天然气穿河管道防洪评价.docx
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天然气穿河管道防洪评价
1概述
1.1项目背景
2012年6月，受海城华润有限公司委托，辽宁省海城市水利技术推广中心承担了海城市荒岭子天然气管道工程（滨河南路—光明路）海城河穿越的防洪评价任务。
海城市荒岭子天然气管道工程采用聚乙烯管材，穿河段管径规格为PE100，SDR11，D250mm，工程全线设计长度572.6米，由海城滨河南路起至光明路结束，穿越河流1处，总体走向由西向东。
起点桩号为0+000，末点桩号为0+593.7。
荒岭子天然气管道工程穿越海城河采用定向钻方式施工，其中穿越海城河河床下管道最小覆土厚度约为1.5m，位于河南岸近堤脚处，主河槽覆土厚度7m；两岸大堤处管顶最小埋深分别为10m和12m。
为保证管道设计方案的经济、安全，尽可能减少对现有防洪工程和地区防洪的影响，满足防洪的要求，根据《中华人民共和国防洪法》和国家计委、水利部《河道管理范围内建设项目管理的有关规定》，需对拟建的荒岭子天然气管道海城河穿越工程进行防洪影响评价。
按照水利部《河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则》，本次防洪评价主要内容包括：
分析复核工程处的水文成果；研究分析该河段河床演变规律，预测河床冲淤变化程度；根据河床质的组成及相应水面线计算成果，计算河道最大可能冲刷深度；论证管道工程对防洪工程的影响，并提出评价意见。
该评价报告对相关问题的评价及建议供有关部门参考。
荒岭子天然气穿河管道线路走向示意图
1.2评价依据
（1）《中华人民共和国水法》，2002年10月1日起施行；
（2）《中华人民共和国防洪法》，1998年1月1日起施行；
（3）《中华人民共和国河道管理条例》，1988年6月10日发布施行；
（4）水利部、国家计委《河道管理范围内建设项目管理有关规定》，1992年4月3日发布施行；
（5）中华人民共和国国家标准GB50201—94《防洪标准》，1995年1月1日实施；
（6）中华人民共和国国家标准GB50286—98《堤防工程设计规范》，1998年10月发行；
（7）中华人民共和国行业标准S144—93《水利水电工程设计洪水计算规范》，中国水利水电出版社，2003.5；
（8）S1252-2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》，中国水利水电出版社，2000.9；
（9）《河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则》（试行，2004.2.20）；
（10）《辽宁省中小流域（无资料地区）设计洪水计算方法》
（11）《城镇燃气设计规范》GB50028-2006；
（12）《海城荒岭子天然气管道工程初步设计说明书》2012.6；
（13）《海城河全流域规划》2009.02
（14）其它有关的法律、法规、规程、规范。
1.3技术路线及工作内容
该工程穿越海城河断面处位于海城河城区段，已多次完成该区域的水文及河道水力复核工作，成果客观准确，资料详尽。
本评价以《海城河全流域规划》（已通过评审）中水文资料及水力参数为依据，通过对海城河不同洪水频率下的冲刷演算、洪水分析等数据结果，对工程的防洪影响进行了评价，提出了建议。
主要工作内容包括：
管线工程穿越位置水文成果复核分析、冲刷计算；工程建设后对该河段河势和上下游及两岸防洪影响评价。
2基本情况
2.1建设项目概况
荒岭子天然气管道于大白桥上游60m处穿越海城河，采用定向钻穿越方式，防洪标准为50年一遇。
定向钻穿越是一种先进的非开挖穿越施工方法，施工时完全在河流两岸陆地上进行，具有不破坏大堤、不扰动河床、不影响通航、对环境影响较小、施工周期较短、管道运营安全、综合造价较低等优点。
2.1.1穿越位置确定
结合线路总体走向及海城河两岸地形地貌特征，确定海城河穿越位置，具体详见图。
海城河穿越位置图
2.1.2自然地理条件
海城河流域内多年平均降水量703.6mm左右。
降水量的年际变化较大，丰水年和枯水年相差2倍以上，年最多降水量（1964年）达1081.0mm，年最少降水量（2000年）仅为447.1mm。
降雨在年内分配极不均匀，雨量多集中在夏季，6～9月约占全年降水量的72％以上，其中7、8两月更为集中，占全年51％左右。
流域内多年平均蒸发量1659.4mm。
5～6月份相对湿度小，气温上升快，风速大，是蒸发量最大时期，大约为536mm。
11～2月为结冰期，蒸发量最小。
流域内多年平均日照时数2624.5h，5月份最多，多年平均为268.4h，12月日照时数最短在172.7h。
流域内冬季受西伯利亚冷空气南下及地形影响，最大风速20m/s，其相应风向为SSE。
春季最大风速为20m/s，汛期最大风速为19.65m/s。
流域内初霜一般在9月下旬，最早在9月14日；终霜期一般在5月上旬，最晚在5月11日。
流域内降雪最早日期在10月3日，最晚终雪日在4月29日。
流域内极端最高地温63.14℃，发生在1961年的6月26日，极端最低地温－41.7℃，发生在1987年的1月13日。
最大冻土深度为118cm。
海城河是太子河左岸下游一条支流，也是最大的一条支流，全长88.2km，河流平均比1.74‰，流域面积1310km2。
海城河发源于海城市孤山镇兄弟山，流经孤山、析木、岔沟、马风、八里、响堂、海州、兴海、验军、西柳、东四、中小、望台、牛庄14个镇区，于牛庄北邢家窝棚注入太子河。
海城河上游河道弯曲，河谷狭窄，中游析木至海城一段，流速稍减，出海城后呈扇形延伸至牛庄一带，坡降较小，流向自东南向西北。
海城河支流较多，其中较大支流有黑峪河、岔沟河、马风河、炒铁河和八里河等。
2.1.3场地工程地质条件
1、自然地理、水文
场地位于海城市大白桥附近，交通便利，地表水系不发育。
2、地形地貌
场地在地貌上场地属于冲积平原地貌。
属工程地质及水文地质有利条件。
3、地层结构和岩性特征
本次勘察查明，在钻探所达深度范围内，场地各地层分布情况。
现分述如下：
地层编号
地层名称
地层描述
1
杂填土
松散，稍湿，主要成分由粘性土组成，层厚0.800~3.500m。
2
粉质黏土
黄褐色，可塑，摇震反应-无，光泽反应-稍有光滑，干强度-中等，韧性-中等。
层厚1.300~1.300m。
3
粗砂
黄褐，稍密，稍湿，颗粒不均匀，亚圆状，长石石英质，粘粒含量小于1%.局部含粉质粘土。
层厚6.500~9.500m。
本次勘察未穿透此层
4、地下水情况
在本次勘察深度范围遇见地下水，
稳定水位大约在4-5m左右。
在本次勘察深度范围内遇见地下水，施工时应考虑地下水对工程的影响。
根据水质分析报告判定地下水对混凝土结构有微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋有微腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性。
5、各层岩土的原位测试成果见下表：
地层
岩性
标贯值N
动探值N63.5
地基承载力特征值fak（kpa）
②
粉质黏土
6.0-6.0
———1
6
130
③
粗砂
9.2-11.4
———8
9.9
160
最小值—最大值
注：
———————频数
标准值
6、场地地震效应
按国家地震局的有关文件，本场地的基本地震烈度为7度。
根椐国家标准《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）的规定，该区设计基本地震加速度值为0.15g，特征周期值为0.45s，剪切波速值为195m/s。
根据相关资料推断该区覆盖层厚度大于50米。
从场地土的性质和波速参考值判定，属于中软场地土，场地类别为Ⅲ类，属于抗震一般地段。
根椐场地土质和地下水埋藏条件，按《建筑抗震设计规范》规定初判，本场地不会产生地震液化。
7.结论和建议
（1）场地工程地质条件良好，无不良地质作用。
（2）场地和地基稳定，适宜进行本工程的建设。
（3）杂填土不可作天然地基，粉质黏土和粗砂可作天然地基。
（4）本区抗震设防烈度为7度，建筑场地类别为Ⅲ类、设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值为0.15g，特征值周期值为0.45g。
（5）本区土的标准冻结深度为1.1米。
（6）建议采用天然地基为宜。
（7）在本次勘察深度范围内遇见地下水，施工时应考虑地下水对工程的影响。
根据水质分析报告判定地下水对混凝土结构有微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋有微腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性。
（8）根据踏勘及现场调查，该区地下无管线通过。
（9）该建筑对环境没有影响。
（10）根据建筑经验，该场地土对建筑材料无腐蚀性。
2.1.4评价标准
海城河左岸防洪标准为20年一遇，右岸为50年一遇，本次防洪评价校核洪水频率为2%（50年一遇）。
2.1.5穿越设计
穿越断面地层岩性主要为粉质粘土及粗砂土，适宜定向钻穿越，且两岸场地交通运输方便，故推荐采用定向钻穿越方案穿越海城河，穿越水平长度约为353.7m。
穿越处两岸均为住宅区绿化带，比较开阔，有明显的大堤，入土点选在北岸，在大堤坡脚外20m处，高程29.01m，出土点选在南岸，在滨河南路外36.7m处，高程30.36m，两岸均有公路可靠近出、入土点。
穿越地层选择考虑的主要因素：
①根据穿越管径和出入土角、曲率半径的要求，穿越管线从岸上弹性敷设到河床底的最小深度约为1.5m左右；
②根据水流冲刷条件及规划河床确定，对不通航河流覆土厚度不小于0.5m。
③定向钻穿越同时沿管壁进行膨胀土密压灌浆，防止钻孔发生渗透渗流及土体塌陷。
根据工程地质剖面图上所揭示的地层，综合考虑上述各项因素，穿越管线主要在第
（2）层粘土层及第（3）层粗砂层通过，河床下管道最小覆土厚度约为1.5m（南岸近堤脚处）；主槽覆土厚约7.0m；两岸大堤处管顶最小埋深均为12m左右。
设计定向钻入土角12°，出土角13°，定向钻穿越水平长约353.7m。
2.2河道基本情况
海城河是太子河左岸最后一条支流，其地理位置为东经122°18′--123°8′，北纬40°39′--41°11′。
海城河发源于海城市孤山镇弟兄山，河源高程813米，河长88.2km，流域面积1310km2，多年平均径流量为2.5亿立米，河床糙率较大，流域内耕地面积47万亩，占全市耕地面积的29%，是海城市主要产粮区。
海城河可分为上游山区段、中游城区段、下游平原段。
上游河道弯曲，河谷狭窄，中游析木至海城一段，流速稍减，出海城后呈扇形延伸至牛庄一带，坡降较小，流向自东南向西北。
荒岭子燃气管道穿河处位于海城河城区段。
该段河道顺直，两岸护岸工程完整，河道规划基本完成，滩槽清晰。
海城河水文观测资料有60年左右，即1935年开始至1998年止，除46年—48年，96年无资料，其余年份资料较完整。
有两次历史特大洪水调查资料为1879年和1888年。
流域内有基本雨量站七个（牛庄、海城、英房、析木、岔沟、接文、孤山）观测年限以牛庄站最长，有70年以上资料，接文、孤山资料较短，仅14—16年资料，流域雨量点平均密度187平方公里。
据分析流域平均年雨量多年平均值733.7毫米，均值等值线由山区的780毫米递减至平原的650毫米，由海城站资料知，年最大雨量1003.9毫米（1964年），年最小雨量455.7毫米，最大三日暴雨270.9毫米，（1975年），最大24小时暴雨量173.9毫米（1985年）。
降雨量年内分配极不均匀。
平水年6—9月雨量占年雨量的66%，10—12月与1—4月各占年雨量的10%左右。
海城河设计防洪标准为左岸5%（20年一遇），右岸2%（50年一遇）。
3河道演变
由于海城河流域的地理位置和地形、地貌特点，其年内、年际间的降水分配极不均匀，洪涝灾害经常发生，这就造成了流域内不同程度的水土流失。
在海城河流域的平原微度侵蚀区，水土流失较轻，年平均侵蚀深0.45mm，年侵蚀模数358吨/平方公里。
在泛低山丘陵强度侵蚀区，地面坡度1/500～1/200，年平均侵蚀深4.65mm，最大年侵蚀模数1020吨/平方公里，以沟蚀为主。
根据历年实测资料分析，研究区域河段内主槽未有明显摆动，河床比较稳定。
资料显示河底高程有不同程度的下降，存在的局部冲刷和淤积问题，是由于水土流失、不均匀降雨，不会对河槽有大的影响。
由于海城河历史上为天然河道，河床的坡度较平缓，不能输移粗大的沙砾，水流所携带的泥沙颗粒越小，同时形成不断的沉淀，说明河流基本处于稳定状态，河道的自然下切轻微。
同时，随着上游水利工程的建造，形成了层层拦蓄、梯级开发的局面，流域内水土保持工作效益对流域内的蓄水保土起到重要作用。
结合海城河断面资料分析，认为该段河道以自然演变为主，大洪水时河道会有一定的冲刷变形，但冲刷幅度不大，相对稳定。
4防洪评价计算
4.1水文分析计算
4.1.1基本资料
海城河水文观测资料有60年左右，即1935年开始至1998年止，除46年—48年，96年无资料，其余年份资料较完整。
有两次历史特大洪水调查资料为1879年和1888年。
流域内有基本雨量站七个（牛庄、海城、英房、析木、岔沟、接文、孤山）观测年限以牛庄站最长，有70年以上资料，接文、孤山资料较短，仅14—16年资料，流域雨量点平均密度187平方公里。
据分析流域平均年雨量多年平均值733.7毫米，均值等值线由山区的780毫米递减至平原的650毫米，由海城站资料知，年最大雨量1003.9毫米（1964年），年最小雨量455.7毫米，最大三日暴雨270.9毫米，（1975年），最大24小时暴雨量173.9毫米（1985年）。
降雨量年内分配极不均匀。
平水年6—9月雨量占年雨量的66%，10—12月与1—4月各占年雨量的10%左右。
4.1.2设计洪水
该工程穿越海城河断面处位于海城河城区段，已多次完成该区域的水文及河道水力复核工作，成果客观准确，资料详尽。
本评价设计洪水采用《海城河全流域规划》（已通过评审）中水文设计成果，详见下表：
表4-1海城站设计洪水成果表
项目
年平均均值
P（%）
备注
1
2
5
10
Q（m3/s）
733
4670
3780
2630
1810
4.2冲刷与淤积分析计算
4.2.1水力计算
海城河城区段防洪标准为左岸边二十年一遇，右岸五十年一遇，本报告采用《美国陆军工程兵团HEC－RAS》软件对管道穿越段河道进行水力计算。
计算程序采用能量方程式推算河道水位、流速等水力要素。
能量方程式：
式中：
Z1、Z2分别为下、上游断面的水位，单位为m；
hf、hj分别为上下断面间的沿程、局部水头损失，单位为m。
u1、u2分别为下、上游断面的流速，单位为m/s。
计算频率为P=2%，计算结算见下表。
各河流穿越处主槽水力计算成果表
水力参数
断面
水位（m）
主槽流速V（m/s）
最大水深H（m）
管线穿越断面
24.04
5.04
6.74
管道穿越断面位于海城河I号橡胶坝下游，上表为忽略消力池等消能设施的自然河道下的水力计算结果，流速偏大，因此后续的冲刷验算结果偏于安全。
4.2.2河道冲刷计算
河道平面冲刷受来水来沙、河床质组成、河岸整治工程及上下游跨河建筑物等多种因素的影响，成因复杂，目前尚无特别准确的计算手段，现在国内运用较多的是实测断面套绘法和一般险工用的累计冲刷深法两种方法，本评价采用累计冲刷深法。
河道累计可能最大冲刷深度计算采用《堤防工程设计规范》GB50286-98附录D堤防防护计算（D.2.2-1）公式：
式中：
hB—局部冲刷深度（m）,从水面算起;
hp—一般冲刷后水深，可近似用设计水位时最大水深代替（m）
Vcp—主河槽平均流速（m/s）
V允—河床面上允许不冲流速（m/s），由《岩土工程勘察报告》知，海城河河床土质为杂填土及粉质黏土，察得允许不冲流速为0.2m/s；
n—与防护岸破在水面上的形状有关，一般取n=1/4
4.2.2.4计算成果
冲刷计算成果表
水力参数
河名
频率P
水深h（m）
允许不冲流速V充（m/s）
主槽流速Vcp（m/s）
n
冲刷深hB（m）
海城河
P=2%
6.74
0.20
5.04
0.25
8.36
由上表可知道设计水位时局部冲刷深（从水面算）为8.36m，水深6.74m，实际冲刷深度约为1.62m。
由于受地勘资料限制，床面泥沙允许不冲流速采用经验值，因此计算结果仅供参考。
5防洪综合评价
5.1与现有水利规划的关系与影响分析
根据《海城河全流域规划》要求海城河左岸达到20年一遇防洪标准，右岸达到五十年一遇防洪标准，《荒岭子天然气穿河管道》按五十年一遇洪水标准复核，满足技术要求，说明输油管道防洪标准符合规划内容，设防标准与措施适当。
5.2对行洪安全的影响分析
由于荒岭子天然气管道采用定向钻方式穿越河流，不会壅高洪水位，对河道演变基本无影响，同时对地下水位亦无影响，因此不会影响现有的工程设施的正常运行。
根据河道演变分析和海城水文站实际洪水资料分析，较大洪水时，河岸和河床均会发生一定程度的冲刷。
《城镇燃气设计规范》规定穿河管道覆土厚度根据水流冲刷条件及规划河床确定，对不通航河流要求不小于0.5m；荒岭子天然气管道最小埋深1.5m（南岸近堤脚处），主河槽处埋深7m。
经水力复核验算，河道五十年一遇洪水时最大冲刷深度1.62m，南岸近堤脚处埋深厚度未达到规范要求，需作防冲处理。
5.3对河势稳定的影响分析
该工程的防洪标准为50年一遇，管道采用定向钻方式穿越河道，管道建成后，不会引起河势的大幅度调整，河道的冲淤变化仍以自然演变为主。
因此管道建设对附近的河道演变及河势发展基本无影响。
5.4对现有防洪工程、河道整治工程及其它水利工程与设施影响分析
管道建设由于采用定向钻穿越方式，因此不会壅高洪水位，不会影响及恶化两岸现有的防洪安全标准。
工程布设不压缩河槽及滩地，未曾改变河道设计过水断面及河道原貌，对现有的防洪工程、河道整治工程影响甚微。
定向钻入、出点高程分别为29.01m及30.36m，高于50年一遇洪水位，且管道穿越同时沿管壁进行膨胀土密压灌浆处理，因此不会造成堤防的渗透渗流，对两岸堤防（岸）稳定无影响。
5.5对防汛抢险的影响分析
该工程为定向钻穿越方式，建前与建成后均不影响汛期防洪抢险队伍、物资的运输，有利于防洪抢险。
5.6对第三人合法水事权益的影响分析
不影响第三人合法的水事权益，只是在施工期对当地群众生产、生活、环境等产生一定影响。
6结论与建议
6.1结论
经分析计算，海城荒岭天然气穿河工程的防洪评价意见如下：
1、管道工程穿越海城河工程标准达到五十年一遇洪水频率，主槽流量为3780m3/s，最大水深6.74m，设计水位24.04m，满足海城河规划要求。
2.根据《堤防设计工程规范》中最大可能冲刷深度公式计算，管道穿越处五十年一遇洪水频率时最大冲刷深约为1.62m，南岸近堤防处，管道最小覆土厚度为1.5m，未满足规范要求，需作防冲处理。
3.管道建成后，不会引起河势的大幅度调整，河道的冲淤变化仍以自然演变为主。
管道建设对附近的河道演变及河势发展基本无影响。
4.管道建设采用定向钻穿越方式，穿越同时沿管壁进行膨胀土密压灌浆处理，因此不会壅高洪水位，不会影响两岸现有的防洪安全标准，两岸堤防不会发生渗透渗流，亦不会影响洪水时的防汛抢险。
6.2建议
1.目前广泛使用的定向钻穿越，施工时的施工工作压力往往造成对出、入土点的很大破坏，同时正常运行时的工作压力有时会有一定振动，对河道及堤防工程会有一定影响。
建议采取沿管道壁压密灌浆等工程措施，并于施工时严格监督、检验其施工质量，以保证河道堤防及河床的安全。
2.对南岸不满足冲刷深要求的埋深段，建议定向钻施工前进行临时压重处理，保证管线按设计方向穿越；工程完工后，进行顺水流20米宽范围以上，长约10m的网箱护底，使天然河床内管道最小埋深达到2.5m以上，详见附图。
3.建议在汛期工程运行过程中，注意对管线穿海城河处进行巡查，发现问题及时处理。
4.建议管道工程穿越河道应在非汛期施工，以免出现突发状况，影响河道行洪安全。
4.对施工时产生的废弃泥浆、生活垃圾进行严格管理，不得向河道内排放；施工结束后，按照河务部门的要求恢复原貌。
施工及运行期间，加强对堤防、险工的观测，一旦发现情况，及时采取相应措施，消除不利影响，确保防洪工程完整安全。
附图及其它
1、燃气管道工程平面图
2、定向钻穿越海城河纵断面图
3、《海城荒岭子天然气管道工程岩土工程勘察报告》
4、《海城市荒岭子天然气管道工程防洪影响评价报告》审查意见报告
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