唐河初步设计报告

水文计算1.1 流域概况唐河发源于舞阳县文峰乡茨园村，流经舞阳县文峰乡、舞泉镇、辛安镇、吴城镇、九街乡及源汇区问十乡、阴阳赵乡、大刘镇，于郾城区大刘镇抬头村汇入澧河，是澧河下游主要支流。唐河河道全长41.2km，流域面积258km2。唐河流域地势总体西高东低，大致坡降1/2200，地形分为岗区、平原、洼地。地面及河床比降约在 1/1400～1/7000之间，海拔高度在50.1～102.3m之间，两岸堤距70～150m之间。唐河流域水系图见图 2-1。1.2 水文气象唐河流域处于暖温带大陆性季风气候，温暖多雨，光照充足，四季分明，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，最大风力8～9级。春季干旱，夏季炎热多雨，秋季温和日照长，冬季寒冷少雨雪，四季气温及降水特性差异很大，涝灾和旱灾时有发生，且一般旱灾多于涝灾。上游地区常常出现暴雨，平原区内涝严重。唐河流域多年平均气温 14.6℃，年均日照数 2228.9小时，无霜期220天，多年平均降雨量815.7mm，最大降雨量1455.6mm，最小年降雨量378.1mm，降雨年内分布极不均匀，6～9月份降雨量约占全年降雨量62.2%。多年平均陆地面蒸发量663.5mm，水面蒸发量1120mm。干旱指数r=1.38，陆面蒸发605mm。1图2-1唐河流域水系图21.3 设计洪水分析唐河流域内坡杨雨量站有 31年长系列实测降雨资料（ 1976~2006年），唐河设计暴雨成果通过对长系列实测雨量站资料进行频率分析获得，设计净雨采用《河南省水利工程水文计算常用图》 ，排涝洪峰流量利用平原区排涝模数公式计算。1.3.1设计暴雨选取唐河境内坡杨雨量站最大24小时降雨系列进行频率分析（1976～2006年），具体数据详见表2-1，频率分析后最大24h设计暴雨成果详见表2-2。表2-1坡杨雨量站最大24h降水量表年份降水量年份降水量年份降水量(mm)(mm)(mm)1976354.5198762.71998116.71977221.31988162.41999521978154.3198983.22000214.91979356.9199071.3200155.11980313.61991148.2200250.1198161.4199259.3200374.91982154.4199362.52004152.5198394199481.6200593.51984290.5199557.9200661.7198571.91996102.7198660.319971083表2-2 最大24h设计暴雨成果表参数 不同重现期设计雨量 (mm)P Cv Cs/Cv 50年 20年 10年 5年1.3.2 设计洪水唐河流域处于黄淮冲积平原的中西部，该流域地形狭长，沿岸地势低洼，呈平原河谷地貌形态，河道曲折，多呈“ S”型弯道。设计暴雨由境内实测雨量站进行频率分析获取，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，对唐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：KRF0.75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 2-3。表2-2综合折减系数表重现期（年）5102050a1.000.900.800.704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。经水文计算，得 5年一遇设计频率最大24小时暴雨量P=183.9mm；20年一遇设计频率最大24小时暴雨量P=323.7mm；（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。表2-4 设计最大24小时净雨成果表重现期(年)50年20年10年5年P(mm)418.3323.7253.1183.9Pa(mm)100757550P+Pa(mm)518.3398.7328.1233.9R(mm)31423218696表2-5唐河设计流量计算成果表河流断面面积不同重现期设计流量（m3/s）桩号(km2)50年20年10年5年控制断面5-0+400 唐河口 258.58+500 陶桥 22012+530 堰舞交界 19117+030 屈岗 14921+530 惠庄 11225+030 后吴村 8731+530 大汉李庄 48唐河入醴河处20年一遇排涝流量418.8m3/s，5年一遇排涝流量为216.6m3/s。1.3.3 施工期设计洪水唐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。QKQc其中：KF/Fc；Q，Qc——分别为设计流域和参证流域的径流量，m3/s；F，Fc——分别为设计流域及参证流域的流域面积，km2；——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，与研究区域相距较近，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。唐河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 2~3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。6表2-6周庄水文站计算期内最大径流量表年度最大枯期年度最大枯期年度最大枯期流量(m3/s)流量(m3/s)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设计流量3(m/s)QCvCs/Cv20年10年5年3年经水文比拟法计算，唐河施工期设计洪水成果见表 2-8。7表2-8唐河施工期不同重现期设计洪水桩号河流断面面积不同重现期设计流量（m3/s）控制断面(km2)20年10年5年3年-0+400唐河口258.58+500陶桥22012+530堰舞交界19117+030屈岗14921+530惠庄11225+030后吴村8731+530大汉李庄488工程任务与规模任务2.1 工程现状及存在的问题2.1.1 工程现状唐河发源于舞阳县文峰乡桐陈村，流经文峰乡、姜店乡、辛安镇、吴城镇、九街乡，于郾城区大刘乡抬头村汇入澧河，是澧河下游主要支流。唐河于1965年按五年一遇标准疏浚河道长 25.64公里，下游段底宽19米，建桥梁9座，涵闸9座，经过治理后，使河道防洪除涝兴利保平安的功能有了很大提高。此后至今，唐河没有进行过规模性治理，经过1998、2000、2004三年特大洪涝灾害的侵袭，使唐河的防洪能力连续遭受重创，每逢汛期阴雨连绵时期，河水下泄不畅，积水围困农田，造成严重洪涝灾害。唐河河道淤积，河床抬高，过河建筑物老化失修，堤防防洪标准明显下降，这是致使唐河流域洪涝灾害频繁发生的重要原因。以 2004年为例，当年因河流排水不畅而导致的洪涝灾害直接损失为 2.71亿元，洪涝灾害可谓触目惊心！洪涝灾害泛滥是导致唐河削弱兴利功能的主要原因，此外，挤占河床、河水污染水质下降等因素的发生也使河流正常的生态功能日趋恶化。这些同我们现在所倡导的生态社会、和谐社会无疑是背道而驰，迅速掀起河流治理建设已经是势在必行之举。92.1.2 存在问题2.1.2.1 存在问题1、防洪基础设施薄弱、河道萎缩严重中小河流的特点是源短流急，洪水暴涨暴落。由于我市许多中小河流的防洪设施少、标准低，甚至很多处于不设防状态，遇到常遇洪水就可能造成较大洪涝灾害。一些中小河流流域水土流失严重，加上不合理的采砂以及拦河设障，向河道倾倒垃圾，违章建筑等侵占河道的现象日渐增多，多年未实施大规模清淤，致使河道萎缩严重，行洪能力逐步降低，对县乡的防洪安全构成了严重威胁。唐河多年来未得到治理，河道窄小，河床淤积严重，堤防矮小且损坏严重，除涝和防洪标准偏低，洪涝灾害频发；另外，由于水资源的无序开发和污染物、杂物的堵塞，造成河流基本功能衰退，使流域内居民生命健康受到威胁。这些问题的存在，不仅直接影响本区域全面建设小康社会和社会主义和谐社会的进程，并且严重影响区域经济的可持续发展。2、河流规划和前期工作滞后唐河以前缺乏系统的规划工作，治理项目的前期工作薄弱 ,基本情况不明，治理目标和任务不明确，同时随着经济发展和人口增加，河流沿岸的城镇规模日益扩大，社会财富日益聚集，粮食生产能力进一步提高，都对防洪保安提出越来越高的要求，现有的前期工作已不能满足河流治理和管理的需要，难以有效指导近期河流的治理和保护。3、投入严重不足，问题日益突出长期以来，唐河治理缺乏投资机制和渠道，治理资金严重不足。近10年来，有关“两工”政策取消，群众投劳农田水利投入机制和组织方式发生很大变化，对唐河的治理日趋减少，使唐河面临的问题日益突出。4、支沟缺少防洪涵闸，洪水易倒灌唐河两侧支流众多，由于唐河地势高于内地，一般年份即使洪水不漫岸，也常因干流水位顶托、倒灌而造成内地洪涝灾害，大水年份尤为突出。唐河干流未建闸封闭的沟口，洪水倒灌问题较为突出。2.1.2.2 工程建设的必要性和紧迫性1、唐河治理工程是中小河流治理工程是水利建设的需要加强中小河流治理作为国家公共服务重点工程防洪减灾的重要内容和水利建设的主要任务 ,已明确列入《中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》和《水利发展“ 十一五”规划》。2008年中央一号文件明确提出“ 各地要加快编制重点地区中小河流治理规划，增加建设投入，引导地方搞好河道疏浚。”为贯彻落实中央一号文件精神 ,抓住中小河流治理的大好机遇 ,针对我市唐河现状基本情况，以防洪保安为主要目标，提出治理的任务和建设方案，申请中央财政资金支持，使我市唐河尽快得到有效治理，解决防洪除涝等突出问题，同时对促进地方经济发展，全面建设和谐社会具有重要的推动作用。2、唐河治理工程是经济和社会发胀的需要唐河由于多种原因，造成严重的河道淤积，加上建筑物工程的锈蚀老化、损坏，大大降低了涡河的防洪除涝能力，每当遇到较大的洪涝水年份，常造成严重的洪涝灾害。从洪涝灾害情况分析，唐河近期治理工程对减少洪涝灾害，促进社会经济发展，效益是显著的。随着该地区经济的快速发展，农业产量不断提高，洪涝灾害损失将会相应增加；地方经济建设活力进一步增强，城市发展水平迅速提高，逐步发展成为新兴的11工业城市和重要的商贸、旅游中心，这就对防洪标准提出了更高的要求，而唐河流域现状防洪除涝标准不足，与该区的经济发展很不适应，已制约了该区经济发展的速度，提高防洪除涝标准是涡河流域广大干群的迫切愿望与要求。反之，河道不进行治理，排水能力低，造成严重的洪涝灾害，挫伤了群众对农业生产投入的积极性，进一步制约了流域经济的发展。由此可见，唐河治理是十分必要和迫切的。2.2 工程任务本次规划工作的主要任务为：1、根据《防洪标准》，依据现行的《堤防工程设计规范》，本次规划唐河防洪标准为二十年一遇，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，二是对境内唐河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、为促进本市流域经济社会的发展， 维护河流健康，加强对唐河的管理，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。2.3 工程规模通过重点地区中小河流的近期治理，使唐河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：上游自桩号 38+335开始，下游至醴河口（桩号0-400），河道治理总长38.74km。本次唐河治理的工程内容主要包括：本次唐河治理的工程内容主要12包括：（1）38.74km长河道疏浚、扩挖工程（桩号 0-400～38+335）及40.00km堤防加固工程（桩号 16+780～36+780两侧）；（2）涵闸维修加固（大杨闸、朱庄闸、小李庄东闸、小李庄西闸、马岗东闸、马岗南闸、马岗西闸、王桥东闸、王桥闸、王桥南闸、王桥西闸），新建7座涵闸（唐河北闸、板桥闸、沈张闸、黄李焦河闸、望天闸、宁庄闸、陶桥闸） ，拆除重建1座（草河闸）；(3)维修桥梁4座。根据唐河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，确定唐河的规化治理标准为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，唐河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。13工程设计3.1 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，唐河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。3.1.1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）；9）《水闸设计规范》（SL265—2001）；10）其它相关的规范、规程、标准及文件。143.1.2有关文件和资料1）《河南省漯河市舞阳县淮河流域重点地区唐河治理规划报告》（舞阳县水利局）；2）漯河市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。3.2 设计原则根据唐河的特点，本次唐河治理工程应贯彻 “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，无法汇入唐河的排水沟新建穿堤排水涵闸。3.3 工程设计3.3.1堤防工程设计由于本次唐河治理范围内上游现状没有堤防，但是在桩号16+530-38+335之间大部分现状地面较低，为了汛期安全，本次设计堤防。1）堤身土料填筑标准唐河堤身填筑时，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。（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15采用《堤防工程设计规范》（GB50286—98）中6.3.1式：Y ReAkkwhRm21kv2Fcos2gD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，取上口宽；D——平均水深；β——风向与垂直堤轴线的法线的夹角，β =0；A——安全超高取0.6m。经计算，唐河堤顶超高为 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3.0m，并向外侧倾斜，坡度为2%，堤防内侧边坡为1：2，外侧边坡为1：2。另外，本次设16计对40km堤顶路面（16+780~36+780两侧）进行整治，采用泥结碎石路面（厚15cm），路面宽2.5m。3.3.2河道工程设计3.3.2.1 河底比降设计根据舞阳县水利局 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唐河的比降如下：桩号-0+400～8+500之间河底比降为0.000096，桩号8+500～12+530之间河底比降为0.0007，桩号12+530～35+530之间河底比降为0.0018，桩号35+530～38+335之间河底比降为0.0039。3.3.2.2 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比选：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。17通过方案对比，结合唐河的特点本次设计采用方案一。梯形断面，桩号-0+400～16+530之间河底宽24m，边坡1：2；桩号16+500～21+530之间河底宽14m，边坡1：2；桩号21+530～31+530之间河底宽10m，边坡1：2；桩号31+530～38+335之间河底宽8m，边坡1：2。3.3.2.3 河道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：Q AC RiA (b mh)h1R1/6nR A/xx b 2h1 m2=Q/A式中Q——设计流量（m3/s）；——过水断面面积（m2）；——谢才系数（m2/s）；i——水力坡度；——水力半径（m）；b——设计渠底宽度（m）；h——设计水深（m）；χ——湿周（m）；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；18ν——流速（m/s）。唐河过流能力计算结果见表 5-1。表5-1 唐河设计过流能力计算成果表5年一遇20年一遇河名桩号流量流速流量流速3（m/s）3（m/s）（m/s）（m/s）-0+400216.60.89418.81.058+500191.90.86371.11.0212+530172.61.72337.72.07唐河17+030143.31.70277.02.0521+530115.71.65223.61.9125+03095.81.56185.01.8731+53061.31.98118.52.423.3.2.4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）- SQ2/（2Ku2）Ψ（Zd）＝Zd+（α+ξ）Q2/（2gAd2）+ SQ2/（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；19——流量（m3/s）；——重力加速度；2Au——上游断面面积（m）；2Ad——下游断面面积（m）；——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：Ku、Kd AC R式中参数含义同明渠均匀流公式。本次设计起始端水位时，唐河水力要素见 5-2。20控制河名地点入澧河口陶桥唐河

桩号-0+4008+50016+53021+53031+53035+530

表5-2 唐河治理工程水力要素表除涝断面设计 防洪断面设计5年除20年河线底宽边坡河底设计河底防洪堤顶高程堤顶宽涝水（m）（m）边坡（m）距（m）比降水位（m）位（m）（m）55.5765.488900241：20.0000961：2356.4265.848030241：20.00071：2359.6166.01500014：20.0007：231163.1369.321000010：20.0007：231170.1674.6940008：20.0018：231177.2481.1628058：20.0039：231121唐河38+335 88.11 92.03口22不同控制点水位计算结果详见表 5-3。表5-3唐河水利要素设计成果表桩号河线距设计河底5年除涝水20年水位堤顶高程（m）（m）位（m）（m）（m）0+-400-40055.570+-200-20055.590+0055.610+25025055.630+50050055.660+75075055.681+0100055.701+250125055.731+500150055.751+750175055.772+0200055.802+250225055.822+500250055.852+750275055.873+0300055.893+250325055.923+500350055.943+750375055.964+0400055.994+250425056.014+500450056.044+750475056.065+0500056.0823表5-3唐河水利要素设计成果表桩号河线距设计河底5年除涝水20年水位堤顶高程（m）（m）位（m）（m）（m）5+250525056.115+500550056.135+750575056.156+0600056.186+250625056.206+500650056.236+750675056.257+0700056.277+250725056.307+500750056.327+750775056.348+0800056.378+250825056.398+500850056.428+750875056.449+0900056.469+250925056.499+500950056.519+750975056.5310+01000056.5610+2501025056.5810+5001050056.6110+7501075056.6311+01100056.6524表5-3唐河水利要素设计成果表桩号河线距设计河底5年除涝水20年水位堤顶高程（m）（m）位（m）（m）（m）11+2501125056.6811+5001150056.7011+7501175056.7212+01200056.7512+3001230056.7812+5301253056.8012+7801278056.9713+301303057.1513+2801328057.3313+5301353057.5013+7801378057.6814+301403057.8514+2801428058.0314+5301453058.2014+7801478058.3815+301503058.5615+2801528058.7315+5301553058.9115+7801578059.0816+301603059.2616+2801628059.4416+5301653059.6116+7801678059.7917+301703059.9625表5-3唐河水利要素设计成果表桩号河线距设计河底5年除涝水20年水位堤顶高程（m）（m）位（m）（m）（m）17+2801728060.1417+5301753060.3117+7801778060.4918+301803060.6718+2801828060.8418+5301853061.0218+7801878061.1919+301903061.3719+2801928061.5519+5301953061.7219+7801978061.9020+302003062.0720+2802028062.2520+5302053062.4220+7802078062.6021+302103062.7821+2802128062.9521+5302153063.1321+7802178063.302