吴公渠初设报告09.docx
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吴公渠初设报告09
1气象水文
1.1流域概况
1.1.1地理位置、地形、地貌
吴公渠覆盖许昌、漯河两市，漯河境内吴公渠流经临颍县、郾城区中部。
吴公渠流域地处平原，地势由西北向东南方向倾斜，自然坡度为1/3000～1/4500，属平原洼地，地面高程在58.5～61.0m。
河道河谷地貌发育，河谷形态一般呈半“S”型。
吴公渠是重要的防洪和内涝河道。
1.1.2河流水系
吴公渠毗领流域有颍河和马拉河流域，流经襄县、临颍县和郾城区，在郾城沈赵北注入颍河，主要有黄花渠、胡城渠、望花渠、小里河、坡陶沟汇入。
吴公渠临颍断面以上流域面积为962km2，长度为57.4Km，临颍县境内流域面积230km2，长度12.1km；吴公渠郾城区断面以上流域面积为1134km2，长度为75km，境内流域面积172km2，长度17.6km。
吴公渠水系图见图2-1。
1.2河道概况
吴公渠临颍段1967年改道治理后，多年来一直未得到治理，由于原设计标准低，加上经过40多年的超负荷运行，淤积严重。
吴公渠临颍段现有堤防12.1km，堤顶宽5m，涵闸12座，桥梁5座，多建于上世纪六七十年代，由于年久失修，工程老化严重，工程设施已不能正常发挥效益。
吴公渠郾城段于1989年治理，防洪标准为二十年一遇，除涝标准三年一遇，河道河底宽27.5m，深2.7m，最大泄流量426m3/s。
现有桥梁11座，设计标准汽-8级，涵闸16座，全部为箱涵式平板闸。
涵闸设计标准低，又年久失修，已无法正常运行。
图2-1吴公渠流域水系图
1.3气象、水文特征
1.3.1气候特征
吴公渠流域属北温带季风型大陆性气候，总的特点是：
四季分明、气候温和、雨量适中。
流域内多年平均气温14.5℃，绝对最低气温-13℃，绝对最高气温43.4℃，全年无霜期225天，多年平均降雨量约741mm，降水年际变幅大，年内分配不均，汛期雨量较为集中，7～9月降雨量占全年的62.8%。
降水年际差异，年最大降雨量为最小降雨量的2.97倍。
多年平均水面蒸发量约为1117mm，陆面蒸发量约为610mm，年平均径流深131.5mm。
冬季受北方大陆气候不断南侵多偏北风，夏季副高压北上多偏南风，年平均风速为2.8m/s，平均值3月份最大为3.3m/s，8月份最小为2.2m/s，瞬间最大风速为25m/s，一般风速不超过3.4m/s。
1.3.2暴雨特征
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134.2mm，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。
1.3.3洪水特性
吴公渠是排涝河道，处于低洼易涝区，防涝标准低，排涝涵闸年久失修，在汛期经常处于高水位，排涝河道入吴公渠时受吴公渠河水顶托，不仅内涝积水难以排入吴公渠，而且极易受吴公渠洪水倒灌，造成更加严重的洪涝灾害。
临颍段从1967年至1988年间，发生较大涝灾9次，除“75.8”特大洪水外，1979、1984两年洼地面积都超过15万亩。
郾城段除1968年和1985年到1988年大旱年除外，几乎年年遭受不同程度的水灾，洪涝灾害面积年平均达13万亩之多。
1.4设计流量计算
吴公渠于1989年进行了干支流治理。
本次治理参照1989年《吴公渠干支流治理工程扩大初步设计书》的成果进行设计。
2.4.1.1设计面雨量
吴公渠流域无实测流量资料，无法直接进行流量频率计算，故采用设计暴雨间接计算的方法。
干流流域面积较大，按“河南省淮河流域修订规划报告”中颍河采用的水文分析成果和排涝经验公式计算。
（1）雨量：
采用3天降雨，取Cs=3.5Cv，则3日设计面雨量、重现期、面积关系成果见表2.4-1。
表2.4-13日设计面雨量成果表
面积（km2）
Cv
均值（mm）
不同重现期（年）的设计面雨量（mm）
20
10
5
点
500
1000
2000
（2）前期影响雨量Pa值。
当设计频率为5年一遇时，采用Pa=45mm；当设计频率为10年一遇或20年一遇时，采用Pa=55mm。
Imax=100mm。
（3）降雨径流关系。
降雨径流关系曲线采用包浍河次降雨径流关系曲线，见表2.4-2。
表2.4-2降雨径流曲线关系表（mm）
P+Pa
50
75
100
125
150
175
200
225
250
275
300
颍河—包浍河径流
3
8
18
30
45
62
81
101
122
144
166
（4）设计洪水流量计算。
吴公渠流域地处丘陵平原过渡地带，属坡水河道，利用雨量资料推求设计洪水流量，采用平原排涝经验公式计算流量。
式中：
Q—设计洪峰，m3/s；
K—峰量系数，取0.03，干流设计洪峰流量由于洪水漫滩，K值相应减小，因而20年一遇洪水打八五折，10年一遇洪水打九折；
F—汇水面积，km2；（在1/50000地形图上量取）
R—设计暴雨径流深，mm，由表2.4-2查得，见表2.4-3；
表2.4-3设计暴雨径流深R表
控制位置
桩号
汇流面积（km2）
不同重现期设计暴雨径流深R（mm）
20
10
3
岔河闸
29+600
452.7
黄花渠口
19+720
569.2
马拉河口
13+950
851.9
尧河口
9+700
1057.4
吴公渠口
0+000
1134
设计洪水成果见表2.4-4。
表2.4-4设计洪峰流量计算成果表
控制位置
桩号
汇流面积（km2）
不同重现期（年）设计洪峰流量（m3/s）
20
10
3
岔河闸
29+600
452.7
黄花渠口
19+720
569.2
马拉河口
13+950
851.9
尧河口
9+700
1057.4
吴公渠口
0+000
1134
1.5施工期设计流量计算
吴公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：
；
，
——设计流域的非汛期和汛期的洪峰流量，m3/s；
，
——参政流域的非汛期和汛期的洪峰流量，m3/s；
K——修正系数。
周庄水文站位于颍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。
吴公渠河道治理工程工期为8个月，从2009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2.5-1），进行频率分析计算，设计流量成果表详见见表2.5-2。
表2.5-1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）
1979-1980
11.7
1987-1988
3.5
2000-2001
13.9
1980-1981
23.6
1988-1989
26.4
2001-2002
12.9
1981-1982
3.8
1989-1990
30.6
2002-2003
40.8
1982-1983
5.38
1990-1991
55
2003-2004
76
1983-1984
12.6
1991-1992
8.9
2004-2005
74.5
1984-1985
13.5
1992-1993
0
2005-2006
29.3
1985-1986
58
1993-1994
0
2006-2007
15.6
1986-1987
99.7
1994-1995
14.6
表2.5-2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）
Q
Cv
Cs/Cv
20年
10年
5年
3年
此处选用5年一遇洪峰流量的计算成果，通过水文比拟法计算吴公渠施工期设计洪水，成果见表2.5-3。
表2.5-3吴公渠施工期设计洪水
控制位置
桩号
汇流面积（km2）
不同重现期（年）设计洪峰流量（m3/s）
20
10
5
岔河闸
29+600
452.7
黄花渠口
19+720
569.2
马拉河口
13+950
851.9
尧河口
9+700
1057.4
吴公渠口
0+000
1134
2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
吴公渠临颍段1967年改道治理后，多年来一直未得到治理，由于原设计标准低，加上经过40多年的超负荷运行，河道淤积严重。
吴公渠临颍段现有堤防12.1km，堤顶宽2m，涵闸12座，桥梁5座，多建于上世纪六七十年代，由于年久失修，工程老化严重，工程设施已不能正常发挥效益。
吴公渠郾城段于1989年治理，防洪标准为二十年一遇，除涝标准三年一遇，河道河底宽27.5m，深2.7m，最大泄流量426m3/s。
现有桥梁10座，设计标准汽-8级，涵闸16座，全部为箱涵式平板闸。
涵闸设计标准低，又年久失修，已无法正常运行。
2.1.2存在问题
工程标准低、质量差、年久失修、不配套、管理界线及责任不清、洪涝灾害时常发生，因此迫切希望以防洪保安为主要目标，彻底根治吴公渠。
2.2工程任务
针对吴公渠存在问题，采取的措施：
一是对河槽加宽加深，二是对现有工程设施。
本次吴公渠治理工程总长度为26.6km，跨临颍县，郾城区两个县区，治理工程主要包括：
临颍段
（1）河道疏浚及提防加固：
包括9.0Km长河道疏浚扩挖工程（桩号17+600～26+600）；
（2）10座涵闸维修加固，改建2座涵闸；（3）重建桥梁2座，维修桥梁1座。
郾城段
（1）改建15座涵闸，维修马拉河涵闸；
（2）重建桥梁4座。
2.3工程规模
根据《防洪标准》（GB50201-94），结合吴公渠防洪工程现状，依据保护的对象的重要性及经济发展趋势，确定吴公渠治理采用20年一遇防洪标准，3年一遇除涝标准。
3工程设计
3.1工程等别
根据《防洪标准》（GB50201-94）、《堤防工程设计规范》（GB50286-98），吴公渠河道治理工程属三等工程，堤防级别为4级，主要建筑物等级为3级，次要建筑物等级为4级，临时工程为5级；防洪标准为20年一遇，除涝标准为3年一遇。
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）《水工混凝土结构设计规范》SL/T191-96；
6）《砌体结构设计规范》GB50003-2001；
7）《水利水电工程设计工程量计算规定》SL328-2005。
3.2.2有关文件和资料
《临颍县吴公渠近期治理建设规划报告》临颖县水利局2008.8
《郾城区吴公渠近期治理建设规划报告》郾城区水利局2008.8
《吴公渠干支流治理工程扩大初步设计书》漯河市水利勘测设计队1989.7
3.3设计原则
结合实际，统筹兼顾、标本兼治、全面规划，综合治理、兼顾上下游和左右岸关系、集中力量、确保重点、技术可行、效益突出等等。
3.4工程设计
3.4.1河道工程设计
5.4.1.1河道工程概述
河道工程设计主要包括：
吴公渠临颍段9.0Km长河道疏浚及扩挖工程（桩号17+600～26+600）。
吴公渠临颍段1989年治理后，多年来一直未得到治理，由于常年淤积，局部河道断面已不能满足防洪、排涝标准，因此本次治理对河道进行全段清淤。
本次疏浚河道比降以89年治理中控制断面高程为控制点（首端控制断面为岔河闸，末端控制断面为马拉河口），以内插的方式确定本次治理河段首末端断面河底高程，经计算，河道纵坡降为1/2500，与89年设计成果基本一致。
本次疏浚工程河道横断面亦以89年治理中设计断面为依据，在满足除涝，行洪的条件下进行优化。
19+720~17+600区间河道底宽取25m，深4.8m；19+720~26+600区间河道底宽取18m，深5.2m；主河槽边坡为1：
2，滩地宽度取实测河道滩地宽度。
大堤边坡不规则，大致为1：
2。
通过本次推求的水面线与实测堤防对比，对主槽按上述方案疏浚后，堤顶高程均高于20年一遇洪水位，满足防洪要求（20年一遇水面线与堤顶高程对比见图册），故本次设计不对堤防进行加固，仅按3年一遇除涝标准对主河槽进行疏浚。
5.4.1.2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：
式中：
Z2、Z1——上下游断面水位；
——上、下游断面的流速水头；
hf、hj——上、下游断面的沿程水头损失，局部水头损失。
（1）起始水位确定
本次工程治理范围为召陵区及临颖段吴公渠全段，因此，应按吴公渠入颍河口水位作为水面线推求的起始水位。
但吴公渠在1989年进行过全面的治理，而本次河道疏浚工程仅为其上游的一部分（17+600+26+600），故宜以1989年治理时河道的控制水位、河底高程作为水面线推求的控制断面。
根据1989年漯河市水利勘测设计队编制的《吴公渠干支流治理工程扩大初步设计书》，吴公渠各控制点河底高程、水位见下表：
表5.4-1吴公渠八九年河道治理水力要素表
控制位置
桩号
河底高程
二十年一遇水位
三年一遇水位
岔河闸
29+600
61.82
68.10
65.82
黄花渠口
19+720
57.52
64.08
61.52
马拉河口
13+950
55.30
62.37
59.60
尧河口
9+700
54.04
61.41
58.54
吴公渠口
0+000
52.42
59.39
56.92
马拉河口位于本次疏浚河段末端下游约4.7km，距本次疏浚河段最近，本次设计以马拉河口为控制断面，进行水面线推求。
（2）水面线推算成果
采用实测纵横断面图，运用水面线基本方程式，并将河道划分为适宜计算河段后，自马拉河口开始，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。
根据上述计算标准及设计原理推求出吴公渠该段设计水位，疏浚段水面线详见表5.4-2。
表5.4-2设计水位计算成果表
桩号
河道比降
河底高程
三年一遇除涝流量
二十年一遇防洪
流量（m3/s）
水位（m）
主槽深度（m）
底宽（m）
主槽边坡
流量（m3/s）
滩地宽度（m）
水位（m）
主槽边坡
17+600
1/2500
56.80
224
4.8
18
2
472
50
2
17+800
56.88
4.8
18
2
50
2
18+000
56.96
4.8
18
2
50
2
18+200
57.04
4.8
18
2
50
2
18+400
57.12
4.8
18
2
50
2
18+600
57.20
4.8
18
2
50
2
18+800
57.28
4.8
18
2
50
2
19+000
57.36
4.8
18
2
50
2
19+200
57.44
4.8
18
2
50
2
19+400
57.52
4.8
18
2
50
2
19+600
57.60
4.8
18
2
50
2
19+800
57.68
197
5.2
25
2
418
50
2
20+000
57.76
5.2
25
2
50
2
20+200
57.84
5.2
25
2
50
2
20+400
57.92
5.2
25
2
50
2
20+600
58.00
5.2
25
2
50
2
20+800
58.08
5.2
25
2
50
2
21+000
58.16
5.2
25
2
50
2
21+200
58.24
5.2
25
2
50
2
21+400
58.32
5.2
25
2
50
2
21+600
58.40
5.2
25
2
50
2
21+800
58.48
5.2
25
2
50
2
22+000
58.56
5.2
25
2
50
2
22+200
58.64
5.2
25
2
50
2
22+400
58.72
5.2
25
2
50
2
22+600
58.80
5.2
25
2
50
2
22+800
58.88
5.2
25
2
50
2
23+000
58.96
5.2
25
2
50
2
23+200
59.04
5.2
25
2
50
2
23+400
59.12
5.2
25
2
50
2
23+600
59.20
5.2
25
2
50
2
23+800
59.28
5.2
25
2
50
2
24+000
59.36
5.2
25
2
50
2
24+200
59.44
5.2
25
2
50
2
24+400
59.52
5.2
25
2
50
2
24+600
59.60
5.2
25
2
50
2
24+800
59.68
5.2
25
2
50
2
25+000
59.76
5.2
25
2
50
2
25+200
59.84
5.2
25
2
50
2
25+400
59.92
5.2
25
2
50
2
25+600
60.00
5.2
25
2
50
2
25+800
60.08
5.2
25
2
50
2
26+000
60.16
5.2
25
2
50
2
26+200
60.24
5.2
25
2
50
2
26+400
60.32
5.2
25
2
50
2
26+600
60.40
5.2
25
2
50
2
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