灰河治理工程初步设计报告.doc

- 1 - 存档编号存档编号 华北水利水电大学华北水利水电大学 north china university of water resources and electric power 毕毕 业业 论论 文文 题目题目 河南省舞阳县灰河河南省舞阳县灰河 治理工程治理工程 水文计算水文计算 学学 院院 水利学院水利学院 专专 业业 水文与水资源工程水文与水资源工程 姓姓 名名 张涛张涛 学学 号号 201103310 指导教师指导教师 和吉和吉 陈海涛陈海涛 完成时间完成时间 教务处制 - 2 - 独立完成与诚信声明 本人郑重声明：所提交的毕业设计（论文）是本人在指导教师的 指导下，独立工作所取得的成果并撰写完成的，郑重确认没有剽窃、 抄袭等违反学术道德、学术规范的侵权行为。文中除已经标注引用的 内容外，不包含其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明并表 示了谢意。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 毕业设计（论文）作者签名： 指导导师签名： 签字日期： 签字日期： - 3 - 毕业设计（论文）版权使用授权书 本人完全了解华北水利水电学院有关保管、使用毕业设计（论文） 的规定。特授权华北水利水电学院可以将毕业设计（论文）的全部或 部分内容公开和编入有关数据库提供检索，并采用影印、缩印或扫描 等复制手段复制、保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关 部门或机构送交毕业设计（论文）原件或复印件和电子文档（涉密的 成果在解密后应遵守此规定） 。 毕业设计（论文）作者签名： 导师签名： 签字日期： 签字日期： - 4 - 目目 录录 1 1气象水文气象水文 8 8 1.1流域概况 .8 1.1.1地理位置、地形、地貌8 1.1.2河流水系8 1.2河道概况 .8 1.3流域概况 .9 1.4水文气象 .9 1.5设计洪水分析 11 1.5.1设计点雨量.11 1.5.2设计面雨量.12 1.5.3暴雨递减指数.13 1.5.4暴雨时程分配.13 1.5.51.5.5设计洪水设计洪水.22 1.5.6施工期设计洪水.25 2 2工程任务与规模任务工程任务与规模任务 3030 2.1地区社会经济概况 30 2.2工程现状及存在的问题 31 2.2.1工程现状.31 2.2.2存在问题.32 2.3工程建设的必要性 32 2.4工程任务 33 2.52.5工程规模及治理标准工程规模及治理标准 34 3 3工程设计工程设计 3535 3.1工程等别 35 - 5 - 3.2设计依据 35 3.2.1主要规程规范.35 3.2.2有关文件和资料.35 3.3设计原则 35 3.4工程设计 36 3.4.1堤防工程设计.44 3.4.2河道工程设计.36 - 6 - 摘要： 本文就舞阳县境内灰河河道的工程治理中的水文分析计算做了详细的 计算 - 7 - - 8 - 1气象水文 1.1流域概况 1.1.1 地理位置、地形、地貌 沙河、澧河横贯舞阳全境，灰河、泥河、唐河、骂子河、卷河、干江 河等流域覆盖舞阳全境，境内地势总体西高东低，地形分岗区、平原、洼 地。 舞阳县土壤系西南山前坡积、堆积和河流冲积土。据资料显示：全县 土壤计分 4 个土类，7 个亚类，13 个土层，26 个土种。分布广泛的土种主 要有粘性土和砂性土。 1.1.2 河流水系 灰河古称昆水，又名万泉河，发源于鲁山县楼桃山，流经鲁山、叶县 于舞阳县章化乡湾杨村入境，经章化乡、北舞渡镇，至北舞渡镇汇入沙河。 北舞渡镇有灰河拦河闸一座。用于向灰河灌区提供灌溉水源。 1.2河道概况 灰河防洪标准不足二十年一遇，河床宽 20m，河深 10m 左右，河床比 降为 1/5000，现有堤防 16.2km，堤顶宽 3m 左右，堤高不足 3m。现有涵 闸 6 座（需维修） ，拦河闸 1 座（需维修） 。 灰河河道现状存在的问题具体表现在：河道工程包括堤防、涵闸、 桥梁、疏浚等项目绝大部分为上世纪五、六十年代所建，由于运行时间较 长，运行次数频繁，加上运行期间整修加固的力度较小，致使河槽堤防、 - 9 - 涵闸、桥梁等工程均遭受了不同程度的损坏和损毁。河槽淤积严重，过 水断面减小。过堤涵闸上下游连接段损坏，钢闸门板变形，钢筋砼闸门 板几何图形不完整，止水损坏，启闭机锈蚀。跨河桥梁宽度较小，设计 荷载标准较低，桥面板和桥墩、拦杆都有严重损坏。堤防受雨水常年冲 刷，堤顶高程降低，顶部缩窄，边坡冲刷严重。 1.3流域概况 灰河古称昆水，又名万泉河，发源于鲁山县楼桃山，流经鲁山、叶县 于舞阳县章化乡湾杨村入境，经章化乡、北舞渡镇，至北舞渡镇汇入沙河。 全流域面积 506km2，舞阳境内流程 9.169km。灰河流域水系情况见图 2- 1。 表 2-1 灰河主要支流 桩号名称起止地点河长(km) 流域面积 (km2) 0+650湾李沟入口 章化郭庄湾李 612 1+200朱左沟入口 章化魏楼朱左 65.3 3+110岭谢沟入口 章化榆林王桥 4.53.5 3+160 湾刘沟入口 马村黄林北舞渡湾刘 46 4+100 塚张沟入口 北舞渡西魏塚张 33 1.4水文气象 舞阳属温带大陆性季风气候，温暖多雨，光照充足，四季分明，夏季 多偏南风，冬季多偏北风。由于季风河流的转换，四季气温高低，降水多 不同。常发生涝灾和旱灾。一般旱灾多于涝灾。 舞阳多年平均气温 14.8，最高气温 43,8，最低气温-16，平均日 照 2278 小时，无霜期 220 天；平均年降雨量 812.8 毫米，年际分配不均， - 10 - 最高年降雨量 1373.6 毫米（1975 年马湾站） ，最低年降雨量 401.2 毫米 （1966 年，何口站） ，年降雨量变差系数 cv 值为 0.245，年内分配亦不均 匀，69 月份占全年平均降雨量的 60.7%，年均径流量 208 毫米，69 月 份占全年平均径流量的 79%。平均水蒸发量为 1120 毫米，干旱指数 r=1.38，陆面蒸发（假定地下水无越流渗透）605 毫米，舞阳属季风气候， 夏季、受太平洋高温高湿控制，多偏南风，冬季，受西伯利亚冷高压控制， 多偏北风，春、秋季为季风转换的过渡季节，风向变化无常。 、 、 、 、 、 、 、 、 平顶山市 郾城区 、 漯河市 图 2-1 灰河流域水系示意图 - 11 - 1.5设计洪水分析 由于工程区无实测径流资料，本次设计按照 2005 年河南省暴 雨参数图集及河南省水利工程水文计算常用图对灰河水文进 行分析计算。 1.5.1 设计点雨量 流域内无实测降雨资料，由河南省暴雨参数图集 （河南省水 文水资源局 2005 年 12 月编制出版）查得流域内： 其中 84 图集中所得下表 时段 101624 点雨量均值ht(mm)17.54592123 变差系数cv0.430.550.660.67 由于资料的缺失 73 图集里只有平均年最大 24 小时雨量图，因此由 73 图集得： 时段点雨量均值变差系数 241280.48 设计点雨量计算公式： tptpthhk 式中： tph t 时段设计频率为 p 的点雨量； th t 时段点雨量均值； tpk 频率为 p 的模比系数，由雨量变差系数 vc 查皮尔逊型 曲线 pk 值表求得，偏态系数 3.5svcc - 12 - 84 图集，不同频率设计点雨量表： 时段p=1%p=2%p=5%p=10%p=20% kphtp(mm)kphtp(mm)kphtp(mm)kphtp(mm)kphtp(mm) 102.43442.5952.1838.151.83932.18251.57227.511.29622.68 12.962133.292.588116.462.09694.321.71977.3551.34360.435 63.482320.3442.973273.5162.32213.441.838169.0961.363125.396 243.536434.9283.013370.5992.343288.1891.848227.3041.365167.895 73 图集，不同频率设计点雨量表： 时段p=1% p=2% p=5% p=10% p=20% kphtp(mm)kphtp(mm)kphtp(mm)kphtp(mm)kphtp(mm) 242.652339.4562.352301.0561.946249.0881.636209.4081.322169.216 - 13 - 1.5.2 设计面雨量 按下式计算设计面雨量： tp tphh 式中： 为不同暴雨历时的点面关系系数，由“84 图集”第 iv 水文分区暴雨时面深（tf）关系图查得。当流域面积大于 50km2 时候，需要作点面修正。 灰河总流域面积 506km2，故计算设计面雨量时需要考虑不同历 时暴雨的点面折减系数。 各时段点面折减系数 ： 时段101624 10.7140.7550.797 由万分之一地形图上量算出：河道综合坡降为 1/5000，流域面积 为 506km2，大于 50km2，因此，设计面雨量采用设计点雨量乘以点 面折减系数计算。 由此可得 84 图集的四种暴雨历时在不同频率下的设计点雨量如下： 时段p=1%p=2%p=5%p=10%p=20% hphphphphp 1042.5938.1532.1827.5122.68 195.1683.1567.3455.2343.15 6241.85206.50161.15127.6794.67 24346.64295.37229.69181.16133.81 73 图集中 24 小时的暴雨历时在不同频率下的设计点雨量如下： 时段p=1%p=2%p=5%p=10%p=20% hhphphphphp 24270.55239.94198.52166.90134.87 - 14 - 1.5.3 暴雨递减指数 暴雨递减指数采用下式计算： n1p=1-1.285lg p p h h 10 1 ； n2p=1-1.285lg p p h h 1 6 ； n3p=1-1.661lg p p h h 6 24 ； 式中 h10 p 同一设计频率年最大 10 分钟点雨量； h1p 同一设计频率年 1 小时点雨量； h6p 同一设计频率年 6 小时点雨量； h24p 同一设计频率年 24 小时点雨量； 暴雨点面折减系数。 暴雨递减系数时段折减系数p=2%p=3%p=6%p=11%p=20% 101nnnnn n110.7140.5513590.5651810.5879230.6110360.641043 n260.7550.4794880.4923550.5130870.5323970.561502 n3240.7970.7403660.7418260.7443510.7475530.789461 1.5.4 暴雨时程分配、净雨时程分配表 - 15 - - 16 - p=1%时的雨型 时间（h）1-6789101112131415161718192021222324 ht=(h24-h19)/6 h16-15h14-13h12-11h10-9h8-7h6-5h4-3h2-1h1h3-2h5-4h7-6h9-8h11-10h13-12h15-14h17-16h18-17 时段雨量 ht 4.276.507.218.129.3511.14 30.67 38.14 57.91 133.2 44.93 33.78 12.39 10.158.687.636.836.215.95 雨型 - 17 - p=5%的雨型 时间（h）1-6789101112131415161718192021222324 ht=(h24-h19)/6 h16-15h14-13h12-11h10-9h8-7h6-5h4-3h2-1h1h3-2h5-4h7-6h9-8h11-10h13-12h15-14h17-16h18-17 时段雨量 ht 2.784.254.715.316.127.3019.17 24.21 37.86 94.32 28.85 21.26 8.136.655.684.994.47 4.063.88 雨型 - 18 - p=2%的雨型 时间（h）1-6789101112131415161718192021222324 ht=(h24-h19)/6 h16-15h14-13h12-11h10-9h8-7h6-5h4-3h2-1h1h3-2h5-4h7-6h9-8h11-10h13-12h15-14h17-16h18-17 时段雨量 ht 3.625.526.116.887.939.4525.57 31.99 49.11 116.46 37.84 28.23 10.528.627.366.475.795.275.04 雨型 - 19 - p=10%时的雨型 时间（h）1-6789101112131415161718192021222324 ht=(h24-h19)/6 h16-15h14-13h12-11h10-9h8-7h6-5h4-3h2-1h1h3-2h5-4h7-6h9-8h11-10h13-12h15-14h17-16h18-17 时段雨量 ht 2.173.323.774.154.785.7114.61 18.61 29.61 77.36 22.33 16.276.365.204.443.89 3.493.163.03 雨型 - 20 - p=20%时的雨型 时间（h）1-6789101112131415161718192021222324 ht=(h24-h19)/6 h16-15h14-13h12-11h10-9h8-7h6-5h4-3h2-1h1h3-2h5-4h7-6h9-8h11-10h13-12h15-14h17-16h18-17 时段雨量 ht 1.342.082.322.633.063.6910.19 13.15 21.47 60.44 15.94 11.414.143.352.832.47 2.191.981.89 雨型 - 21 - 当 p=2%时 r6（mm ） n 170.060.49 r24(mm)n 243.240.74 净雨时程分配表如下 1-456789101112131415161718192021222324 r6 17.0120.4127.2164.6223.8117.01 r24-r6 4.397.328.798.79 11.738.797.337.334.404.40 - 22 - 当 p=5%时 r6（mm ） n 113.470.51 r24(mm)n 161.730.74 净雨时程分配表如下： 1-456789101112131415161718192021222324 r6 9.0811.3518.1649.9313.6211.35 r24-r6 2.904.835.795.79 7.725.794.834.832.902.90 - 23 - 当 p=10%时 r6n 85.720.53 r24(mm)n 121.640.75 净雨时程分配表如下： 1-456789101112131415161718192021222324 r6 6.868.5713.7237.7210.298.57 r24-r6 2.163.594.314.31 5.754.313.593.592.162.16 - 24 - 当 p=20%时， r6n 47.760.56 r24(mm)n 67.510.79 净雨时程分配表如下 1-456789101112131415161718192021222324 r6 3.823.827.6421.025.734.78 r24-r6 1.191.982.372.37 3.162.371.981.981.191.19 - 25 - 1.5.5 设计洪水设计洪水 （1）设计净雨与设计洪量设计净雨与设计洪量 具体计算步骤如下： 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 84 图集读数及水文计算，得 5 年一遇设计频率最大 24 小时暴雨量 p=133.8123mm；20 年一遇设计 频率最大 24 小时暴雨量 p=229.6866mm；经 73 图集读数及水文计算， 得 5 年一遇设计频率最大 24 小时暴雨量 p=134.8652mm；20 年一遇 设计频率最大 24 小时暴雨量 p=198.5231mm 2.根据 5 年一遇设计频率查河南省水利工程水文计算常用图 采用 pa=im/2=50mm；10 年及 20 年一遇采用 pa=2im/3=66.7mm；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） 。 24 小时设计洪量 w24用下式计算： w24=1000rf 式中 r 设计净雨量，单位为 mm； f 流域面积，单位为 km2。 - 26 - 由此得 84 图集的设计净雨成果表如下 重现期50年20年10年5年 p(mm)295.3674229.6866181.16129133.8123 pa(mm)10066.766.750 p+pa(mm)395.3674296.3866247.86129183.8123 r24(mm)243.245161.73121.64267.509 r6(mm)170.0635113.469185.72322647.76352 w(万m3)12308.28183.5386155.08523415.955 73 图集的最大 24 小时设计净雨成果表 重现期50年20年10年5年 p(mm)239.9416198.5231166.8982134.8652 pa(mm)10066.766.750 p+pa(mm)339.9416265.2231233.5982184.8652 r(mm)197.6136.066109.05768.2864 w(万m3)9998.566884.945518.283455.29 - 27 - （2）设计洪峰流量 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，对灰河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： 75 . 0 krfq 式中：q设计洪峰（m3/s） ； k峰量系数，取 0.035； f汇水面积（km2） ； 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 综合折减系数表 重现期（年）5102050 a1.000.900.800.70 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下表。 - 28 - 84 图集的灰河设计排涝流量计算成果表 桩号河流 流域面积 (km2) 不同重现期设计洪水（m3/s） 控制断面 50 年20 年10 年5 年 0+650湾李沟入口481.6612.6675465.5469393.9208242.9095 1+200朱左沟入口488618.7638470.1793397.8405245.3266 3+160湾刘沟入口494.5624.9348474.8685401.8082247.7733 4+100塚张沟入口500.1630.2352478.8961405.2162249.8747 9+169入沙河河口506635.8035483.1272408.7963252.0824 73 图集的灰河设计排涝流量计算成果表 桩号河流 流域面积 (km2) 不同重现期设计洪水（m3/s） 控制断面 50 年20 年10 年5 年 0+650湾李沟入口481.6497.7003391.672353.1661245.7068 1+200朱左沟入口488502.6526395.5692356.6802248.1516 3+160湾刘沟入口494.5507.6656399.5143360.2374250.6265 4+100塚张沟入口500.1511.9714402.9028363.2928252.7522 9+169入沙河河口506516.4948406.4625366.5025254.9853 - 29 - 1.5.6 施工期设计洪水 灰河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。 水文比拟法水文比拟法是以流域间的相似性为基础，将相似流域的水文资 料移用至研究流域的一种简便方法。若研究流域与相似流域的气象 条件和下垫面因素基本相似，仅流域面积有所不同，这时只考虑面 积的影响，则研究流域的正常年径流量有如下关系式：q 研/f 研=q 参/f 参。此处由于周庄水位站所在的汾河与灰河都属于沙颍河的支 流，因此他们的气象条件、下垫面因素都达到水文比拟法的要求， 即灰河的施工期洪水的计算方法如下： c kqq 其中：； c ffk/ ，分别为设计流域和参证站集水区域的径流量，m3/s； q c q ，分别为设计流域的流域面积和参证站的集水区域， f c f 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 1320km2，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 112 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，进行频率分析计算，设计流量成果表详见下表。 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) 1979-198011.71988-198926.42001-200212.9 - 30 - 1980-198123.61989-199030.62002-200340.8 1981-19823.81990-1991552003-200476 1982-19835.381991-19928.92004-200574.5 1983-198412.61992-199302005-200629.3 1984-198513.51993-199402006-200715.6 1985-1986581994-199514.6 1986-198799.71995-199626.4 1987-19883.52000-200113.9 - 31 - 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 27.361.181.82291.9296 68.83776 46.07424 经水文比拟法计算，灰河施工期设计洪水成果见下表。 灰河口施工期设计洪水 桩号河流 流域面积 (km2) 不同重现期设计施工期洪水（m3/s） 控制断面 20 年10 年5 年 0+650 湾李沟入口481.633.5403825.1153516.81012 1+200 朱左沟入口48833.9860925.4491117.03351 3+160 湾刘沟入口494.534.4387825.7880917.26039 4+100 塚张沟入口500.134.8287826.0801217.45585 9+169 入沙河河口50635.2396826.3878117.66179 32 2 工程任务与规模任务 2.1 地区社会经济概况 舞阳县是以农业为主的农业县，属温热带季风型大陆性气候， 四季分明，光照充足，雨量充沛，气候温和，年平均气温为 14.6, 盛产小麦、玉米、大豆、烟叶等农作物，畜牧养殖发展迅速。舞阳 地下资源丰富，盐岩总储量 400 亿吨，是全国品质第一，储量第二 的大型矿藏。农作物主要分粮食作物和经济作物，粮经比例为 3:7， 全县粮经作物种植相对匀衡。粮食以小麦、玉米为主，经济作物以 烟草、油料、棉花、蔬菜为主。小麦为秋播夏收，玉米为夏种秋收， 作物复种指数为 1.9,灰河流域共有耕地面积 10 万亩，2008 年粮食总 产量为 13.7 万吨。境内现有灰河灌区一座，原设计灌溉面积 2.2 万 亩，实际灌溉面积 1.06 万亩。 近年来，舞阳县大力实施工业兴县战略，传统工业涵盖有机械 制造、建筑建材、造纸、食品加工等行业。2007 年灰河流域内工业 产值为 8.5 亿元。工业供水一般采用地下水源，目前平均万元耗水 率为 450 吨。 舞阳县境内交通状况较为发达，漯舞公路及 s241 公路均为省级 道路，近来通过实施“村村通”工程以来，流域内各个行政村均有 公路相连，范辛铁路穿越灰、泥河流域，自舞阳西北（章化乡）正 在建设。 舞阳电力设施齐全，县内电网已并入华中供电网，并且高质 量完成了一期电网改造工程，全县目前有变电站 7 座，变电容量 9.7 万 kw，年供电量 1.7 亿 kw，日负荷最高 4.4 万 kw，能高标 33 准高质量地供应工业和农业用电。大邢 35 千伏变电站等工程扎实 推进，基础设施条件日趋完善。 舞阳地下资源丰富，盐岩总储量亿吨，是全国品位第一，储量 第二的大型矿藏，而且矿体厚度大，盐质纯，氯化钠含量 91.40 98.88%，具有较高的食用价值和工业价值，开发前景十分广阔。舞 阳的河沙资源也很丰富，澧河中沙是良好的建筑材料，因其“沙质 纯净，粗细适宜”而誉享八方，畅销周边省市。 2.2 工程现状及存在的问题 2.2.1 工程现状 灰河古称昆水，又名万泉河，发源于鲁山县楼桃山，流经鲁山、 叶县于舞阳县章化乡湾杨村入境，经章化乡、北舞渡镇，至北舞渡 镇汇入沙河。灰河在北舞渡镇建有灰河拦河闸一座，用于向灰河灌 区提供灌溉水源。灰河为中小型河道，源短流急，洪水暴涨暴落。 河道现有防洪设施少，且运行时间久远，致使防洪标准降低，遇到 洪水就可能造成灾害。灰河多年未实施清淤，河床抬高，加上违章 建筑等侵占河道现象的增多，致使河道萎缩，行洪能力降低，对所 在地区的防洪安全构成了严重威胁。 灰河自 1953 年至 1965 年，对灰河堤防进行全线培堤，长度 9.169km，堤顶宽 2.5m，高 3m 左右，修建桥梁 1 座、涵闸 3 座，治 理标准为防洪二十年一遇，除涝五年一遇，涵闸十年一遇，桥梁五 年一遇。1982 年修建灌溉节制闸（灰河闸）一座。 灰河现状防洪标准不足二十年一遇。河深 10m 左右，河床比降 为 1/5000，现有堤防 16.2km，堤顶宽 3m，堤高不足 3m。现有排涝 涵闸 6 座（需维修） ，拦河闸 1 座（需维修） 。 34 灰河的管理权限由沿河乡镇管理，专业管理人员匮泛，许多原 有河流资料损坏或丢失，给目前灰河的设计工作带来诸多不便。 2.2.2 存在问题 目前灰河河道治理标准较低，尤其是随着经济的发达，人口越 来越稠密，河道防洪标准低，已严重影响了经济社会的进一步发展。 目前存在的主要问题有： 河道工程包括堤防、涵闸、桥梁、疏浚等项目绝大部分为上 世纪五、六十年代所建，由于运行时间较长，运行次数频繁，加上 运行期间整修加固的力度较小，致使河道堤防、涵闸、桥梁等工程 均遭受了不同程度的损坏和损毁。 河槽淤积严重，过水断面减小，影响防洪排涝能力。 过堤涵闸上下游连接段损坏严重，钢闸门门板变形，钢筋砼 闸门板几何图形不完整，止水损坏，启闭机锈蚀，不能发挥正常的 排涝作用。 跨河桥梁宽度较小，设计荷载标准较低，桥面板和桥墩、拦 杆都有严重损坏。 堤防受雨水常年冲刷，堤顶高程降低，顶部缩窄，边坡冲刷 严重。 河道管理人员不落实，而且机构设置有待进一步完善，防汛 设施不健全，增加了防汛的难度。 2.3 工程建设的必要性 灰河流域处于山前平原前沿要害地段，上游多为省内暴雨中 心，受复杂气候和特殊地理位置影响，经常发生暴雨及山洪，降雨 量大且集中，洪水汇流快，上游河陡流急，洪水来势凶猛，下游河 35 道平缓，河槽狭窄，河道弯曲多变，防洪标准低，经常发生超标准 洪水。 灰河作为舞阳县内的一条重要排涝河道，担负着县内的排涝 任务，自上世纪 50 年代治理以来，使河道堤防防洪、除涝标准有了 极大的提高，河水下泄较为畅通，堤身坚固，水工建筑物效益明显， 成为区主要粮食生产基地，但近三十多年未进行治理，致使河道淤 积，过水断面萎缩，排涝能力降低，无法保证区域内涝水及时排出， 造成流域内涝灾现象十分严重。据不完全统计自 19882008 年共发 生 3 次大型水灾，仅 2004 年 7 月份的洪涝灾害就致使灰河流域受灾 人口达 2.5 万人，受灾面积 3.15 万亩，损坏及倒塌房屋 1135 间，冲 毁机井 84 眼，冲毁桥涵 46 座，损坏公路 9 条长 48 公里，直接经济 损失达 0.26 亿元，因此对灰河治理是十分必要的。 灰河河堤残缺，堤顶高程降低，河槽淤积严重，缺少入河涵闸， 现有入河涵闸运行时间较长，不能正常使用，致使流域内洪水不能 及时抢排，使沿河两岸的农田和村庄常被洪水淹没，农作物长时间 浸泡，造成严重的经济损失。因此对现状排涝涵闸进行维修并根据 排涝实际情况新建排涝涵闸是十分必要的。 随着经济发展和人口增加，河流沿岸的城镇规模日益扩大，社 会财产日益聚集，重要粮食生产基地的生产能力提高需要水利基础 设施更加完善配套，这些都对防洪保安、全面建设和谐社会提出越 来越高的要求。对灰河尽快进行治理，提高防洪除涝能力，对推动 舞阳县经济又好又快发展具有重要意义。 2.4 工程任务 针对河道存在的主要问题，本次设计主要工程任务有：（1）自 36 入舞阳境至沙河口 9.169km 长河道疏浚工程；（2）堤防填筑工程； （3）维修 6 座排涝涵闸和 1 座拦河闸（灰河闸） ，新建 6 座排涝涵 闸；（4）拆迁征地等方面。 2.5 工程规模及治理标准工程规模及治理标准 根据漯河市中小河道防洪保护区的重要性及未来发展预测，依 据防洪标准 （gb50201-94）等规范要求，确定河道防洪标准按 照 20 年一遇，排涝标准 5 年一遇,按照水利水电工程等级划分及 洪水标准 （sl252-2000）的规定，本工程属等工程，主要建筑物 级别为 4 级，次要建筑物级别为 5 级。 3 工程设计 3.1 工程等别 灰河设计防洪标准为 20 年一遇，排涝标准为 5 年一遇，本工程 属等工程，主要建筑物级别为 4 级，次要建筑物级别为 5 级。根 据堤防工程设计规范 （gb50286-98） ，堤防工程级别为 4 级。 3.2 设计依据 3.2.1 主要规程规范 1） 防洪标准gb50201-94； 2） 水利水电工程等级划分及洪水标准sl252-2000； 3） 堤防工程设计规范gb50286-98； 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。 9） 水利水电工程建设征地移民设计规范sl290-2003； 3.2.2 有关文件和资料 1）中共中央国务院关于切实加强农业基础建设进一步促进农 业发展农民增收的若干意见 （中发20081 号，以下简称意见 ） ； 2） 关于做好重点地区中小河流治理规划编制工作的通知 （水 利部办公厅办规计2008211 号，2008 年 7 月，以下简称通知 ） ； 3） 全国重点地区中小河流近期治理建设规划工作大纲 （水利 部规划计划司、水利水电规划设计总院，2008 年 7 月，以下简称 大纲 ） ； 4） 河南省重点地区中小河流治理规划编制提纲 5）河南省漯河市灰河流域重点地区中小河流近期治理规划 报告 3.3 设计原则 1）贯彻“全面规划，统筹兼顾，标本兼治，综合治理”的原则。 根据灰河洪水特性和洪涝灾害特点，统筹考虑舞阳县经济发展，保 障人民生命财产安全等各方面的要求，做好河道疏挖治理设计，并 与改善生态环境相结合，完善灰河防洪工程体系； 2）坚持“兼顾上下游和左右岸关系、集中力量、确保重点、技 术可行、效益突出”的原则。本次灰河治理工程充分考虑上下游和 左右岸关系，按照轻重缓急要求，集中力量，确保重点，选取技术 可行、防洪效益突出的河段进行治理； 3）河道走向基本维持现状，局部河段根据地形、地物和排水沟 情况适当调整； 4）基本维持现状河道纵坡，将现有的拦河建筑物底部高程作为 设计河底控的制性高程； 5）目前河道断面窄小，需进行扩宽加深，尽量使河道设计水面 线低于两岸地面，利于两岸涝水自排； 6）新建、重建排涝涵闸按照现状汇流面积合理确定其工程规模； 3.4 工程设计 3.4.1 水面线的推求 (1) 河道平面设计。5 本次治理总长 9.169km，堤防不连续，部分堤防高程不满足 20 年一遇防洪标准，本次设计对该断河道进行河底平整，两侧边坡修 整加固，对不满足防洪标准的堤防加高加固，对无堤段按不小于最 小堤距来控制修筑堤防。河道轴线基本按照现有走向，不进行裁弯 曲直，保持河道的自然状。 (2)河道断面设计 河道断面设计包括河道纵断面和横断面设计，河道纵断面基本 维持现状河道纵坡，将现有的拦河建筑物底部高程作为设计河底纵 坡的控制性高程，同时综合考虑支流汇入后的防洪安全要求。河道 横断面设计应首先满足防洪及除涝安全，然后考虑河道生态与景观 要求。 1）河道纵段面设计 以灰河拦河闸、灰河入沙河口为河底高程控制点，自下游向上 游推求河道纵向坡降，由于各支沟的汇流面积较小，对纵向坡降影 响不大，因此，为保证河底的顺畅，减少工程量，本次河道纵向坡 降设计不考虑支流汇入的影响。根据现状地形及各控制建筑物的高 程，本次灰河设计河底纵向坡降为 1/5000，平均河底挖深约为 50cm。 2）横断面设计 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。 通过方案对比，结合灰河的特点推荐采用方案一。 本次灰河治理按梯形断面进行设计，分段设计如下： （桩号 0+0000+650） 该段河槽底宽 30m，河底纵比降 1/5000，河底边坡 1：2。堤防 设计：右岸、左岸堤防顶宽均为 4m。堤顶及护堤地种植杨树、垂柳 进行绿化，堤防边坡种黑麦草、河槽边坡及滩地种植狗牙根进行绿 化。 （桩号 0+6501+200） 河槽底宽 33m，河底纵比降 1/5000，河底边坡 1：2。堤防设计： 右岸、左岸堤防顶宽均为 4m。堤顶及护堤地种植杨树、垂柳进行绿 化，堤防边坡种黑麦草、河槽边坡及滩地种植狗牙根进行绿化。 （桩号 1+2003+160） 河槽底宽 35m，河底纵比降 1/5000，河底边坡 1：2。堤防设计： 右岸、左岸堤防顶宽均为 4m。堤顶及护堤地种植杨树、垂柳进行绿 化，堤防边坡种黑麦草、河槽边坡及滩地种植狗牙根进行绿化。 （桩号 3+1604+100） 河槽底宽 35m，河底纵比降 1/5000，河底边坡 1：2。堤防设计： 右岸、左岸堤防顶宽均为 4m。堤顶及护堤地种植杨树、垂柳进行绿 化，堤防边坡种黑麦草、河槽边坡及滩地种植狗牙根进行绿化。 （桩号 4+1009+169） 河槽底宽 40m，河底纵比降 1/5000，河底边坡 1：2。堤防设计： 右岸、左岸堤防顶宽均为 4m。堤顶及护堤地种植杨树、垂柳进行绿 化，堤防边坡种黑麦草、河槽边坡及滩地种植狗牙根进行绿化。 3)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： riacq hmhba)( 6/1 1 r n c xar/ 2 12mhbx =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；取 1/5000 r 水力半径（m） ； b 设计渠底宽度（m） ； h 设计水深（m） ； 湿周（m） ； n 渠道糙率，参照水工设计手册第一册选取为 0.025； m 边坡系数； 流速（m/s） 。 灰河过流能力计算结果见表。 灰河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) 0+650242.911.32852465.546941.614886 1+200245.3271.31188470.179281.6012 3+150247.7731.3015474.868481.5935 4+100249.8751.306478.896051.5975 灰河 9+169252.0821.276483.127221.5702 河道水力要素表见 控制地点 河线距离 (m) 河底高 程(m)比降糙率底宽(m) 起点 （0+000） 63.53 650 1/50000.02530 （0+650） 63.4 550 1/50000.02533 （1+200） 63.29 1960 1/50000.02535 （3+160） 62.9 940 1/50000.02535 (4+100) 62.71 5069 1/50000.02540 (9+169) 61.7 44 （3）河道水面线推求 1）水面线计算 河道水位的推算，采用恒定非均匀渐变流的能量方程为理论基 础，基本方程为： jf 2 11 1 2 22 2 hh g2g2 v z v z 、 式中： z2、z1上下游断面水位； 上、下游断面的流速水头； g2g2 2 11 2 22 vv 、 hf、hj上、下游断面的沿程水头损失，局部水头损失。 2）起始水位确定 本次工程治理范围为舞阳县境内灰河全段，因此，选取出口处 以下 400m 处较顺直的河段，采用实测断面，用恒定均匀流公式计 算其水位，作为水面线推算的起始水位，其计算方法与计算断面过 流能力的计算相同。 3）水面线推算 采用按照5.4.1.3节拟定的疏浚断面推求水面线，运用水面线基本方 程式，并将河道划分为适宜计算河段后，由下游向上游逐段推算。 水面线推算采用河南省水利勘测设计院编制的水面线推算程序进行。 3.4.2 堤顶高程的确定 （1） 堤防工程现状 堤防受雨水常年冲刷，堤顶高程降低，顶部缩窄，大部分仅有 2m，堤防高度不足 3m，局部堤防缺失，边坡冲刷严重。 （2）堤顶高程 45 根据堤防工程设计规范 （gb5028698）规定，防洪标准二 十年一遇，堤防工程级别为 4 级，堤顶高程按设计洪水位加堤顶超 高确定。 计算如下： 1）风浪要素 风浪要素按下式计算： )(7 . 013 . 0 )(0018 . 0 )(7 . 013 . 0 7 . 0 2 45 . 0 2 7 . 0 22 v gd th v gf th v gd th v gh 式中： h平均波高，m； t平均波周期，s； v计算风速，取多年汛期（59 月份）平均最大风速 （15.2m/s）的 1.5 倍，m/s； f风区长度，m； d平均水深，m； l平均波长，m。 直接按堤防工程设计规范附表 c 确定。 风浪要素参数表 堤防f（m）v（m/s）d（m）h（m）t（s）l（m） 左右堤68.129622.87.03240.1071.4513.99 2）波浪爬高 波浪爬高按下式计算 lh m kkk r pv p 2 1 式中： rp累积频率为 p 的波浪爬高，m； 46 k坡面系数，根据护面类型查草皮护坡为 0.850.90， 取 0.85； kv风速系数； kp爬高累积频率换算系数； m斜坡坡率。 波浪爬高要素参数表 堤防h（m）l（m）k（m）kvkpmrp 左右堤0.10713.990.851.191.8420.557 3）风雍高度 cos 2 2 gd fkv e k 综合摩阻系数，取 3.610-6； v 设计风速，取汛期多年平均最大风速的 1.5 倍； f 吹程，取上口宽； d 平均水深； 风向与垂直堤轴线的法线的夹角，=0 经计算，e=0.0009m。 4)堤防堤顶高程按设计洪水加安全超高确定，安全超高按堤 防工程设计规范 （gb50286-98）要求，对不允许越浪的堤防工程 4 级堤防安全加高值 a=0.6m； 堤防工程顶部安全加高(m) 堤 防 级 别 防浪条件 12345 不允许越浪1.00.80.70.60.5 允许越浪0.50.40.40.30.3 5）超高 47 堤顶超高按下式计算 y=r+e+a 式中： y堤顶超高，m； r波浪爬高，m； e风雍高度，m； a安全加高，m。左、右堤（4 级）均取 a=0.6m。 经计算，左右堤超高为 1.15m。 水面线计算成果表水面线计算成果表 20 年一遇5 年一遇20 年