沧河治理工程初设报告.docx
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沧河治理工程初设报告
河南省卫辉市沧河治理工程
初步设计报告
附件：
1）河南省卫辉市沧河治理工程初步设计概算书（另册）
2）河南省卫辉市沧河治理工程初步设计附图（另册）
3）河南省卫辉市沧河治理工程地质勘察报告（另册）
前言
由于特殊的地理气候条件，我国江河洪涝灾害十分严重。
目前我国许多中小河流治理相对滞后，主要存在防洪基础设施薄弱、河道淤积萎缩严重、缺乏规划指导、治理投入不足等突出问题，中小河流洪水灾害以及山洪、泥石流等山地灾害伤亡人数占全国水灾伤亡总人数的2/3以上。
河南省地处中原，跨淮河、长江、黄河、海河四大流域，同时由于人口多、经济相对落后等因素，使我省的中小河流洪涝问题更加突出。
依据有关文件精神，2008年12月新乡市水利勘测设计院按照省水利厅、市水利局的安排和部署，根据沧河的实际情况，以防洪保安全为主要目标，以河道疏浚与加固堤防，提高防洪标准为重点，编制完成了《河南省新乡市海河流域重点地区中小河流（沧河）治理规划报告》。
据此，新乡市水利勘测设计院受卫辉市水利局委托，积极组织编制并完成了《河南省卫辉市沧河治理工程初步设计报告》。
1综合说明
1.1基本情况
沧河为一条古老的山区河流。
上游因水源出苍峪山故名苍河，中游因河面皆石故名石河，下游因河水经中游砂卵石过滤，在下游溢出地表时水质清澈透明故名清水河。
1952年原新乡专署根据惯例，将过去以山定名的“苍”字改为以水定名的“沧”字，并从上至下全流域统称为沧河。
沧河属海河流域卫河支流，发源于林州市石崖水和辉县市横岭村，在卫辉市狮豹头乡西拴马村汇合，经龙卧岩、正面、狮豹头、塔岗到安都乡口头村出山潜入地下，下游复出地表，在顿坊店乡境内分别流入共产主义渠。
从西拴马村向东16km为卫辉市正面水库大坝，从此拐向南7km是卫辉市狮豹头水库大坝，继续向南13km是卫辉市塔岗水库大坝，也是沧河出山口处，向下进入山前丘陵区后，继续蜿蜒向东南10km相继穿越南水北调中线总干渠、107国道、京广铁路和京珠高速公路后汇入共产主义渠。
沧河全长70km，流域面积370km2，其中深山区面积234km2，占全流域面积的63%。
有较大支沟五条。
在山丘区河道纵坡1/40～1/110，坡陡流急。
从西拴马村至山口（口头村）河床宽度变化较小，坡度较大，至口头村急转弯向东南，在转弯处冲刷边坡、河床形成积水深潭。
沧河出山口后蜿蜒向东南，河道宽度由60～400m逐渐变窄，坡度亦变小。
穿越107国道和京广铁路后至顿坊店乡小双村东北后分为两条支流分别注入共产主义渠。
由于建水库后多年未下泄大流量洪水，故从小双村以下河床均已开垦种植，滩地种有成行的大树，现场只能大致看出河道形状。
历史上沧河流域多次发生山洪灾害，自1958年后先后在沧河干流修建了塔岗、狮豹头、正面三座中型水库后，山洪灾害发生频率大为降低，灾害损失大幅度减少。
1.2工程建设的必要性
沧河流域面积370km2，占卫辉市土地总面积的42.9%。
沧河上中游地处山区峡谷，坡陡流急，河床基岩出露，河道宽度较小。
由于建水库后多年未下泄大流量洪水，故从小双村以下河床均已开垦种植，滩地种有成行的大树，现场只能大致看出河道形状。
由于多年来河道未确定边界，卫辉市沧河管理处亦无强制执法权，导致管理困难。
下游河道内挖砂、取土、开采河卵石制砂及围河造田情况严重，屡禁不止。
导致河床变化很大，大部分河床被侵占。
据现场勘查，下游大部分河段河床严重萎缩，不能满足泄洪、排涝需要。
由于在河道内开采河卵石制砂情况严重，且废弃粉尘、废渣未处理，而是直接排放至河道内，导致现有的河床淤积严重。
现场查勘可以看到，下游的河床类似于黄河的游荡型河道，河床无规则形状，河势不顺，未护砌部分的田埂、岸坡屡有坍塌现象。
河道右岸保存有部分不完整的防护堤防，工程形式为浆砌石重力墙式护岸。
由于建设年代久远，大部分堤防老化，部分已坍塌、毁坏。
经查阅历史资料，沧河历史上多次爆发洪水造成严重洪灾。
建国后发生的较大洪水有：
1956年7月20日降雨800mm，塔岗站测得洪峰流量2400m3/s，历时36分钟，塔岗村半个村庄被冲毁，上游山丘区塌房43l间，死伤37人，毁梯田3000余亩。
牲畜、家具被冲走不计其数。
1970年7月27至31日，卫辉市西北部山区连降大雨、暴雨，香泉河、十里河、沧河、卫河水位急剧上涨。
顿坊店、上乐村、唐庄、城郊等公社的62个大队被洪水围困，塌房2734间，损坏粮食17.5万公斤，浸坏其它物品数万件，死4人，淹秋苗17.5万亩，其中绝收15万亩。
1982年7月末至8月初，豫北普降大雨。
8月5日，沧河3座水库溢洪。
塔岗水库最大溢洪量达217m3/s，副坝发生横向裂缝。
共产主义渠黄土岗测水站测得最高水位为70.51米，最大流量536m3/s。
汲县动员5万人上堤防守。
在下游入共产主义渠口段，由于地势低洼，加之受共产主义渠水顶托，排水不畅，经常出现涝灾。
为了充分利用沧河水资源，减轻洪水威胁，从20世纪50年代后期开始对沧河进行梯级水库综合开发，先后于1958年、1967年、1973年建成了塔岗、狮豹头、正面三座中型水库，控制山洪灾害的发生频率和灾害损失的严重性。
总体来说，沧河治理的主要任务为：
上中游以防洪为主，下游以除涝为主。
沧河流域上、中游属太行山低山丘陵区，土层较薄，土壤通透性好，肥力中等，主要种植作物为小麦、玉米，间种谷子、红薯等杂粮。
下游地处卫河冲积平原区，土层深厚，土壤肥力中等偏上，适宜种植多种作物，是卫辉市的粮棉主产区之一，主要种植作物为优质小麦、玉米、棉花等。
塔岗水库向下进入山前丘陵区，由于自然条件的限制，该区耕地资源稀缺，人多地少矛盾突出，加之沧河从建水库以来多年未下泄大流量洪水，故河道沿岸群众在河滩内开垦了大面积的耕地，增加了粮食产量增加了群众收入。
但另一方面也侵占了河道，影响到了河道的行洪能力。
沧河在塔岗水库至三皇庄段的右岸建有部分不完整的防洪墙，保护了数千亩耕地。
但是由于河道行洪断面不足，历年来汛期洪水经常通过防护堤防缺口淹没、冲毁耕地，造成较大的经济损失。
据统计，近年来仅在安都乡三皇庄以上河段沿岸，就曾经冲毁、淹没农田850公顷，造成农作物减产或绝收。
沧河在桩号1+500段河道行洪断面宽度严重不足，成为沧河行洪的卡脖子工程，该段河道右岸为省道S226线，在现状情况下若发生设计标准的洪水将淹没省道和道路西侧的大片耕地。
沧河下游有南水北调中线总干渠、京广铁路和107国道以及京珠高速公路、京珠高速铁路等和卫辉市区。
沧河的防洪安全关系着下游顿坊店、安都乡等乡镇8万多人12.6万亩耕地及南水北调中线总干渠、京广铁路、京珠高速等国家重要基础设施的防洪保安任务，位置十分重要。
因此，沧河的防洪除涝治理是十分必要的。
本次设计治理的河段为从塔岗水库溢洪道向下至安都乡君子村，桩号从0+000～7+314，因该段紧接塔岗水库泄洪口，经常发生洪水冲毁耕地及水利设施、淹没农田，河道行洪断面存在卡脖子工程，且沿岸村庄地势较低，发生较大洪水的情况下将威胁到沿岸村庄群众生命财产安全。
现有薛湾村桥、秦窑村桥、三皇庄村桥三座桥梁因陋就简建设标准低，均为漫水桥。
江山村桥现状基本完好，但由于桥位处河道行洪断面严重不足，需拓宽河道，故以上四座桥梁均需重建。
口头村排水干沟与塔岗水库干渠和一条支渠平交，干渠渠墙阻水不能保证正常洪水下泄，且有可能冲毁干渠，急需配套交叉建筑物。
口头村东北拦河坝由于为群众自发修建的，没有修建消能防冲设施，现拦河坝下游有较深的冲刷坑，需修建消能防冲设施。
河道右岸现有部分不完整的防护堤防为群众性工程。
修建年代久远，建设标准低下。
砌筑用砂浆饱满度很低，类似蜂窝状，强度也很低。
墙面卵石剥落、脱落严重，且有多处裂缝，部分堤段倒塌，急需维修加固。
从上枣庄向东有一条支沟穿过马胡同村后在右岸注入沧河，由于该支沟沟底纵坡较大，洪水下泄流速很大，对河道冲刷严重，须在该支沟汇入沧河处进行护砌。
沧河下游规划进行清淤和修建防护堤防、桥梁涵闸等建筑物，按照总体规划，分阶段实施，不在本次设计治理范围。
1.3水文
该区域属暖温带大陆性季风气候，季节分明，干湿悬殊较大。
冬春两季雨水稀少，风多干冷，蒸发量大；夏秋两季水汽充沛，雨量集中，降雨量占全年的70%左右。
多年平均降雨量658mm，年际变化大，最大年降雨量（1963年）达1225mm，最小年降雨量（1920年）仅287mm。
多年平均气温13.9ºC，最高气温42.5ºC，最低温度-18.4ºC。
最大风力8级，风向偏北或偏南，一般夏秋多偏南风，冬春多偏北风。
冰冻期12月～2月，无霜期4月～10月。
由于沧河流域没有水文观测站点，水文计算以“84”水文图集和“05”暴雨图集为依据。
经计算，3年一遇设计流量为303.14m3/s；5年一遇设计流量为483.7m3/s；10年一遇设计流量为939.01m3/s；20年一遇设计流量为1842.07m3/s。
施工期洪水经分析计算为21.72m3/s。
经分析项目区河道平均每年承担的泥沙约计1.8万吨。
1.4工程地质
沧河治理项目区位于沧河中游出山口处，低山丘陵区～平原区过度地带。
工程区地形较平坦，场地开阔，交通便利。
工程区位于华北准地台黄淮海拗陷的西部边缘。
新构造分区属华北断陷~隆起区的太行山隆起分区和河北断陷分区交接部位。
区域构造稳定性差，地震活动频度高、强度大，工程区地震动峰值加速度值为0.20g，相当于地震基本裂度为Ⅷ度。
工程区地下水以第四系松散土类孔隙潜水为主。
水化学类型为HCO3-Ca-Mg型。
对混凝土不具腐蚀性。
工程区地层具粘砾双层结构，第四系卵石及粘性土呈互层状展布。
各建筑物地层均为第四系全新统卵石，地基承载力较高。
土料可就地取材，砂石料采用段庄料场、块石料可采用卫辉后沟石料场。
1.5工程任务与规模
卫辉市沧河治理工程从卫辉市塔岗水库溢洪道下游至安都乡君子村的河道干流，河道长7.314km。
该工程控制流域面积234km2，设计10年一遇设计防洪流量939m3/s，保障卫辉市西北部12.63万亩耕地、8.1万人口及南水北调中线总干渠、京广铁路、京珠高速公路等国家重要基础设施的防洪安全和粮食生产安全。
按规范规定，工程等别为Ⅳ等，属小
（1）型工程。
主要工程内容为：
1）沧河干流总长7.314km的清淤疏浚；
2）1140m河槽凹岸护砌及新建、复建防洪墙1514m；拆除重建防洪墙2307m；维修加固防洪墙799m。
3）配套口头排水沟泄洪槽的建设；
4）沧河干流4座阻水桥的重建。
5）口头拦河坝消能防冲工程建设。
6）下枣庄排水沟入沧河口处护砌。
7）水土保持、环境保护、节能等。
1.6工程设计
本工程等别为Ⅳ等，永久性主要建筑物为4级。
因本河段上游紧邻控制性工程——塔岗水库，并综合考虑河道现状及治理工程量等因素，确定本工程治理标准防洪为10年一遇，设计防洪流量为939m3/s；堤防级别为5级。
桥梁工程：
沧河干流治理段内现有的4座桥，建设标准过低且阻水严重，河道底宽扩宽、河道整治后必须重建。
生产桥按公路—Ⅱ级折减计算，采用定型设计，下部墩基，上部砼矩形预应力板。
涉及重建桥梁4座，桥面总宽均为6m，桥长分别为48m、26m。
护砌工程：
分防洪墙和河槽护砌。
主河槽凹岸水流顶冲段护砌采用浆砌块石护坡，厚度400mm。
防洪墙采用浆砌块石挡土墙型式。
原有防洪墙维修加固根据具体情况分别采用加高或拆除重建等相应的处理措施。
本工程共设计河槽凹岸护砌1140m；新建、复建防洪墙1514m；拆除重建防洪墙2307m；维修加固防洪墙799m。
新建口头坝后消力池1座，口头排水沟泄洪槽1座，重建桥梁4座。
主要工程量为：
土石方开挖30.95万m3，土石方填筑23961m3，混凝土浇筑805m3，浆砌石筑砌48939m3，钢筋制作安装73.21t。
1.7工程管理设计
沧河由卫辉市水利局沧河管理处实施管理。
本工程建成后要建立一套完善的规章制度，提出管理工作的任务和目标。
卫辉市水利局作为水行政主管部门，负责监督检查沧河工程的管理养护和安全运行，卫辉市水利局沧河管理处具体负责沧河工程的管理、运行和维护，保证工程安全和发挥效益。
1.8水土保持设计
本工程水保内容主要是弃土弃渣10926t，约合6300m3的处理和防护，以及建成后堤防迎、背坡的植树、种草，临时道路、场地的恢复植被等，分工程措施、植物措施和临时措施。
工程概算水土保持投资12.25万元。
1.9环境保护设计
环境保护的内容：
1）水环境保护
2）环境空气质量保护
3）噪声防护
4）固体废弃物处理
5）对人群健康的保护
加强水质监测工作，加强噪音监测工作，加强环境保护管理工作。
环境保护总投资10.0万元。
1.10施工组织设计
施工前应作好准备工作：
①作好路通、电通、水通；②作好导流工程；③作好施工场地布置；④安排好工程施工顺序；⑤作好控制工程质量检测的准备工作；⑥安排好施工力量。
施工的具体工程内容有：
一、主河槽开挖疏浚；
二、主河槽护砌工程；
三、防洪墙工程；
四、桥梁、消力池及泄洪槽工程等
五、环境保护、水土保持等工程
本次河道治理工程计划工期为一年，2011年3月进行施工准备，4月～6月安排河道疏浚、河道平整、护砌、河道护砌、防洪墙工程等设计洪水位以下护砌工程部分，9～12月安排防洪墙、桥梁等建筑物，12月扫尾工程及竣工验收。
环保、水保等工程在整个施工期内同时进行。
1.11节能设计
本工程节能措施分以下部分：
1）工程勘察设计中要优化设计方案，根据勘探资料选取最优方案，降低能源的使用量、消耗量。
2）施工期施工机械需要用汽油、柴油、机油，施工中根据工程量的多少、负荷的大小分别使用功率不同的施工机械，避免空载、空负荷运转等情况，减少能源的浪费。
3）提高供配电系统的功率因数，减少损耗；
4）照明的节能设计；
、充分利用自然光，这是照明节能的重要途径之一。
、照明设计规范规定了各种场所的照度标准、视觉要求、照明功率密度等等。
、使用低能耗性能优的光源用电附件。
、改进灯具控制方式。
通过采取各种节能措施，通风、照明等，总能耗较常规设计减少20%左右，节能效果明显。
1.12设计概算
工程总投资为2763.76万元。
其中主体工程部分投资为2741.51万元，水土保持工程投资为12.25万元，环境保护工程投资为10万元。
主体工程部分总投资2741.51万元，其中建筑工程1717.55万元，临时工程82.65万元，独立费用810.76万元，基本预备费130.55万元。
沧河治理工程主要建设内容包括：
主河槽开挖疏浚开挖、主河槽凹岸水流顶冲段护砌、防洪墙整修、交通桥重建等。
主要工程量为：
土石方开挖30.95万m3，土石方填筑23961m3，混凝土浇筑805m3，浆砌石筑砌48939m3。
主要材料用量：
水泥4736.55t，钢筋73.21t，砂子19158m3，石子693m3，块石53854m3，汽油1.22t，柴油557.67t，工程总投工时89.24万个。
1.13经济评价
工程完成后，沧河干流（治理段）防洪标准提高到10年一遇，提高了防洪除涝能力，减轻了流域内洪涝灾害损失。
依据SL72－94《水利建设项目经济评价规范》及《建设项目经济评价方法与参数》（第三版），计算经济内部收益率EIRR=9.06%，大于社会折现率8%；当社会折现率取8%时，经济净现值ENPV=247.88万元>0，经济效益费用比EBCR=1.09>1.0。
各项经济指标符合有关规定，经济效益、社会效益显著，建议尽快列入计划实施兴建。
2水文
2.1流域概况
沧河属海河流域卫河支流，发源于辉县市拍石头乡北部的玉水池村，临近林州、辉县、卫辉三市边界的交界处。
向东流20km是卫辉市的正面水库大坝，继续向南偏东7km是狮豹头水库大坝，再向南13km是塔岗水库大坝，也是沧河的出山口。
之后进入平原，向南10km相继穿过南水北调中线总干渠、G107国道、京广铁路和京珠高速公路，最后汇入共产主义渠。
沧河全长70km，流域面积370km2，其中深山区面积234km2，占全流域面积的63%。
流域形状像横着的桑叶，没有较大支流，十余条支沟相继从左右侧汇入。
流域属太行山区，植被覆盖差，断层发育，沟壑纵横，地形陡峭，岗峦叠嶂，河道纵坡1/40～1/200，雨季多山洪，坡陡流急。
1956年7月21日降雨300mm，塔岗站测得洪峰流量2400m3/s，历时20分钟，相当于50年一遇洪水，仅塔岗村就死伤11人，淹地千余亩，冲断京广铁路，国家交通干线被迫停运数天。
为了充分利用沧河水利资源，减轻洪水威胁，从20世纪50年代后期开始对沧河进行梯级开发，先后于1958年、1967年、1973年建成了塔岗、狮豹头、正面三座中型水库，均在卫辉市境内。
水库的兴建，兴利除害作用显著，尤其近些年，水库已经成为下游村镇及卫辉市区工农业生产用水及居民生活用水的主要水源地。
2.2气象、水文特征
该区域属暖温带大陆性季风气候，季节分明，干湿悬殊较大。
冬春两季雨水稀少，风多干冷，蒸发量大；夏秋两季水汽充沛，雨量集中，降雨量占全年的70%左右。
多年平均降雨量658mm，年际变化大，最大年降雨量（1963年）达1225mm，最小年降雨量（1920年）仅287mm。
多年平均气温13.9ºC，最高气温42.5ºC，最低温度-18.4ºC。
最大风力8级，风向偏北或偏南，一般夏秋多偏南风，冬春偏北风。
冰冻期12月～2月，无霜期4月～10月。
沧河流域没有水文观测站点，故没有河道径流资料。
上游的东拴马、正面水库、狮豹头水库及塔岗水库，有不连续的雨量资料。
2.3流域特征值
1、流域特征值
各区段流域、干流特征值如下表：
表2—1
位置
流域面积F
（km2）
干流长度L
（km）
干流平均坡降J
正面
88.5
19.98
0.01517
正、狮区间
71.5
17.35
0.01726
狮豹头
160.0
31.49
0.01010
狮、塔区间
74.0
18.32
0.01356
塔岗
234.0
43.88
0.00984
2、水库水位～库容曲线
塔岗三水库的水位～面积～库容关系数据见表2—14。
3、溢洪道水位～泄量关系
按各水库治理后溢洪道的水位～泄量关系进行计算。
2.4年降雨量
年降雨量收集二个方面的资料，进行验算对比。
1、以流域重心查2005年版《河南省暴雨参数图集》（以下简称《05图集》）中的“多年平均年降水量等值线图”，平均年降雨量为695mm，查“年降水量离差系数图”Cv值为0.35，采用Cs＝2.0Cv，计算设计频率P=50%、P=75%、P=90%的设计年降水量。
2、塔岗水库1960年至1975年，有十六年实测年降水量资料，移置正面水库1976年至2000年二十五年降水量资料，共四十一年资料作频率分析，选用以Cv值为0.35，采用Cs＝2.0Cv的计算结果。
两个方面资料计算的结果见表2—2，各频率年降水量设计值相差最大者为5.43%，可以认为大体上是一致的。
本次初设采用《05图集》数据。
各频率年降水量成果表表2—2
项目
均值（mm）
Cv
Cs/Cv
年降水量（mm）
50%
05图集
695
0.35
2.0
667.20
05图集
695
实测降水资料
657.7
0.35
2.0
631
实测降水资料
657.7
2.5设计洪水
2.5.1计算依据
1、《水利水电工程设计洪水计算规范》SL44—2006；
2、《防洪标准》GB50201-94；《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-2000；
3、1984年版《河南省中小流域设计暴雨洪水图集》（简称“洪水图集”或“84图集”）：
4、2005年12月省水文水资源局编《河南省暴雨参数图集》（以下称“05图集”）；
由于本次沧河治理段（长度约6km）紧邻塔岗水库下游，该段汇入支流极少，其流域面积按塔岗水库控制流域面积计算，流量及洪量亦按塔岗水库调洪泄量计算。
2.5.2设计暴雨计算
1、年最大点雨量均值
按各水库、区间承雨面积重心处，查“05图集”可以得到：
年最大24h点雨量均值
、年最大6h点雨量均值
、年最大1h点雨量均值
及年最大10min点雨量均值
，见表2—3～表2—7“XXX设计暴雨、暴雨递减指数计算成果表”。
2、年最大点雨量变差系数Cv值
同样依各水库、区间承雨面积重心处查“05图集”得：
10min、1h、6h、24h时段的雨量变差系数Cv值。
数值见表2—3～表2—7。
3、设计点雨量
Htp＝Ht×Kp
式中：
Htp——t时段设计频率为P的点雨量；
Ht——t时段点雨量均值；
Kp——频率为P的模比系数。
由雨量变差系数Cv、偏态系数Cs=3.5Cv查“84图集”皮Ⅲ型曲线Kp值表求得。
4、设计面雨量
设计点雨量乘以点面折减系数即得设计面雨量。
流域所在水文分区为Ⅵ区，按各流域面积查“84图集”中短历时暴雨时面深（t－F－α）关系图，得暴雨点面折减系数α（其中10min的按1h计）。
计算结果见表2—3～表2—7。
5、暴雨递减指数n
考虑不同时段雨量变差系数及暴雨点面关系的影响，采用下式计算：
1h以下
1～6h
6～24h
式中：
n1p、n2p、n3p——三种时段设计暴雨递减指数；
H10’p、H1p、H6p、H24p——同一设计频率p下年最大10min、1h、6h、24h点雨量；
α——暴雨点面折减系数。
正面水库设计暴雨、暴雨递减指数计算成果表表2—3
重现期（年）
设计时段t
点雨量均值He
变差系数Cv
模比系数Kp
设计点雨量Htp
水库流域
暴雨递减指数
点面折减系数α
设计面雨量Hp
n1
n2
n3
3年一遇
10min
16.20
0.455
1.122
18.18
0.853
15.50
0.45
1h
43.50
0.553
1.117
48.59
0.853
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