河道治理可研报告.pdf

吴城水库大坝安全鉴定材料 北川河（北川河（西山西山桑家会桑家会段）段） 河道治理工程可行性研究报告河道治理工程可行性研究报告 设计证书号：建设部乙级设计证书号：建设部乙级 a114000426a114000426a114000426a114000426 山西省吕梁市水利勘测设计研究院山西省吕梁市水利勘测设计研究院 二二 0 0 0 0 一一 0 0 0 0 年十月年十月 1 目目录录 1、综合说明1 1.1 项目区概况.1 1.2 水文2 1.3 工程建设内容3 1.4 工程规划4 1.5 工程管理设计.4 1.6 施工组织设计.5 1.7 环境影响分析.6 1.8 工程投资估算.6 1.9 经济评价7 1.10 结论8 2水文8 2.1 流域概况8 2.2 气象9 2.3 设计洪峰流量的计算10 2.4 成果合理性分析16 3、工程地质17 3.1 地形地貌17 3.2 地层岩性17 3.3 水文地质18 3.4 区域地质构造.18 2 3.5 天然建筑材料.18 4、工程任务和规模19 4.1 社会经济概况和工程建设的必要性.19 4.2 河道整治指导思想和规划原则.20 4.3 河道治理的目标.20 5 工程设计.21 5.1 设计依据21 5.2 工程规划22 5.3 河道整治规划设计.22 5.4 河堤工程设计.24 5.8 清淤疏浚工程设计.32 5.9 堤顶防洪道路设计.33 5.10 安全防护栏设计.33 6.工程管理.37 6.3 交通与通讯设施.38 6.4 防汛抢险设施.38 7施工组织设计38 7.1 施工条件38 7.2 建筑材料38 7.3 施工导流39 7.4 主体工程施工.39 7.5 施工交通运输.41 3 7.6 施工总体布置.41 7.7 施工进度计划.42 8、环境影响评价42 8.1 环境影响评价的目的与依据42 8.2 环境影响分析.43 8.3 环境保护措施.44 8.4 结论46 9、投资估算及资金筹措46 9.1 编制说明46 9.2 投资估算结果.49 9.3 资金筹措49 10工程经济评价50 10.1 概述50 10.2 评价依据50 10.3 国民经济评价.50 10.4 国民经济评价指标.52 11、结论与建议 56 11.1 综合评价.56 11.2 结论57 11.3 建议58 附：1、*县北川河（西山段）河道治理工程平面布置图 2、*县北川河（西山段）河道治理工程横断面图 4 3、*县北川河（西山段）河道治理工程纵断图 4、*县北川河（西山段）河道治理工程防洪堤标准断面图。 1 1 1 1 1、综合说明、综合说明 1.11.1 项目区概况项目区概况 *县位于山西省西部，吕梁山中段西翼，地理位置介于东经 111 o250-111o3430,北纬 37o365838o1027之间。 *县南北长 62公里，东西宽 46公里，总土地面积为 1440 平方 公里，地势东北高，西南低，位于县城东部与交城县横尖镇交界处的 关帝山主峰南阳山（孝文山）最高，海拔 2831 米，大武镇武回庄村 河谷最低，海拔 987 米，相对高差 1844 米。 地貌东北部属土石山区，西南部为黄土丘陵沟壑区。 土石山区面 积 1170.3 平方公里，占总面积的 81.6%，该区山势雄伟，岩石裸露， 峡谷陡峻，森林茂密，地势险要，沟壑密度为 1.73.3km/km 2。天然 草灌丛生， 植被覆盖完好， 共有天然林 68.47 万亩， 其中乔木林 41.28 万亩,灌木林 27.46 万亩， 天然草地 4.22 万亩， 林草覆盖率为 51.8 %。 黄土丘陵沟壑区面积 263.8 平方公里，占总面积的 18.4%。该区梁峁 众多，谷深坡陡，沟坡植被很少，土壤贫瘠，沟壑密度为 3.8km/km 2， 林草覆盖率为 30%。 *县共辖 5 镇 2 乡，169 个行政村。截至 2009 年底全县有 3.28 万户，14.45 万人，其中农业人口 11.2 万人，农村劳动力 4.92 万个， 其中男劳力 2.586 万个。人口密度为每平方公里 98 人，人均土地面 积 14.8 亩，人均耕地面积 2.93 亩。 2 *县国民生产总值 2009 年达到 120350 万元，农业总产值 8058 万元。2009 年粮食总产量 2520 万公斤，油料产量为 221.2 万公斤。 农民人均纯收入 1485 元。农村经济走上了协调发展的轨道，农村产 业结构初步趋向合理，农业基础地位得到明显巩固。 1. 1. 1. 1.2 2 2 2 水文水文 1.2.1河道概况 北川河是三川河的一级支流，位于吕梁山脉中段西侧， 地理位置 介于东经111250-1113430，北纬373658371027之间。发 源于*县最北部的麻地渠村，由北向南纵贯*县。 北川河流域地形东部、 西部为山地和丘陵， 中部切割下陷为河川。 地势东北高，西南低，以关帝山为最高，海拨 2831 米，流域中部为 北川河河谷，平均坡降 5.65,滩谷宽在12 公里之间，滩面平坦， 人口相对密集，是本流域主要的工农业生产区域。 本次治理的河段为*县圪洞镇的西山村至桑家会村河段，全长 2400m，西山村断面处控制流域面积 639.7km2，桑家会村断面处控制 流域面积 767.8km2。 1.2.2设计洪水成果 设计洪峰流量计算河段为圪洞镇的西山村至桑家会村。 由于中间 有圪洞沟的汇入， 将设计河段从圪洞沟的汇入口分为上下两段， 上段 为西山村段、下段为桑家会村段。 根据防洪标准 ，确定设计河段乡村防护区的防洪标准为20 3 年一遇。 本次分析采用了三种计算方法，水文比拟法、 山西省暴雨洪水 计算实用手册 （以下简称手册 ）中的经验公式法和推理公式法。 同一断面三种结果互相对照检验，上下游断面纵向比较， 同时采用资 料系列的延长更能反映流域的真实状况， 使分析成果较之以前更为合 理。 各断面不同方法设计洪峰流量计算结果表 单位：m3/s 序号断面名称频率(p) 设计洪峰流量 不同计算方法结果 采用值采用值 经验公式法水文比拟法推理公式法 1西山 5% 7264601180460 2桑家会 5% 519.5519.5 在推理公式法、经验公式法、水文比拟法三种计算方法所得结果 中， 推理公式法与其他方法所得成果相差较大，而经验公式法在面积 较小的流域应用效果较好， 故本次分析各断面设计洪峰流量采用水文 比拟法计算结果。 1.31.3 工程建设内容工程建设内容 1.3.1河道治理任务 工程建设范围为*县圪洞镇的西山村至桑家会村，全长 2400m， 主要建设内容包括:河道清淤 2400 m、浆砌石河堤 4800m(其中西山村 段 1000m，桑家会村段 3800 m),堤顶防洪道路 4800m，安全防护栏 4800m。 4 1.3.2防洪标准和工程等级 根据防洪标准 （gb5020194）及堤防工程师设计规范 （gb5028698）中的规定，按 20 年洪水标准。 1. 1. 1. 1.4 4 4 4 工程规划工程规划 1.4.1工程规划 设计中,按照因地制宜,就地取材,结合工程地质条件、水流条件、 施工条件、投资、管理运行因素，确定规划方案。 北川河河道治理工程主要包括河槽疏浚工程、堤防工程、堤顶防 洪道路工程、安全防护栏工程。 1.4.2河道纵坡和过水断面设计 河道纵坡:根据实测本段河道上段纵坡为 0.0095、下段纵坡为 0.0069。 过水断面：河道设计底宽采用山西省水利水电勘测设计研究院 1999 年 5 月提出的 60 米的宽度，采用明渠均匀流公式计算各段设计 水深。 1. 1. 1. 1.5 5 5 5 工程管理设计工程管理设计 为加强河道工程管理，保证河道行洪顺畅和工程安全运行。 由* 县水利局和镇政府共同组建管理机构，由专人负责对工程进行维护、 保养。 结合工程所在地的实际情况，交通工具考虑配置工具车一辆， 生 5 产管理通讯采用无线通讯方式。 为了工程维修及防汛抢险的需要， 在堤防工程的重要堤段及险工 段的背水侧设堆料平台， 并储备一定量的砂卵石料及堆石料，河槽整 治的砂卵石开挖料直接运至堆料平台，用于防汛抢险备用。 1. 1. 1. 1.6 6 6 6 施工组织设计施工组织设计 1.6.1施工条件 建筑材料：砂石骨料、块石、卵石混凝土料可就近购买，施工用 水可抽取河水，施工用电采用自备电源。工程沿线有 209 国道，进入 施工各地段，可利用现有乡村道路通行。施工点范围内可沿河道修临 时便道满足施工材料及弃料的运输要求。 1.6.2施工导流 本工程河槽段的施工安排在非汛期施工， 以减小导流费用。 堤防 工程布置在河道两岸，临近主河槽施工时需进行导流。 1.6.3主体工程施工 本工程采用机械化或半机械化施工。 选择有相应施工经验的专业 施工队伍承担，严格按施工技术要求进行。 1.6.4施工交通运输 工程区沿线有 209 国道，对外交通比较方便， 沿河两岸有乡村道 路相通，沿堤线地段需修筑临时施工道路， 用于工程建筑材料的进出 施工现场。 1.6.5施工进度计划 6 本工程总工期二年， 第一年的 10 月至第二年 3 月为施工准备期， 完成施工道路、临建、水电及施工围堰等项目，第二年 3 月至 10 月 为上段主体工程施工期，完成该主体工程的施工任务；第二年 10 月 至第三年的 7 月为下段主体工程施工期，第三年的 7 月至 10 月为完 建期，完成工程验收和其它扫尾工程。 1. 1. 1. 1.7 7 7 7 环境影响分析环境影响分析 河道整治工程是一项社会公益性质的项目,其对环境的不利影响 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， 这些不利影响可最大限度地减小或避免。 河道整治 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， 对社会和谐和安定起到保障作用，因此，从环境影响方面来看，本区 河道整治工程是必要和可行的。 1. 1. 1. 1.8 8 8 8 工程投资估算工程投资估算 本工程主要包括河道疏浚工程、堤防工程、堤顶防洪道路和安全 防护栏。 主要工程量为：河卵石开挖 40.5 万 m 3，河卵石回填 4.78 万 m3， 浆砌石 5.049 万 m 3，伸缩缝 0.101 万 m2。 主要材料量为：柴油 254.6t，块石 5.453 万m 3，砂 2.35 万 m3， 水泥 0.73 万 t。 工程建设工期 2 年，总用工 59.59 万工时，折合工日 7.45 万工 7 日。 工程估算总投资 2940.59 万元，其中：建筑工程 2443.05 万元， 独立费用 230.21 万元，基本预备费 267.33 万元。 2010 年总投资 1305万元, 争取省补 650 万元,市配套 325万元, 县配套 330万元；2011 年总投资 1635.59 万元。 1. 1. 1. 1.9 9 9 9 经济评价经济评价 本次经济评价的基本依据为： 1、国家计划委员会和建设部联合下发的计投资1993的 530 号 建设项目经济评价方法与参数 （以下简称方法与参数 2、水利部 1994 年 3 月发布的水利建设项目经济评价规范 sl7294 进行项目经济评价。 该项目经济分析期取30 年, 由于本工程属于社会公益性质的水 利建设项目，按照规范社会折现率采用 7%，基准点为开工第一年年 初。 经计算该工程运行期的年运行费为 52.93 万元，年效益为 345 万 元。 计算结果为： 经济净现值：653 万元 经济内部收益率：9.14% 8 投资回收期：19.78 年 1.11.11.11.10 0 0 0 结论结论 该项目的实施，不仅可以提高河道的防洪标准， 而且还可以改善 当地生态环境，促进各行业的全面发展，因此，该项目的实施是非常 必要的。 项目实施期为二年，总投资 2940.59 万元；当社会折现率为7 时，经济内部收益率为 9.14，经济净现值为 653 万元，投资回收期 19.78 年。 根据以上分析，该项目的建设是十分必要的，在技术、社会、 环 境上是可行的， 经济上是合理的， 各级政府和人民群众对此非常重视， 建议尽快立项实施。 2 2 2 2水文水文 2.12.12.12.1 流域概况流域概况 北川河是三川河的一级支流，位于吕梁山脉中段西侧， 地理位置 介于东经111250-1113430，北纬373658371027之间。发 源于*县最北边的麻地渠村，由北向南纵贯*全县， 在*县境内流长 80 公里，流域面积 1315.4 平方公里，出大武流进离石区，在柳林县 汇入黄河。多年径流总量为 6951 万m3。 北川河流域地形东部、 西部为山地和丘陵， 中部切割下陷为河川。 9 地势东北高，西南低，以关帝山为最高，海拨 2831 米，山上多为花 岗岩和古老变质岩分布，森林茂密，天然草灌丛生，1800 米以下为 不同厚度的黄土覆盖，植被稀疏，支离破碎，水土流失严重。流域中 部为北川河河谷，平均坡降 5.65,滩谷宽在12 公里之间，滩面平 坦，人口相对密集，是本流域主要的工农业生产区域。 2.22.22.22.2 气象气象 *县属于暖温带大陆性季风气候区，四季分明。 由于夏季多受副 热带海洋气团影响， 冬季受极地大陆性气团控制， 四季气候差异悬殊， 形成春季干旱、多风少雨；夏季炎热，多暴雨；秋季凉爽，阴雨连绵； 冬季寒冷，雨量稀少的气候特点。 1、温度 多年平均气温介于49之间， 无霜期90150 天， 冰冻期45 个 月 。 全 年 0 的 活 动 积 温 28003700 ， 10 积 温 22003100。年均日照时数为 2738 小时，春季日照时数最多，在 作物生长期的平均日照时数为610 小时，属短日照地区。 2、降水 多年均降雨量为 440650 毫米，均值 524.9 毫米，雨量分布受 地形地貌的影响十分明显，其分布规律是东北部最多，西南部最少。 雨量年际变化悬殊，最多年和最少年相差 473 毫米。 雨量季节变化较 大，降雨主要集中在七、八、九三个月，占年降雨量的 63%，形成了 年际、季节旱涝交错的气候状态。 10 3、风向、风速 最大风力67 级，多年平均大风日数67 天，最多 13 天，最 少 2 天。多年平均风速为 2.9 米/秒，最大风速为 28.7 米/秒，其特点 为：深秋至初春多为西北风，春夏多为东南风。 4、蒸发量 年平均蒸发量 1907mm，为年降水量的 3 倍多。最大年蒸发量为 2039.9 mm， 最小年蒸发量为 1770.5 mm， 年平均蒸发量为 1852.3mm。 2.32.32.32.3 设计洪峰流量的计算设计洪峰流量的计算设计洪峰流量的计算设计洪峰流量的计算 设计河段下游约1km 处设有 1 处圪洞水文站， 控制面积 749km2。 结合设计河段两岸实际情况，根据防洪标准 ，确定设计防洪标准 为 20 年一遇。 2.3.1 计算方法 北川河*段设计洪峰流量分析计算报告中指出，推理公式法 与其他方法所得成果相差较大， 而经验公式法在面积较小的流域应用 效果较好，故本次分析各断面设计洪峰流量采用水文比拟法计算。 11 治理段 12 2.3.2.3.2.3.2.3.2 2 2 2 计算公式 计算公式： 3 2 ）（ 参 设 参设 f f qq pp = 式中：q设参设计断面频率为 p 时的洪峰流量（m3/s） ； q设p参证站频率为 p 时的洪峰流量（m3/s） ； f设设计断面控制流域面积（km2） ； f 参参证站控制流域面积（km2） 。 2.32.32.32.3.3 .3 .3 .3参证站不同频率洪峰流量的推求参证站不同频率洪峰流量的推求 由于设计断面距离圪洞水文站较近，各断面的流域特征（流域面 积、下垫面等因素）与圪洞水文站相近，所以可以将圪洞水文站做为 各设计断面的参证站进行设计洪峰流量计算。 2.3.2.3.2.3.2.3.3 3 3 3.1 .1 .1 .1 水文站基本情况水文站基本情况 圪洞站设立于三川河的一级支流北川河中游， 属黄河流域黄河水 系。位于山西省吕梁市*县圪洞镇圪洞村，地理坐标为东经11114， 北纬3753。 1957 年 1 月由黄河水利委员会设立峪口水文站， 测验断 面位于*县峪口镇南村（f=1133km2） ，1960 年 4 月，上迁 20km 至 圪洞镇，改名为圪洞水文站，1965 年 4 月移交山西省水文总站。 2.3.2.3.2.3.2.3.3. 3. 3. 3.2 2 2 2 历史和实测洪水资料历史和实测洪水资料 收集到1957年2007年实测系列洪水资料51年， 其中1957年 1959 年系峪口水文站实测，1960 年2007 年系圪洞水文站实测。历 史调查洪峰流量为 1196m3/s（1875 年） 、 852m3/s（1917 年） 。圪洞 水文站与峪口水文站两站观测断面流域面积相差 384km2，但形成洪 水的下垫面自然环境条件基本一致。峪口站 1957 年1959 年实测洪 13 峰流量按面积的三分之二次方修正； 经修正与圪洞水文站实测洪峰流 量系列合并为一个样本系列进行频率计算。 2.3.2.3.2.3.2.3.3 3 3 3.3 .3 .3 .3 水文资料的合理性检查分析水文资料的合理性检查分析 1、可靠性分析 实测洪水资料来源于中华人民共和国水文年鉴及刊印成果， 圪洞水文站历史洪水资料来源于山西省洪水调查资料 。 2、 一致性分析 资料系列的一致性，就是要求所使用的资料系列必须在同一类 型或在同一条件下产生的。该流域气象成因不存在差异， 一般情况下 洪水是在暴雨的情况下形成的。 人类活动对水文的影响是十分复杂的，要搞清楚其影响规律及 影响程度，是比较困难的，也是水文研究的重要内容。我们曾对圪洞 水文站年降水量与年径流深点绘双累积曲线分析，其关系基本成直 线，一定程度上说明人类活动影响是存在的，但不重要。 3、代表性分析 水文资料系列的代表性是样本相对于总体而言，一般资料系列 越长，丰平枯齐全，其代表性也愈高。圪洞水文站实测洪水资料系列 长达 48 年，具有一定的代表性。 4、独立性分析 上述资料系列（洪峰流量）都是按照年最大值法取样所得，所以 该资料系列具备独立性。 2.3.2.3.2.3.2.3.3 3 3 3.4 .4 .4 .4 推求方法推求方法 14 1 1 1 1、经验频率计算、经验频率计算 将特大洪水与一般洪水构成的不连续系列，作为一个（不完全） 样本，有下列计算公式： 特大洪水特大洪水: : : :100 1 + = n m pm 式中： pm历史特大洪水流量或实测系列中的特大洪水流量经验频 率（%） ； m历史特大洪水流量或实测系列中的特大洪水流量在调查期 内的序位； n调查期年数。 一般洪水一般洪水: : : :100 1 ) 1 1( 1 + + + + = ln l n a n a m p i m 式中： pm实测洪水流量经验频率（%） ； a特大洪水的项数； l实测洪水流量系列中按特大洪水流量处理的项数。 2 2 2 2、统计参数的计算、统计参数的计算 统计参数按矩法计算 计算公式：q n q na nl q ni a i nl =+ 1 11 () c n k na nl k vi a i nl = + 1 1 11 2 11 2 ()() 2.3.2.3.2.3.2.3.3 3 3 3.5 .5 .5 .5 设计洪峰流量推求结果设计洪峰流量推求结果 按皮尔逊 p型曲线，离差平方和最小准则进行适线，使其点 15 线拟合最佳（见图2-1） ，以此推求各种频率的设计洪峰流量值，推求 结果为： 圪洞水文站：圪洞水文站：q q q qp p p p, , , ,5%5%5%5%=511m=511m=511m=511m3 3 3 3/s /s /s /s。q q q qp p p p, , , ,10%10%10%10%=348m=348m=348m=348m3 3 3 3/s /s /s /s。 图 2-1圪洞水文站洪峰流量频率曲线图 2.3.2.3.2.3.2.3.4 4 4 4 各设计断面洪峰流量计算各设计断面洪峰流量计算 在设计河段下游设有圪洞水文站， 流域内各计算断面的流域特征 与圪洞水文站基本相同，因此，各断面设计洪峰流量计算，以圪洞水 文站为参证站，选取圪洞水站相应频率的洪峰流量计算， 比拟法计算 结果见表2-1。 水文比拟法计算各断面设计洪峰结果表 16 表 2-1单位：km2、m3/s 断面名称频率(p) 圪洞参证站 流域面积 (f) 设计流量 (q) 面积(f)流量(q) 西山5%749511639.7460 桑家会5%749511767.8519.5 2.42.42.42.4 成果合理性分析成果合理性分析 目前， 我省设计洪峰流量的常用计算方法有淤地坝工程技术规 范规定的方法、经验公式法、推理公式法和水文比拟法 4 种计算方 法。每种计算方法各有其适用范围。 1、 淤地坝工程技术规范是山西省企业标准，于 1986 年 1 月 1 日起实施，适用于我省水土流失地区，流域面积小于 50km2的小流 域淤地坝工程。其计算结果与其他方法（经验公式法）接近。 2、经验公式法对产汇流这一比较复杂的随机物理过程进行了简 化甚至予以忽略，使其经验参数不稳定，其变幅较大，加之设计河段 流域有几种地类组成，故一般不宜采用。而面积较小的流域，经验公 式法所求得值效果还比较好。 3、推理公式法的理论虽然比较完备，在我省有一套完整的运算 系统，参数分析所选水文站资料均来自省内成果。 但推理公式法与其 他方法所得成果相差较大， 其原因主要是流域产流地类的面积仅仅考 虑地质条件，对流域植被、地形条件基本没有考虑。在具体的设计洪 峰流量分析中，由于资料所限，流域地类划分难度大，亦不宜采用。 4、水文比拟法的首要条件，要求参证站的水文下垫面条件与设 计断面以上流域水文下垫面基本相近。选用圪洞水文站作为参证站， 17 为同一流域，其地类、暴雨等主要影响因素有着一致性，虽然二者面 积有差异， 但计算公式本身考虑了面积差异， 故采用圪洞水文站作为 参证站的水文比拟法比其它方法推算值更为合理。 3 3 3 3、工程地质、工程地质 3.13.13.13.1 地形地貌地形地貌 该段河床主要为砂、砾石，河床稳定性较好。河流受地质构造的 控制， 在东西背斜之间循着褶皱走向， 由北向南流去， 由于谷狭坡大， 河漫滩、二级阶地和洪积扇发育不好， 一级阶地是河谷地貌的主要单 元。河漫滩土质偏砂，并夹有砾石和砂滩，宽度在 50 米左右。一级 阶地高出河床 2-6 米，阶面较平坦，微向河床倾斜，宽约 100 米， 为 近代河流洪积冲积物，上面是 1-3 米深的砂性黄土状物质，下部为砂 砾石层，二元结构明显，保存完好。 3.23.23.23.2 地层岩性地层岩性 该区处于吕梁块隆的芦芽山赤坚岭梭形掀背斜南端，关帝山穹 状隆起西缘， 离石中阳菱形复向斜北端。 自然地貌为变质岩褶皱断裂、 岩浆岩剥露穹隆中山、山间黄土谷地和梁峁状黄土丘陵四种类型。 区 内出露地层由老至新为： 中太古界界河口群奥家滩组（ar2a） 和上太古界吕梁山群赤坚 岭组 （ar3c） 、 杜家湾组 （ar3d） 、 宁家湾组 （ar3n） 及混合杂岩带 （mr） 。 下元古界野鸡山群的青杨树湾组（ptlqy）和白龙山组（ptlb） 。 18 震旦亚界长城系的汉高山组（zchn） 。 古生界寒武系（） 、奥陶系（o） 、石炭系（c）及二迭系（p） 。 新生界第三系（n）和第四系（q） 。 3.33.33.33.3 水文地质水文地质 *县地质发展史与整个华北大陆一致， 前震旦系地层为巨厚的混 合花岗岩及其它古老变质岩， 分布在东部关帝山周围， 为隆起褶皱区。 大武杨家会以北大部分地区以太古界、 元古界地层为主， 主要有吕梁 山群野鸡山群变质岩、混合花岗岩。古生界寒武系、碳酸岩和石炭二 迭系碎屑岩分布于石站头，张家塔及杨家会以南地区。新生界、第三 纪地层覆盖于各地层之上。第四系地层沉积于北川河河道与沟谷地 带。 3.43.43.43.4 区域地质构造区域地质构造 据山西省地震活动资料,本区在离石以东田家会附近于 1829 年 4 月发生 5.25 级地震一次， 据1： 400 万 中国地震烈度区划图 （1990） （山西部分） ，本区地震烈度为 6 度。 3.53.53.53.5 天然建筑材料天然建筑材料 本工程建设需用建筑材料种类为：块石、水泥和清砂。 水泥：在*县水泥厂购买。*县水泥厂位于*县大武镇东坡村。 块石： 在潘家坂石料厂购买，潘家坂石料厂位于*县圪洞镇潘家 坂村。 19 清砂：项目区上游有采砂场，产量能满足要求。 4 4 4 4、工程任务和规模、工程任务和规模 4.14.14.14.1 社会经济概况和工程建设的必要性社会经济概况和工程建设的必要性 4.1.14.1.14.1.14.1.1 社会经济概况社会经济概况 项目区共涉及*县圪洞镇的西山和桑家会两个行政村，共192 户，636 口人，劳动力 288 个，现有耕地面积 1272 亩。 区内以农业生产为主，2009 年农业产值 57.24 万元，生产粮食 38.2 万kg，农民人均纯收入 1450 元。 4.1.24.1.24.1.24.1.2 河道治理现状及存在的主要问题河道治理现状及存在的主要问题 （1）治理情况 该区群众历来就有治河造地的习惯，虽然治理标准低、规模小、 系统性差，但在开发滩地促进经济发展方面确实起到了积极作用。 （2） 、河道现状及存在的主要问题 1、河段大部分河道的行洪能力不足 5 年一遇的防洪标准。 2、支流汇入口没有工程设施，水流紊乱，破坏堤防。 3、河道淤积严重。 4.1.34.1.34.1.34.1.3 工程建设的必要性工程建设的必要性 经过多年治理，项目区防洪除涝工作已取得巨大成绩， 但由于自 然地理特点和经济社会条件限制，防洪减灾体系尚不完善， 防洪能力 20 偏低，防洪保护区的防洪标准与社会和经济发展的要求还不相适应。 随着经济的快速发展，社会的不断进步， 资产与财富也在快速积 累。 人民群众对于提高防御洪涝灾害的能力， 享有防洪安全保障的要 求不断提高。 项目区河段的这一现状与两岸群众生命财产及社会经济发展越 来越高的防洪保安的要求形成了十分尖锐的矛盾。 对河道进行彻底整 治，解决河道两岸的防洪问题已势在必行，刻不容缓。 4.24.24.24.2 河道整治指导思想和规划原则河道整治指导思想和规划原则 以邓小平理论和“三个代表”重要思想为指导，以科学发展观为 统领，针对北川河突出的洪涝问题和防洪最薄弱环节，以保障人民群 众生命财产的安全为根本，以提高城乡防洪减灾能力为目的，以河道 疏浚防护等工程措施为手段，通过河道治理， 保障区域防洪安全和粮 食安全，促进社会主义新农村建设，支撑区域经济社会可持续发展。 4.34.34.34.3 河道治理的目标河道治理的目标 本次治理的目标是：通过治理，使洪水威胁严重、洪涝灾害较频 繁、 损失较大、 严重影响区域经济社会发展的重点河段的防洪能力得 到增强， 区域内人民生命财产和经济社会发展的防洪安全保障问题得 到初步解决。 21 5 5 5 5 工程设计工程设计 5.15.15.15.1 设计依据设计依据 5.1.1 设计标准 根据防洪标准 （gb5020194）及堤防工程师设计规范 （gb5028698）中的规定，设防标准如表41，按 20 年重现期设 防。 表41 分段防护等级 防洪标准洪水 重现期（年） 堤防级别 治理段204 5.1.2 设计依据 1 中华人民共和国国家标准防洪标准gb50201-94； 2 中华人民共和国国家标准 sl44-93水利水电工程设计洪水计 算规范 ； 3 中华人民共和国行业标准公路工程水文勘测设计规范 jtgc30-2002； 4 中华人民共和国国家标准 堤防工程设计规范gb50286-98； 5 中华人民共和国行业标准城市防洪工程设计规范 ； 6 中华人民共和国水利行业标准 sl379-2007水工挡土墙设计 规范等。 22 5.25.25.25.2 工程规划工程规划 根据现有堤防和河道建筑物工程水毁的各种经验教训， 综合考虑 地质条件，水流条件、施工条件、投资、管理运行等方面的因素， 按 照因地制宜，就地取材的原则，确定治理规划方案。 河道整治工程主要包括堤防工程、河槽疏浚工程。以 20 年一遇 洪水标准设计，堤防等级为 4 级。 5.35.35.35.3 河道整治规划设计河道整治规划设计 5.3.1 河道治导线设计 河道治理的目标就是确定合理的治导线最终形成固定而平顺的 河床，使两岸形成固定的河岸。治导线是否合理，直接关系到河道整 治中工程规模，投资多少和整治后河流的稳定情况， 因此治导线的确 定是河道规划中一项重要内容， 本次河道治理治导线的规划遵守了以 下原则。 1、因势利导，顺应天然河流的流势，尤其是比较稳定的河段， 它们是流域水沙和河床边界长期作用的产物,是确定治导线的基本依 据。 2、河槽尽量顺直，但应遵循河流走势的自然规律，保持必要的 弯道，不强求裁弯取直。 3、结合河道岸边的特点，在可能的情况下尽量使河道依托在基 岩、陡岸，以便减少工程量，降低工程投资。 4、 以河道主河堤间中心点和主要建筑物中点作为河道治理设计 23 横断面的中心点。 5、尽可能利用已建堤坝，节约投资，但已建工程影响到行洪要 求时，应予以拆除。 5.3.2 河道纵坡设计 河道纵坡设计和河道中心线的设计皆为河道整治规划设计的重 中之重，其设计的原则是： 1、规划的河道纵坡要和原河道纵坡基本一致，可以在局部地段 进行调整，使河道纵坡变化趋小，纵坡趋于更合理。 2、 河道纵坡设计要兼顾上下游，尽可能使河道纵坡变化小一些， 较陡和较缓的坡段要给于适当的调整， 以利水流平稳过渡， 避免出现 流态发生大的不均匀性，以利于河床的相对稳定。 3、考虑到近年来，降雨偏少，没有发生过较大的洪水，河道多 数是淤积，而不是下切的情况，在设计纵坡时，尽可能不要填方或少 数地点填方，挖深一般控制在2m 左右。纵坡从上游到下游依次为 0.0095、0.0069。 4、河道纵坡变化起始端不允许放在弯道内，尽可能远离弯道。 5.3.3 河道过水断面的设计 河道设计采用明渠均匀流公式计算出设计水深。计算结果见表 51。 计算公式： ricq= 式中：q河道设计洪水流量（m3/s） ； 24 河道过水断面积（m2） ； c谢才系数 6/1 1 r n c= ； n过水断面糙率， 河床为砂砾或卵石组成， 底坡较均匀 n=0.04； r水力半径； i河道纵坡； 5.45.45.45.4 河堤工程设计河堤工程设计 5.4.1 堤顶高程 根据堤防工程设计规范 ，堤顶高程为设计水深加堤顶超高确 定。堤顶超高按计算公式为： y=r+e+a 式中：y堤顶超高（m） rp设计波浪爬高（m） e设计风壅增水高度（m） a安全加高，根据堤防工程设计规范 （gb50286 98）表 2.2.1， 4 级堤防安全加高为 0.6m。 5.4.1.1 设计波浪爬高 设计综合纵坡过水水力流速 流量糙率i断面半径v (m3/s) nwxr(m/s) 1西山4600.040.0095602.04122.464.081.913.76 2桑家会519.50.040.0069602.5150652.313.46 表5-1 序 号 分 段 河宽 b (m) 水深h (m) 湿周 25 公式采用： 河坝内坡比 m=0.1 故采用 m1.25 时，rp=kkvkpr0h（c.3.12） 进 行计算。 式中：k斜坡的糙率及渗透性系数，查表 c.3.11 k=0.8 kv经验系数，可根据风速 v=13（m/s） 、水深（m） 、重力 加速度 g=9.8（m/s2）组成的无维量 v/gd查表 c.3.1 2 得：d=2.0 时kv=1.213d=2.5 时kv=1.176 kp爬高累积频率换算系数，据/h d和累计频率查表求得。 r0无风情况下,光滑不透水护面(k=1)、h=1m 时的 爬高值，按表c.3.14 确定。查表得：r0=1.282 h 堤前波浪的平均坡高（m） 0.45 2 2 0.7 2 2 0.0018() *0.13 0.7() 0.13 0.7()0.7 gf vgd v hthth gd gv th v = 式中： d水深（m） v计算风速（m/s） ，取 13m/s f风区长度（m） ，取 60m g重力加速度，取 9.81m/s2 经计算 d=2.0 时h=0.0612d=2.5 时h=0.0614 d=2.0 时/h d=0.0612/2.0=0.0306 d=2.5 时/h d=0.0614/2.5=0.0246 /h d0.1 故：kp=2.07 计算得：d=2.0 时 rp=0.81.2132.071.2820.0612=0.16m d=2.5 时 rp=0.81.1762.071.2820.0614=0.15m 5.4.1.2 风雍水面高度 26 计算公式： 2 cos 2 kv f e gd =(c.2.1) 式中：e计算点的风壅水面高度（m） ； k综合壅阻系数，可取 k=3.610-6； v设计风速，按计算波浪的的风速确定,v=13m/s； f计算点逆风向量到对岸的距离(m)，取 60m； d水域平均水深； 风向与垂直于坝轴线法线的夹角，取 45。 将以上数据代入公式计算得： d=2.0 时，风雍水面高度为：e=0.0009m d=2.5 时，风雍水面高度为：e=0.0007m 5.4.1.3 堤顶超高 西山段，d=2.0，y=0.16+0.0009+0.6=0.7609m 桑家会段，d=2.5，y=0.15+0.0007+0.6=0.7507m 取 y=0.8m。 5.4.1.4 河堤高度 堤高=设计水深+堤顶超高。计算结果见下表 表5-2 河段设计水深（m）堤顶超高（m）堤高（m） 桑家会段2.50.83.3 西山段2.00.82.8 5.4.2、坝基埋深 1、水流平行于岸边的冲刷计算。 计算公式采用堤防工程设计规范 （d2.2-1） ()1 cpn bp v hh v =+ 允 27 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） ，河槽水深在 2.5m 左右。 河床按小卵石考虑， 查 水力计算手册 表 2-1-10， 取vh=1.5m3/s; n与防护岸坡在平面上的形状有关，一般取 n=1/4。 计算结果见表5-3 河坝冲刷深度计算(水流平行于岸坡) 工程名称 冲深 (m) 局部 冲刷 深 hb (m) 冲刷 处水 深 hp (m) vcp (m/s) v允 (m/s) n vcp/v 允 (vcp/v允)n 1 西山段0.262.32.043.761.50.252.50.26 桑家会段0.252.752.53.631.50.252.420.25 2、基础深度的确定 基础埋深应为计算局部冲刷深度加上安全深度。 即：h 基= h冲深b+，安全深度可取22. 5m，各段河坝的基 础确定见表54 坝基埋深表 表5-4 工程名称冲深（m）基础埋深 西山段0.262.52.8 桑家会段0.252.52.8 5.4.3、坝型、结构 浆砌石堤防型式为重力式，共规划堤防工程 4800m，其中:西山 28 段堤防长 1000m，桑家会堤防 3800m，堤防工程顶宽 0.5m，迎水坡 直立,背水坡 1:0.4，具体结构尺寸详见附图。 5.4. 4 稳定计算(以桑家会村段为例进行计算) 1、土压力计算 土压力 pa2=1/2h2kab（ 土力学p103） 式中：h坝后回填土高度，取 h=4.9m; 坝后回填土容重，取=1.7t/m3 b计算长度，取 b=1.0m ka主动土压力系数，ka=tg2(35-/2)=0.271 回填土摩擦角，取=35 2、坝体受力计算，具体计算结果见表5-5。 3、地基应力验算 max min gm p aw = 式中： max min p河坝基底应力的最大值或最小值（kpa） ； g作用在河坝上全部垂直于水平面的荷载（kn） ， g= 28.64kn， m作用于河坝上全部垂直于水平面平行前墙墙面 方向形心轴的力矩之和（knm） 。m=12.04knm； a河坝基底面的面积（m2） ，a=2.66m2； w河坝基底面对于基底面平行前墙墙面方向形心轴的截 面矩（m3） ， 2 1 6 wlb= b=2.661=2.66m2,w=12.662/6=1.18m3 29 max min gm p aw =28.64/2.6612.04/1.18=20.97/0.564=25t/m2 地基满足要求。 4、抗滑验算： c f g k h = 式中：kc河坝沿基底面的抗滑稳定安全系数； f河坝基底面与地基之间的摩擦系数，取 0.35； g同上，g= 28.64kn， h作用于河坝上全部平行于基底面的荷载（kn） ， h=5.53kn； c f g k h = =0.3528.64/5.53=1.813ke=1.151.05， 抗滑满足要求。 5、抗倾验算 0 v h m k m = 式中：k0河堤抗倾覆稳定安全系数； mv对河堤基底前趾的抗倾覆力矩（knm） ， mv=35.08knm mh对河堤基地前趾的倾覆力矩（knm） ，mh=9.03knm。 0 v h m k m = =35.08/9.03=3.885ko=1.31.4, 抗倾稳定满足要求。 30 重力式坝稳定分析计算表重力式坝稳定分析计算表 表 5-5 受力名称符号计算式 作用力(t) 对 o 点力 臂 对 o 点力矩 对 a 点 力臂 对 a 点力矩 垂直力 水平力 自重 g10.55.42.46.481.087.000.251.62 g2(1/2)2.165.42.414.000.111.541.2217.08 土重w1(1/2)1.964.91.78.160.685.532.00716.38 土压力pa2(1/2)1.74.9 20.271 5.531.639.031.6339.03 28.645.5312.049.0335.08 31 5.4.5 弯道设计 本次设计基本维持原河床弯道，只对局部地段稍作调整，并保证 弯道半径不小于倍水面宽。此次河道整治工程设计共有弯道 3 处。 5.4.5.1 弯道横向水位差计算 弯道横向水位差是水流在弯道内作曲线运动时， 引起的横断面上 凹岸与凸岸水位之差，计算公式采用水力计算手册p565 公式进 行计算。 2 2 2 1 () 1 12 m vb h bgr r = + 式中：h弯道横向水位差（m） b弯道水面宽度(m) r弯道断面中心线的曲率半径(m) v断面中心平均流速（m/s） 具体计算见表5-6。 5.4.5.2 弯道最大冲深值计算 计算公式采用水力计算手册p566 公式进行计算： max 1 12 m hb hr = + 式中： max h 最大冲深值（m） （从水面算起） ； m h 计算断面平均水深（m） ； m h=/b，其中：为过水断面面积（m2） b 为河面宽（m） 1 r 凹岸曲率半径（m） 。 32 具体计算见表5-7。 5.4.5.3 弯道左右堤长度计算 180 r l = 式中：弯道弧度对应的园心角。 r圆弧半径。 具体计算见表5-8。 5.4.7 其它设计 1、 伸缩缝 砌石河堤每50m 设一条伸缩缝，伸缩缝用沥青木板塞缝。 2、堤后排水 河堤后设两排排水管，分别在离河槽底 1.0m、2.0m 高处，排水 管口设反滤料。 5. 5. 5. 5.8 8 8 8 清淤疏浚工程设计清淤疏浚工程设计 对河道治理范围内河床进行清淤疏浚， 清淤疏浚工程遵守了以下 原则。 1、河道行洪能力达到 20 年一遇防洪标准。 2、设计河道清淤要尽量与上下游进、出口河段平顺连接，尽量 维持河道自然坡度。 不对河道作过多挖填， 不过大改变河道自然纵坡。 3、对河道内部分地段进行裁弯取直，疏浚后的河底高程需满足 现有桥梁基础的防护。 33 4、对河道内已有的但未经河道管理部门及防汛部门批准的影响 行洪的建筑物予以拆除。 5. 5. 5. 5.9 9 9 9 堤顶防洪道路堤顶防洪道路设计设计 堤顶防洪道路布置在河堤两侧,道路宽5m， 长 4.8km， 先铺 0.2m 砂砾石垫层，再现浇 c20 混凝土 0.3m，路面与堤顶同高。 5. 5. 5. 5.10101010安全防护栏安全防护栏设计设计 由于堤防两岸是居民区，堤防工程较高，为了安全，在堤防工程 顶部设安全防护栏 4.8km。 34 弯道横向水位差计算表(假定平均流速发生在断面中线，比能与断面为定值时的横向水位差) 表 5-6 序号桩号h 流速 v (m/s) v2gv2/g弯曲方向 中心线半 径 r(m) 水面宽 b(m) 1+b2/12r21/ 编号 10+000 20+2100.2873.7614.149.811.44左300601.00330.997 30+2900.4293.7614.149.811.44右200601.00750.993 40+8900.1743.4611.979.811.22右420601.00170.998 35 弯道最大冲深值计算表 表 5-7 序号桩号 冲刷深 h (m) hmax (m) hm (m) 过水断面面 积(m) 凹岸水深h1 (m) 凸岸水深 h2 (m) 河面宽b (m) 凹岸半径 r1(m) 备注 10+000 20+2100.7422.7822.04122.42.181.960330 30+2901.0643.1042.04122.42.251.8360230 40+8900.6673.1672.51502.592.4160450 36 弯道左、右岸坝长度计算表 表 5-8 序号桩号 弯道方向性 （凹） 弯道中心线长度 （m） 凹岸长度 （m） 凸岸长度 （m） 弯曲角 凹岸半径 r1（m）