沙河、 河道 等。 河道 是洮河一级支流，发源于太子山以南，源地海拔高程 3920m，河流自西向东流径夏河，临潭、临潭、康乐县等县并于康乐县连麓乡汇入洮河。治力关镇位于 地点 东北端，约距县城 110西两面与 地点 的新堡、康多两乡毗邻，东北与渭源县的峡城、康乐县的连麓、景古等乡接壤，西南同本县冶力关和羊沙两乡相连。治力关镇海家磨村、葸 家庄及洪家社等村位于冶力关镇北部的山谷地带，地形起伏较大，是黄土高原的过渡地带，地势由西北向东南倾斜，海拔在 2109 2626m 米之间。 工程所在地区是国扶贫困区，经济发展速度缓慢，基础设施薄弱，抵御自然灾害能力差，经济以农业为主，工程区内的葸家庄、海家磨村、洪家社等共计 5个村民小组 446 户 2004 人，川台地及耕地共计 2537 亩，人均耕地占有面积少， 2009 年人均收入仅为 1450元，群众生活较为困难。 河道 为洮河下游较大的支流，发源于太子山以南，源地海拔高程3920m，流经 省份 的夏河、临潭、康乐等县，总河长 约为 流平均坡降约为 流域为椭圆形，地形起伏较大，山大沟深，属 高寒半湿润气候 ，山地阴坡森林茂密，植被良好。 2 20世纪 80 年代曾对 河道 治理做过初步规划，但由于种种原因，仅在治力关大桥上游左、右两岸分别修建了零星干砌石护堤约 1300m，且堤防互不衔接。工程标准低，质量差，整体防洪能力差，汛期洪水直接威胁着两岸居民的耕地、财产及生命安全。虽然 2003 年修建了 河道 葸家庄 冶力桥大桥段堤防工程，但其它河段仍远远不能满足防洪要求。为提高该河段的防洪能力， 地点 水利局委托我院对 河道 海家桥洪家庄段 治 理工程进行勘察设计，经过我院对现场实地勘测，进行方案分析论证 。 务来源 项目建议书审查通过后，为尽快开展下阶段的工作，受 地点 水务局的委托， 2010 年 10 月开展 河道 初步设计 阶段的 野外 勘测工作 ， 2010 年11月 将 进行 初步设计 阶段的 设计工作 。 计阶段 根据 地点 水务局 的委托以及院项目管理处下达的 生产 任务，本次设计工作的设计阶段为： 初步设计 阶段。 要内容框架及深度要求 本阶段应在已审查和批复的项目建议书阶段报告为依据，根据审查意见，遵循现行有关技术规程、规范及标准 （主要依据水利水电工程可行性研究报告编制规程 （报批稿初稿） ，对工程项目的建设条件进行详查和分析论证，在可靠资料的基础上，进行方案比较论证，从技术、经济、社会、环境和节水节能等方面进行全面论证，评价项目建设的可行性。重点论证工程规模、技术方案、环境、投资和经济评价。 编制完成以下报告 ： （ 1）编制完成水文分析 报告， 负责 人：； （ 2）编制完成工程地质勘察 报告， 负责人 ：； （ 3）编制完成工程 经济评价 报告， 负责人 ： 3 （ 4） 编制完成工程 环境评价 报告， 负责人 ； （ 5）环境影响 评价 报告需要由业主另行委托。 作内容的深度用词掌握 工作深度都主 要按照初步确定（初步选定、拟定）、基本确定（基本选定）和确定（选定）三个层次掌握。基本深度用词为： 1、初步确定级包括拟定、初步选定、初步确定结论，本级确定的结论在进一步比较论证后可调整。 （ 1） 拟定： 根据现行政策、规范及工程经验，经初步分析起草制定。 （ 2） 初步选定： 根据已获得的资料及工程经验，对至少两个方案进行综合比较后的起初选择（结论）。 （ 3） 初步确定： 根据现行政策、规范、已获得的资料及工程经验，进行综合论证后的起初肯定结论。 2、基本确定级包括基本确定、基本选定。本级要求论证充分，结论可靠，做到主 要影响因素无遗漏、依据的基础资料基本齐全可靠、参与比较的方案具有足够的代表性、方案取舍时利弊权衡得当。 （ 1） 基本选定： 在初步选定和进一步获得资料的基础上，经多方案、多方法对比论证形成的主要选择结论。 （ 2） 基本确定： 在初步确定和进一步获得资料的基础上，经多方案、多方法对比论证后得主要肯定结论。 3、确定级包括确定、选定，本级确定的结论无特殊情况不得变更。 （ 1） 选定： 在基本选定的基础上经进一步论证后的最终选择。 （ 2） 确定： 在基本确定的基础上经进一步论证后的最终肯定结论。 要内容和深度应符合下列要求 1、 论证工程建设的必要性，确定工程的建设任务 。 2、 根据最新水文资料成果（ 2010 年 河道 水文站实测资料），确定主 4 要水文参数和成果。 编制 水文 分析 报告。 3、 查明影响方案比选的主要地质条件， 基本查明其他工 程的工程地质条件，评价存在的工程地质问题。对天然建筑材料进行详查。 编制 工程地质勘察 报告。 4、 确定工程等级及设计标准，基本选定工程总体布置及建筑物的型式。 5、 选定对外交通运输方案、料场、施工导流方式及导流建筑物的布置，基本选定主体工程主要施工方法和施工总布置，提出控制性工期和分期实施意见，基本确定 施工总工期。 5、 对主要环境要素进行环境影响预测评价，确定环境保护对策措施，估算环境保护投资。 6、 初步确定劳动安全与工业卫生的设计方案 ,基本确定主要措施。 7、 明确工程的能源消耗种类和数量、能耗指标、设计原则，基本确定节能措施。 8、 编制投资估算 ， 进行投资对比分析，简述与上阶段（项目建议书阶段）相比投资变化的情况和原因分析 （从价格变动、项目及工程量调整、国家政策性变化等方面进行原因分析，说明分析结论） 。 9、 分析工程效益、费用 ， 分析主要经济评价指标，评价工程的经济合理性和财务可行性 ，提出满足财务生存能力的 建议 。 程规模 本次 新建 堤防工程设计左岸 起点为 海家桥 附近的老营苗圃靠河岸坎边，终点为 洪家园区下游 约 200m 处 ， ；右岸从海家桥下游 约 182m 处 的冶力关户外烧烤游乐园下游侧开始，至板家沟左岸结束 。 5 2 编制依据 要采用的规程、规范 防洪标准 94； 堤防工程设计规范 98 水工建筑物抗震设计规范 2001； 水工混凝土结构设计规范（ 91 2008）； 水工建筑物荷载设计规范 1997； 水工建筑物抗冰冻设计规范 2006； 水利水电工程设计工程量计算规定 5088 1999； 工程建设标准强制性条文 水利工程部分 (2010 年版 )。 其他相关的国家法规、行业规范和规定。 各专业按现行的相关国家法规和相关的规程规范执行，本设计大纲不再列出。 域规划、设计成果、技术文件 划阶段成果及专题 1、 甘南 水资源合理利用与生态保护综合规划 省份 人民政府、 省份 水利厅； 目 初步设计 阶段成果 及审查意见 1、 省份 河道 初步 设计报告及附图集； 3 基本资料 象 资料 洮河流域地处中纬度的内陆高原，属典型的大陆 性气候，域内地形变化幅度较大，海拔高程由 4400400m 6 的入黄河口，纬度由河源的北纬 34 增至入黄口的北纬 36 ，使气候在上、中、下游有一定的差异。上游地区高寒阴湿，冬季漫长，基本无夏天；中游地区高寒湿润，四季不分明；下游地区为温带半干旱地区。 工程区 位于 地点 内，位于洮河中游，本次采用 地点 气象站的资料。工程区地处内陆，大陆性气候特点显著。夏季降水量较大，多雷雨冰雹天气；冬季多风少雪，气候寒冷干燥。多年平均气温 ，最热为 7 月，月平均气温 ， 最冷为 1 月，月平均气 温 ，极端最低温度 ，多年平均降水量 年平均蒸发量 年降水集中在夏季（ 7、 8）两个月， 约 占全年降水量的 40%。 多年平均相对湿度为 64%，多年最大 风速 27m/s， 平均 多年 最大积雪深度 23年 最大冻土深度 147 文资料 域概况 （ 1） 径流 河道 冶力关镇下游设有冶力关水文站，本次工程的径流分析以冶力关站作为参证站进行计算。 河道 上的冶力关 水文站集水面积 1186于东经 洮河河口约 14 1959年 6 月设站， 1962年 6 月撤销，然后， 1981 年在原址恢复观测，观测至今 有 1959 年 6 月 1962 年 5 月、1981年 2009 年不连续 的 的较完整的实测 系列 资料。 经统计 冶力关站 1959 1961年、 1981年 2004 年 27年的实测径流资料，通过频率分析计算并适线分别求得各统计参数，计算 得冶力关站多年平均流量， 得出 v； 使用面积 比求得 得本次 堤防工程末端 断面处的多年平均流量 。 7 （ 2） 洪水 地点 冶力关 河道 治理 工程所在 的 河道 的洪水主要由 大 暴雨产汇流形成，多发生在 6 9月份。 河道 上设有冶力关水文站 ， 本次堤防工程的设计洪水计算以冶力关站为参证站 。 根据已整编刊印的 省份 洪水调查资料以及以往工作中调查资料，冶力关站河段调查到的历史洪水有： 1914 年的 Q=833m3/s， 1926 年的Q=629m3/s， 1964年的 Q=439m3/s，共三次成果，均较可靠。 省份 洪水调查资料出版于 1983 年，经调查，冶力关站重设以来再没有象 1914 年的大洪水发生过，因此，以 1914年的洪水为首项历史洪水，重现期确定为 96年， 1926年和 1964 年分别为第二和第三大洪水。 本次收集到冶 力关站 1959 1961 年、 1981年 2009 年共 32年的实测最大洪峰流量系列资料， 实测系列虽较短，但 因 冶力关水文站控制流域面积 与 上下游的 洮河 上的水文站 岷县站 （ F=14912李家村站（ F=19693流域面积相差太大，本次不再与岷县站 或李家村站 相关并进行插补延长，直接采用冶力关站的现有资料进行 分析 计算。 根据冶力关水文站 1959 1961 年、 1981 年 2009 年 32 年的实测最大洪峰流量系列加上历史洪水调查成果，组成不连续洪水系列进行频率统计分析。采用矩法初估统计参数，用 P 型曲线适线， 得冶力关水文站洪峰流量均值 Q， 根据面积指数推算得到本次防洪工程设计洪水，取 n=2/3.。 （ 3） 泥沙 本次 河道 泥沙成果采用侵蚀模数法推算。 河道 起源于太子山南侧，上游河段植被较好，查 省份 地表水资源中的 “ 悬移质多年平均侵蚀模数等值线图 ”， 得工程所在区域悬移质多年 8 平均侵蚀模数 ，则 可计算得 工程 冶段 多年平均悬移质输沙量 ， ；推移质按比例法估算，推悬比 根据实地勘察流域下垫面情况 取 15%，则得工程 段 多年平均推移质输沙量。 本水文资料 洮河干流自上而下设有碌曲、下巴沟、岷县、李家村、红旗水文站，支流上设 有博拉河下巴沟站、大峪沟多坝站、 河道 冶力关站、 东峪沟临洮站、广通河三甲集站等。 程地质 工程区地处北秦岭山脉西段，山区海拔高度多在 2700m 以上，主要山峰海拔高度均在 3800常河谷两岸 5高差达 800 1200m，沟谷纵横，地形复杂，属中高山高山区。 河道 属洮河一级支流，为常年性流水，流量受季节和雨量控制，在工程区基本为由西向东流向。此段河道河曲较发育，受右岸板家沟顶冲，主河槽偏于左侧。 河道 河谷在 本 段呈宽阔的 “ U” 型，宽度为 300 800m， 由、级阶地及河漫滩、河床等地貌单元构成。、 级阶地为堆积阶地，以级阶地为主，右岸相对较宽。级阶地阶面较宽、平缓，为农田及村庄所在地，常遭受洪水淹没或侧向侵蚀破坏。 防洪工程的堤线沿 河道 两岸布置，沿岸的农田及村庄为本工程的主要保护对象。 工程区新构造运动以总趋上升条件下的不均衡升降运动为特征。从区域构造和河谷地貌发育基本特征不难看出，近期工程区处于新构造运动的相对稳定期。 根据中国地震动参数区划图（ 2001）， 设防水准为 50年超越概率 10时 ，工程区地震动峰值加速度为 应的地震基本烈度为 度 ， 地震动反应谱特征周期为 工程区内不良物理地质现象不发育，无较大滑坡、 泥石流等地质灾 9 害 。 程 规模 、 等别和 防洪 标准 程等别 及 设计标准 河道 冶力关治理工程，起点位于海家桥附近的老营苗圃靠河岸坎边，终点位于洪家园区下游约 200护对象主要为工程区内海家磨、葸家庄、洪家庄等 5个村民小组 446 户 2004 人居民的生命财产安全及现有610 亩耕地免遭洪水侵袭，根据现行国家标准防洪标准 2000及堤防工程设计规范 98 之规定，该堤防工程的级别为 5级，本工程防洪标准为 10 年一遇。 工程区 地震动峰值加 速度为 应的地震基本烈度为度，地震动反应谱特征周期为 本工程抗震设计按度设防。 洪标准 本工程防护范围为 地点 冶力关镇海家磨、葸家庄、洪家庄等 5 个村及沿岸耕地，是以乡村为主的防护区，根据防洪标准（ 94）规定，防护区人口 20万人，防护区耕面积 30万亩，工程防护等级为等，洪水标准为 10 20 年（重现期）。根据扩护区人口及耕地数量，参照流域规划中对乡村为主防护区洪水标准的确定，选定该工程防洪标准为 10 年一遇，按水文分析计算结果得出 本工程 10 年一遇洪水。 4 各专 业设计工作要求 本工程 初步 设计工作涉及到的专业 /章节报告 有：水文、 工程 地质、水工、施工 、 环境评价、 工程管理、投资估算 、经济评价 等十 二 个 章节 /专业。 各专业依据水利水电工程可行性研究报告编制规程（报批稿初稿）要求的章节顺序和精度进行勘测设计工作。 章节顺序如下： 10 文 专业 计意图、主要要求及工作深度 对上阶段审查提出的意见和建议进行针对性的修改，在本阶段规程、规范深度要求 及水文资料的 基础上，重点对径流 、洪水、泥沙 成果进行复核，确定主要水文参数， 向水工、施工及相关专业提交 提供论据充分、计算准确的水文计算成果（ 主要包括气象、径流、洪水、泥沙、各断面 HQ 关系等） ， 并编制水文分析 报告 。 计工作的具体内容 （ 1） 分析研究 相邻流域与 河道 之间的相关关系， 进行 河道 设计年径流分析， 提出年径流计算成果，经合理性检查， 确定 河道 的年径流 成果 。提出天然年、月、日径流系列，确定径流统计特征值，提出 25%、 50%、75%频率 典型年 年内 逐日 分配成果。 （ 2）概述 工程区域暴雨和洪水的成因和特性以及对工程设计有影响的历史特 大暴雨和洪水范围、量级及重现期 ，说明采用的频率曲线线型和经验频率计算公式，进行洪水频率计算，分析检查计算成果的合理性 ，经统计 分析 计算 ， 确定设计 枢纽及输水线路沿线沟道 洪水成果。 （ 3）根据施工设计要求， 洪水 分期时段，分期洪水计算方法，基本确定分期设计洪水成果。 （ 4）分析 河道 的泥沙相关的特征值 ，确定多年平均悬移质、推移质年输沙量，提出悬移质泥沙颗粒级配曲线，平均或中值粒径 。 （ 5） 工程设计 各 代表断面的水位流量关系 ，确定设计断面的水位流量关系曲线。 （ 6）提出 河道 流域的水温 、 冰清 特征值内容。 （ 7）拟定水情预报方案、遥测站网范围、各类站点数量、通信方式、组网方案、土建工程和设备配置，并估算投资。 11 目设计的关键技术难点和对策 措施 ： 由于 河道 实测 水文资料 较 少 ，且资料不连续，无法进行长系列径流分析计算 ，通过 相邻流域 找出其相关关系 推求 河道 径流成果，并通过 河道实测资料和相邻流域资料分析计算， 充分论证 成果 的 合理 性和准确性。 要设计原则、分析计算的主要方法、基本假定及计算精度 本专业主要设计原则是依据国家现行的规程规范。分析计算的主要方法，有实测资料时主要以数理统计及水文比拟法为主，无实测资料以地区综合经验公式进行分析计算。计算精度应满足技术规范及设计阶段要求。 设计依据及主要规程规范： (1)水利水电工程水文计算规范（ 2002） (2)水利水电工程设计洪水计算规范（ 4 (3)水利水电工程泥沙设计规范（ 5089 求的主要设计成果 （ 1） 河道 年径流分析计算成果； （ 2） 河道 丰、平、枯各典型，年内分配分析计算成果； （ 3） 河道 设计洪水分析成果； （ 4） 河道 施工分期设计洪水分析成果； （ 5） 河道 泥沙、冰情分析； （ 6） 工程区各沟设计洪水分析计算成果； （ 7）编制完成 可研 章节 报告 及摘录综合说明。 程地质 专业 （ 1）工程区上段有包舌口当江卡冲断层通过，河床部位为第四系覆盖，后期活动 不明显，对本工程基本无影响。在工程区内未发现其他明显的断裂带，堤防工程处于相对稳定的地区。 无 较大 滑 坡、泥石流 等 12 不良物理地质现象，不存在影响工程建设的地质问题。 （ 2） 工程区 地震动峰值加速度为 应的地震基本烈度为度，地震动反应谱特征周期为 （ 3）工程区 地下水类型以第四系孔隙潜水 为主 ， 主要 受大气降水、地表水补给。 地下水 水质 较好，对普通混凝土无腐蚀性。 （ 4） 堤防工程 地 基岩性为砂砾 卵石 层，允许不冲流速 为 s（平均值），原状土地基 允许承载力 为 建议砂砾 卵 石层开 挖边坡系数 水上 1:1，水下 1:1: （ 5） 天然建筑材料储量满足 工程需求 ，开采 较为 便利，交通条件 较好，质量基本符合要求。 程规划 专业 设计意图、主要要求及工作深度 根据水利水电工程 初步设计 报告编制规程的规定和要求 及审查意见 ，在 初步 设计阶段以生态环境保护为根本，合理配置 河道 水资源，从而确定 河道 建设的 必要性 和任务，确定工程建设规模 。 据 省洪水调查资料记载，冶力关站历史上最大的三次洪水分别为： 1914年的洪水流量 833m3/s、 1926年的洪水流量为 629m3/s、 1964 年的洪水流量 为 439m3/s， 三次 洪灾 给当地村民造成了较为严重的 损失 。 （ 1） 河道 海家桥至洪家庄 段 ，由于基本没有防洪设施，使泛洪区内的海家磨、葸家庄、洪家 庄 等社村 446 户 2004 人， 2537 亩川台地耕地及乡办企业等单位的生命财产安全得不到有效的保障。保护沿河两岸人民的生命财产、耕地免遭洪水袭扰势在必行。 （ 2）工程区内的冶力关风景区旅游基础建设综合开发项目 洪家园区和老营苗圃基地，直接受到洪水威胁。 （ 3）随着社会的发展和进步，两岸居住人口逐渐增加，人均占有耕 13 地越来越少，而现有土地极其有限，为了生存和发展，有些农民开 垦河滩，不仅影响行洪，而且收获没有保证。修建防洪堤既可以保护和恢复耕地，又可保护两岸渠道、公路和 村民居所 ，使国家和人民财产免受损失，人民安居乐业，社会稳定。 （ 4）修建防洪堤，确保人民群众生命财产安全是社会发展的新要求，符合党中央、国务院的指示精神。 由此看来， 河道 治理 工程的建设是非常必要的。 计工作的具体内容、方法 14 本次 新建 堤防工程设计左岸 起点为 海家桥 附近的老营苗圃靠河岸坎边，终点为 洪家园区下游 约 200m 处；右岸从海家桥下游 约 182m 处 的冶力关户外烧烤游乐园下游侧开始，至板家沟左岸结束 。 目设计的关 键技术难点和对策措施 本防洪流域内地表起伏大，主河槽纵坡 较 大、水流急。一旦发生暴雨，洪水流速大，严重冲刷河道两岸岸边基础，致使河岸坍塌，冲毁道路、农田， 村舍 等。给本防 洪 内的人民群众带来巨大损失，洪水严重威胁着当地人民群众的生命财产安全。 该河段 存在的主要问题为： 1、工程区 基本属无防护河段， 不能满足发展当地旅游业、改善当地经济发展环境的要求。 2、 现有零星堤防 防洪标准 偏 低，堤身结构简陋，基础埋深浅 ， 堤脚裸露。 要设计成果 按照 水利水电工程 初步设计 报告编制规程 的要求编制 项目建设任务和必要性章节报告及综合说明； 建设规模章节报告及综合说明； 工专业 计意图、主要要求及工作深度 据 省份 洪水调查资料记载，冶力关站历史上最大的三次洪水分别为： 1914 年的洪水流量 833m3/s、 1926 年的洪水流量为 629m3/s、 1964年的洪水流量为 439m3/s， 三次 洪灾 给当地村民造成了较为严重的 损失 。 （ 1） 河道 海家桥至洪家庄 段 ，由于基本没有防洪设施，使泛洪区内的海家磨、葸家庄、洪家 庄 等社村 446 户 2004 人， 2537 亩川台地耕地及乡办企业等单位 的生命财产安全得不到有效的保障。保护沿河两岸人民的生命财产、耕地免遭洪水袭扰势在必行。 15 （ 2）工程区内的冶力关风景区旅游基础建设综合开发项目 洪家园区和老营苗圃基地，直接受到洪水威胁。 （ 3）随着社会的发展和进步，两岸居住人口逐渐增加，人均占有耕地越来越少，而现有土地极其有限，为了生存和发展，有些农民开垦河滩，不仅影响行洪，而且收获没有保证。修建防洪堤既可以保护和恢复耕地，又可保护两岸渠道、公路和 村民居所 ，使国家和人民财产免受损失，人民安居乐业，社会稳定。 （ 4）修建防洪堤，确保人民群众生命财产安全是社会发 展的新要求，符合党中央、国务院的指示精神。 由此看来， 河道 治理 工程的建设是非常必要的。 计工作的具体内容、方法 1、工程总体布置 （ 1）河道横断面河相关系及稳定分析 在水流长期作用下形成的河床，其形态有一定的规律，大量资料表明，表征河床形态的水深、河宽、比降等，与来水来沙条件及河床地质条件之间，有一定函数关系，这种关系便称为河相关系。河相关系可采用横断面、纵断面及平面 3种形式表示。 河道横断面河相关系式为： = （ 5 式中： 河相关系数； B 造床流量下的水面宽（ m）。 H 造床流量下的平均水深（ m）。 河道横向稳定系数按下式计算： 16 （ 5 式中： 横向稳定系数； Q 造床流量 Q=s； J 纵比降 ； B 相当造床流量的平滩河宽， 根据相关规定，愈小则表示河岸不稳定。与河床演变与整治一书中对黄河与长江不同河段及河型的横向稳定系数（见下表“不同河型”）进行类比分析，表明 河道 在本防护区内河段的横向稳定性不太好。 不同河型 河名 河段及河型 长江 荆江，蜿蜒段 河 高村以上，游荡段 高村至陶城埠，过渡段 2）河道纵断面稳定分析 工程区内河道较窄较深，主流摆动不定，河势变化较急，汛期洪水对两岸的冲刷淘蚀较为严重，加之河道部分地段过水能力不足，河岸不稳定，由此造成洪水漫滩现象，淹没沿岸村庄及公路等其他设施，严重地威胁着两岸人民群众的生命财产安全。 河道纵向稳定系数按下式计算： （ 5 17 式中： 纵向稳定系数； d 床沙平均粒径； J 纵比降， 根据相关规定， 愈大，泥沙运动强度愈弱，河床因沙波运动或因流路变化产生的变形愈小，因而愈稳定；相反，愈小，则泥沙运动强度愈强，河床因沙波运动或因流路变化产生的变形愈大，因而愈不稳定。与河床演变与整治一书中对黄河与长江不同河段及河型的纵向稳定系数（见下表“不同河型 值”）进行类比分析，表明 河道 在本防护区内河段的纵向稳定性 是否良好 。 （ 3）河道平面河相关系分析 河道平面河相关系也叫稳定河湾，主要反映河湾平面与河道特征之间的关系。冶力河在本防护区内共有较大天然弯道 13 个，经过对 13 个天然弯道的河湾形态特征值的系数计算，本防护区内的河湾形态特征值系数基本在过渡型河道的规范区间内，表明项目区河道属于过渡型。 （ 4）河道冲淤分析 采用河床演变与整治一书中河道冲淤判别公式分析本河道的冲淤情况。冲淤判别公式为： =0330 （ 5 式中： 冲淤判别系数，当 1时，河床将发生冲刷；当1 时，河床将发生淤积； v 断面流速 ； h 断面水深； 0、 i 足标， 0 表示进口断面， i 表示出口断面。 （ 5） 工程布置 18 本工程设计堤防依据护村、护田的要求，并根据当地的实际情况和工程实施的轻重缓急，本次设计堤防起点为海家桥附近的老营苗圃靠河岸坎边，至洪家园区下游约 200m 处结束 。 沟道山洪排水口出 口处堤防横断面与主河道堤防横断面及堤顶高程相同，顺沟道向沟内延伸横断面逐渐变小，并与原沟道两侧岸坡平顺连接。 2、 堤防防洪标准、堤距选择及线路布置 （ 1）防洪标准选择 本工程防护范围为 地点 冶力关镇海家磨、葸家庄、洪家庄等 5 个村及沿岸耕地，是以乡村为主的防护区，根据防洪标准（ 94）规定，防护区人口 20万人，防护区耕面积 30万亩，工程防护等级为等，洪水标准为 10 20 年（重现期）。根据扩护 区人口及耕地数量，参照流域规划中对乡村为主防护区洪水标准的确定 该工程防洪标准。 （ 2）堤防线路布置 原则 堤线布置与 地点 城乡近远期发展规划相结合，相互协调一致，避免工程重复建设与改造。 堤线与河势流向相适应，直线河段堤线尽量与洪水的主流线相平行，弯曲河段采取大弯就势、小弯取直的原则，保证河段两岸堤防间距大致相等，堤距应满足稳定河宽的要求。 防治结合，堤线力求平顺，各堤段平缓连接，稳定河势，确保能顺利的通过设计洪水。 妥善处理好左右岸、上下游的关系，统一治理。 因地制宜，就地取材，节省投资。 防洪治理规划要与恢复和改善生态环境相结合。 根据以上堤线布置原则，结合具体地理位置、地形条件及防洪区内 19 的 各种建筑物位置等综合因素，在保证河道满足行洪能力的前提下，根据治导线布置原则和河相关系分析，进行考虑防洪堤基线的布局。 堤线平面布置宜顺直，转折处应用平缓曲线相连接。弯道最小容许半径要满足： m i n ( 3 5 ) （ 5 式中： 堤线容许最小弯道半径， m； B 河道水面宽度， m。 （ 3）造床流量的选定 根据有关资料，造床流量为一个并非最大的流量，它对河床形态的塑造作用最大，目前对造床流量的确定并无十分可靠的方法，对造床流量的确定有 平摊水位法 、 多年平均洪峰流量法等，多采用经验方法计算。国内一般都采用 2 5 年一遇的洪峰流量作为造床流量 。 （ 4）稳定河宽的确定 本设计中堤距指两岸堤线中心距亦即洪水治导线宽度。该指标直接关系到工程造价和防护效益。堤距确定主要考虑以下因素：满足安全、通畅泄洪的要求；适当考虑河相关系，尽可能不改变河型；少占耕地或不占耕地，权衡工程量与防护效益，达到经济上的合理性，统筹考虑各河段及其上、下游的行洪要求。防洪段治导线之间宽度，下限应不小于造床流量下的稳定河宽，上限一般以河曲外包线或自然岸宽确定。冲积河流在水流 与河床的长期相互作用下，能得以自由发展，经过水流与河床的自动调整，河床形态将与流域来水、来沙及河床边界条件相适应。河道形态与水力泥沙因素及河床地质条件之间也存在着某种物理量关系。稳定河宽确定采用 2 年一遇的洪峰流量作为造床流量，根据水利电力出版社出版的治河与防洪一书，整治河宽是由水流阻力公式、连续方程及河相关系式联解求得河宽，关系式为： 20 6 /1 11 /25 /3n ) （ 5 式中： B 河道宽度，（ m）； Q 造床流量 ； 断面河相系数，本区为过渡性河流 ； J 水面平均坡降，； n 河床糙率 ； 为了安全稳妥，另按阿尔图宁公式对稳定河宽进行计算，阿尔图宁公式为： （ 5 式中： B 河段治理宽度， m； Q 造床流量； A 阿尔图宁系数，本工程流域河段内的变化系数在 J 河床比降； n 河床糙率； 根据现场踏勘与测量， 河道 在本 防洪区段内 的 现 状 河床宽 度大部分在 30 45m 之间， 两岸民居相对密集，但耕较多，堤防治导线的布置主要受两岸建筑物及耕的限制。所以本次设计治理河宽取值按以上两种公式计算结果并结合相有河道的宽度，设计治理河宽最终确定为 35m。 3、 防洪堤工程设计 （ 1）设计洪水位确定 根据治理河段的地貌和河道特性，在治理河道内共设 19个河道横断 21 面，以最下游一断面为基准断面，采用能量方程，推求防洪河段 10%洪水流量（十年一遇相应设计洪峰流量为 190m3/s）时各断面的水位高程。本工程水面线计算，按下列公式： 2222222111 （ 5 式中： 上、下游断面水位高程（ m）； 1、 2 上、下游断面的动能修正系数； 上、下游断面平均流速（ m/s）； 局部损失系数，扩散段取 变段和收缩段 0； 两断面之间的沿程损失， 2/L （ 5 1/(1/) （ 5 1 1/2） （ 5 2 1/2） （ 5 11/6/n （ 5 21/6/n （ 5 式中： 上、下游过水面积（ 上、下游断面水力半径（ m）； 上、下游断面谢才系数； n 河段 平均糙率。 控制水深采用末端下游较为平顺的河道断面计算所得。因本防洪段下游处河道断面较为规则，可近似认为洪水在此段河道中形成了明渠均匀流。根据明渠均匀流公式计算并绘制出此断面的水位流量关系曲线，再根据已绘制出的水位流量关系曲线查出十年一遇流量下相应的水位高程，以此作为公式（ 5的 下游向上游逐段试算出其他各断 22 面中心点的水位。 明渠均匀流公式为： （ 5 式中： Q 流量（ m3/s） C 谢才系数，常用 C= 过水断面面积（ R 水力半径（ m） ； i 河道纵坡； n 糙率； （ 2）冲刷深度计算 按堤防工程设计规范平顺护岸冲刷深度计算公式 1 计算。 hB=hP+ 允 ） （ 5 式中： 平顺护岸冲刷深度（ m），从水面算起； 冲刷处的水深（ m），以近似设计水位最大深度代替； 平均流速； 允 河床面上允许不冲流速； n 与防护岸坡在平面上的形状有关 ； 水流斜冲防护岸坡产生冲刷深度 照堤防工程设计规范 2计算 0122322 （ 5 式中： d 坡脚处土壤计算粒径，取大于 15%（按重量计）的筛孔直径； 从河底算起的局部冲深（ m）； 23 水流流向与岸坡交角（度）； m 护堤迎水面边坡系数； 水流的局部冲刷流速（ m/s）。城区及其上游段按无滩地河床 区下游段按滩地河床 无滩地河床 )( （ 5 式中： Q 设计流量（ m3/s）； W 原河道过水断面面积（ 河道缩窄部分的断面面积（ 滩地河床 12111j （ 5 式中： 河滩宽度，从河槽边缘至坡脚距离（ m）； 通过河滩部分的设计流量（ m3/s）； 河滩水深（ m）； 水流流速分配不均匀系数。 （ 3）基底高程的确定 根据上述计算成果 ，为了安全起见，结合已建工程实际经验，堤防基础埋深确定，由于河道流速很大，弯道处凹岸取值相应也很大，根据计算斜冲段基础埋深最终确定。平顺段基础埋深按净冲刷深度计算结果平均值 +安全埋深。斜冲段与平顺段之间设有 10m 的过渡连接段，实现斜冲段与平顺段的基础平顺合理衔接。 基底高程按下式确定： Z 基底 =Z 深泓线高程 -（设计埋深） 24 （ 4）堤顶高程的确定 堤 顶高程应为设计洪水位加堤顶超高确定，根据堤防工程设计规范 ( 堤 顶超高按下式确定： Y = R+ e+ A (5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。 波浪爬高 当 m= 1 (5式中： 累积频率为 P 的波浪爬高（ m）； K 斜坡的糙率及渗透性系数； 经验系数，可根据风速 V（ m/s）、堤前水深 d（ m）、重力加速度 g（ m/成的无维量 按下表确定，； 1 5 爬高累积频率 换算系数； m 爬坡坡率， m=a 为斜坡坡角（度）； H 堤前波浪的平均波高（ m）； L 堤前波浪的波长（ m）。 设计风壅增水高度可按下式计算： 25 co (5式中： e 设计风壅增水高度， m； K 综合摩阻系数； V 计 算 风速； F 从计算点逆风向量到对岸的距离， 取值同前 ； d 水域的平均水深； 风向与垂直于堤轴线的法线的夹角。 堤顶高程：按规范规定 Z 顶 =Z 水面 +Y (5根据河堤堤顶高程计算得该治理段堤身高度（包括基础埋深）。 （ 5）防洪堤型的选择 根据堤防工程设计规范 98对堤身及护坡断面设计的有关要求，在堤身及护坡的设计中主要遵循了以下原则；就地取材，经济合理；结构稳定，因地制宜，适应当地的施工条件和施工方法；满足规定的交通运输和排水要求；符合高水位下非稳定渗流特性。 根据上述原则，对堤防主体结构进行了重力式挡土墙护岸、夯填砂砾石梯形断面土堤护岸两种方案的比 较： 方案一：直墙式护岸（重力式挡土墙断面）：堤身采用浆砌块石，堤后填筑砂砾石，此方案抗冲性能好，适用于河道狭窄、防洪堤后建筑物密集、涉及占地及拆迁量较大的地段，对地基承载力要求相对较高，在同一堤身高度下，浆砌石工程量较大，单位 程造价较高。 方案二：夯填砂砾石梯形断面土堤：按设计要求利用河道开挖出的砂砾石填筑堤身，表面砌筑浆砌石护面，这种河道断面有利于整治河道，增大泄洪能力，而堤身适应地基变形能力强，施工简单，进度快，在同 26 一堤身高度下，单位 本着 因地制宜、经济合理的原则，结合堤段所处地理 位置、工程现状、堤基地层岩性、筑堤建筑材料、施工条件、工程造价等因素综合比较， 认为堤防断面选择夯填砂砾石土堤为主较为经济合理；另外，在防洪区内地形比较狭窄，建筑物或耕地相对较多，拆迁量或征地量较大的少部分河段， 选用合理的防护堤型 。 （ 6）夯填砂砾石土堤防护面材料选择 根据防护材料的不同，进行 砌块石护面和现浇 护面两种方案的比较选择。 方案一： 砌块石护面。当采用人工块体或经过分选的块石为斜坡 堤 的 护 面 层 时 ， 护 面 厚 度 按 以 下 公 式 计 算 1/3 （ 5 3 )1/(（ 5 式中： Q 主要护面层的护面块体、块石个体质量（ t）； 人工块体或块石的重量（ r 水的容重（ H 设计波高； 稳定系数； t 块石或块石护面层厚度（ m）； n 护面块体或块石面数； c 系数， c= 方案二：现浇 护面。满足砼板整体稳定所需的护面厚度按以下公式计 算： 27 （ 5 式中： t 砼护面板厚度（ m）； 系数，对上部开缝板可取 砼板的重量（ r 水的容重（ H 设计波高； L 波长； B 沿斜坡方向的护面板长度 (m)； m 斜坡坡率。 两种方案除护坡材料、砌筑厚度不同外，其它设计均相同，以贴坡式护岸平均堤身高度 算得两种方案每 济投资。 （ 7）防洪堤堤身设计 4、稳定计算 （ 1）渗流计算 河道 洪水均由暴雨形成，据气象资料统计，一场洪水过程以单峰为主，中小洪水历时一般较短，峰型尖瘦，洪水回落时间很短，一场洪水持续时间 t 一般为 1 2h，难以形成稳定渗流，因堤防均以砼护面防渗，故按不稳定渗流计算。 堤防最大断面浸润线的方程为： 堤防背水坡面渗流出口比降： 28 11 其中： 2m 背水坡坡比； 0h 背水坡面浸润线溢出点的高度； y 堤防临水坡面的水位； 由于不形成稳定渗流，则堤防背水坡面不发生渗透破坏。 渗流在背水坡坡脚出现所需时间 T 按照堤防工程设计规范1）、（ 2）计算 22104 （ 1） %10 （ 2） 其中： H 平均水深； K 堤身渗透 系数； 土的有效孔隙率； n 孔隙率； 饱和度； （ 2）抗滑稳定计算 计算工况： 正常情况： 设计洪水位不稳定渗流期背水侧堤坡。 设计洪水位骤降期迎水侧堤坡。 非常情况：多年平均水位时遭遇地震的临水、背水侧堤坡。 防洪堤堤身主体为夯填砂砾石，堤坡稳定计算采用瑞典圆弧滑动计 29 算法中的总应力法。施工期和水位降落期的抗滑稳定安全系数，按照堤防工程设计规范 （ 1）、（ 2）、（ 3）进行计算。 s e （ 1） s i ns e cc o ss e （ 2） w 21 （ 3） 其中： b 条块宽度（ m）； W 条块重力（ W=2+ ； 在堤坡外水位以上的条块重力（ 在堤坡外水位以下的条块重力（ Z 在堤坡外水位高出条块底面中点的距离（ m） ； u 稳定渗流