秦安县凤山段堤防初步设计报告109.docx
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秦安县凤山段堤防初步设计报告109
秦安县南小河凤山段堤防工程
初步设计报告
审定：
金田
审查：
冯志文
项目负责：
靳彦荣
报告编写：
冯志文靳彦荣
规划设计：
靳彦荣焦亚栋
水文分析：
徐林福
地质勘察：
张宏卫
工程概算：
田桂琴
天水市水利水电勘测设计院
二OO六年九月
附图：
13张
平面布置图（外附）QND—011张
河道治理横断面设计图QND—02—01～055张
左堤纵断面设计图QND—03—01～022张
右堤纵断面设计图QND—04—01～022张
堤防断面设计图QND—051张
越堤道设计图 QND—06 1张
踏步、涵管设计图 QND—07 1张
1综合说明
1.1绪言
秦安县位于甘肃省东南部，天水市以北，地处陇中黄土高原西部梁、峁、沟壑区，全县经济基础薄弱，属国扶贫困县。
工程区位于秦安县兴国镇东南，距县城1km处，南小河系葫芦河一级支流，是秦安县境内葫芦河第三大支流，全长36.05km，流域面积342.3km2。
属季节性河流，夏秋季流量变化大，洪水主要为暴雨形成，由于上游植被较差，河床比降大，近年来河岸冲刷摆动突出，河床形态呈现年际多变等特点，少数群众在河床内围垦造田，肆意往河床内倾倒垃圾，造成河道行洪不畅，两岸没有完整的防护河堤，汛期洪水给两岸村民财产及耕地形成严重威胁。
南小河自张家咀进入秦安县河谷川区与葫芦河交汇，河谷川区段河长约5km。
由于一次性投资困难，对南小河防洪治理采取自下而上逐步推进的治理办法。
二OO三年省计委、省水利厅批复修建了南小河大桥至河口段堤防，治理河段长1.2km，治理河宽80m，采用二十年一遇洪水（5%=669m3/s）标准设防，总堤高8.3m，为河床砾质土砂堤梯形断面，150#砼护面，顶宽3m。
地面以下平均埋深3.9m，地面以上平均高度为4.4m。
该段堤防的建成为当地工农业经济的发展起到了保护和推动作用。
本次提出对川区段经济相对较发达、农田高产区面积较大、人口居住最集中的凤山段1.9km河道重点治理。
南小河凤山段堤防工程位于南小河下游兴国镇蔚林村至南小河大桥段（以下简称设防区），此区域群众利用地域优势，积极发展乡镇企业、果树种植等经济作物，规模逐步扩大，农村向科学致富、企业致富、城乡一体化道路发展。
设防区两岸涉及7个村庄1个学校及乡镇企业多家，人口密集，土地肥沃，本次规划治理河道长1.9km，沿途涉及人口5683人，耕地5333亩（其中3429亩果园）。
为了使南小河经济带有一完整的防洪体系，使南小河真正成为一条为农民奔小康的有利之河，为当地新农村建设保驾护行，必须让水利、防洪等农村基础设施走在前列。
秦安县委、县政府对南小河防洪堤体系建设非常重视。
我院受秦安县水利局委托，于二OO六年七月完成《秦安县南小河凤山段堤防工程可行性研究报告》编制工作，甘肃省发展和改革委员会于二OO六年八月以甘发改代赈[2006]655号文批复了可研报告，现在可研批复的基础上依据《水法》、《防洪法》及《防洪标准》、《水土保持法》、《堤防工程设计规范》、《水利水电工程初步设计报告编制规程》等有关规程及规范，完成《秦安县南小河凤山段堤防工程初步设计报告》。
1.2水文
该地区地处西北黄土高原区，属大陆性和副热带气团的交替地带，具有夏无酷暑，冬无严寒，冬干夏湿的大陆性气候特征，四季分明，日照充足。
据县气象站实测资料统计，最高气温37.8℃，最低气温-18.9℃，平均无霜期167天，多年平均降水量600—500mm，降水多在七、八、九三个月，降雨多为暴雨形式，最大风速15m/s，最大冻土深0.6m。
该流域没有实测洪水资料，防洪段设计洪峰流量采用设计暴雨、推理公式、地区等值线图三种方法计算分析，考虑该段堤防靠近秦安县城，与城防二十年一遇标准堤防过渡衔接，结合历史洪水痕迹调查分析，确定本段十年一遇洪峰流量取较大值为500m3/s，造床流量为110m3/s。
1.3工程地质
工程区经过南小河冲洪积区，地形平坦、开阔，工程设防区主要处在南小河一级阶地及河漫滩之上，上部由粉质壤土或重粉质壤土组成，下部为含砾砂层，阶面平坦，具二元结构。
防洪堤基础置于含砾砂层，其渗透系数为K=80—120m/d，允许承载力[R]=0.25Mpa，开挖边坡比采用1：
1～1：
1.5。
块石料产地为下峡口，岩石坚硬，产地距工地约6km，交通便利；天馋公路建成后，大规模开采受到限制，只有小范围人工开采。
砼粗细骨料本着就地取材的原则，砂砾石在葫芦河均有分布，石质坚硬，开采便利，储量丰富，质量满足技术质量要求。
1.4工程任务和规模
工程任务：
在本次南小河设防段现状分析的基础上，结合上下游、左右岸，工农业经济发展情况，依照防洪法和防洪标准，合理确定防洪标准，采取堤防与河道治理相结合，防洪与排洪相结合，完善防洪体系，提高防洪能力，为沿岸工农业基础设施和高效农田的开发利用提供保障，确保工程防护区人民生命财产免遭洪水侵害。
工程规模：
设防区保护5683人，5333亩耕地（其中3429亩果园）及乡镇企业多家，规划治理河段1.9km，两岸修建堤防3.766km，其中左岸1.87km，右岸1.896km。
按国家《防洪标准》（GB50201—94），根据设防区人口密度及工农业产值等情况，结合损益分析确定该工程防护区等级为Ⅳ等，防洪标准按10年一遇设计，按《堤防工程设计规范》（GB50286—98）之规定，堤防工程级别为5级，相应建筑物级别为5级。
工程区位于地质构造活动区，根据中国地震动参数区划图（GB18306—2001）查地震动峰值加速度g值为0.2，相应地震基本烈度值为Ⅷ度。
1.5工程布置及主要建筑物
1.5.1工程总体布置
堤线布置结合河势发展现状，力求上下游、左右岸，河流走向及村镇建设相互协调统一，坚持大弯就势，小弯取直的原则平顺衔接。
堤头接点尽可能利用现有建筑物及河岸高坎有利地形，确保堤头接点可靠，堤线宽度在理论计算的基础上，结合河道现状、两岸村镇建设发展规划，尽可能少占耕地或不占耕地，在保障行洪安全的前提下，力求堤高投资经济的原则下确定。
在沟道及村庄巷道处修建排水、排污涵洞，同时为便于当地群众正常的生产、生活等修建跨河越堤道路等，堤线布置详见平面布置图（QND—01）。
1.5.2主要建筑物
（1）堤防工程
根据南小河造床流量计算出河床稳定宽度为基础，结合河道地形及现有河床宽度，权衡有关自然因素和社会经济因素，确定河床宽度为60m。
根据南小河水面曲线计算，基础冲刷深度计算及弯道斜冲、水位差计算，确定总堤高为8.0m（其中右堤0+730～0+900急弯段，经计算，确定总堤高为9.1m）。
基础平均埋深3.7m，河床面以上平均高度为4.3m。
深弘线以下平均埋深2.3m。
堤顶宽度考虑防汛抢险需要，确定堤顶宽度为3m，并倾向河道设2%坡度。
迎水面坡度为1：
1.5，背水面坡度为1：
1.25，迎水面护坡采用C15砼浇筑，考虑基坑排水施工方便坡脚基础采用M10浆砌石砌筑。
详见堤防断面设计图（QND—05）。
（2）沿堤建筑物
在左右岸共建9处排雨水（污）涵洞，在左右岸共设置越堤道3处，考虑巡堤检查便利，设置8处踏步。
堤防工程建设方案中堤距、堤型、堤身夯填材料及总堤高、沿堤建筑物形式及数量与可研批复是一致的。
1.6工程管理
工程建成后，工程管理和保护范围根据《甘肃省水利水电工程土地划界标准》（DB62/446—1995）之规定进行管理和保护。
按照工程管理范围和保护范围，由秦安县水利局成立的葫芦河管理机构管理，不另设管理机构。
工程管理办法按《水法》、《防洪法》和《河道管理条例》等制定。
1.7施工组织设计
该设防段对外交通条件较好。
工程区地势平坦开阔，易于进行施工临建布置。
生产及生活用水水源可由工程区河水及村庄供应，工程区有供电线路及农村用电线路通过。
石料及砼粗细骨料开采便利，其储量及质量均满足要求。
本工程施工项目以土石方挖填及砼工程为主。
土石方开挖采用挖掘机挖土，自卸汽车运输。
除夯、回填土方就近利用外，其余均运至碴场集中堆放。
土方夯填利用就近的开挖弃料，利用70—100kw推土机平整并压实，砼采用拌和机拌制砼，机械或人工架子车运输入仓，钢模成型，机械振捣，人工洒水，自然养护。
工程建设总工期为一年。
1.8环境影响
在砂石料开采过程中将对河滩地原貌和植被有所影响，但范围有限，由于新建防洪堤基础开挖，泥沙直接进入河流，增加河流的泥沙含量，施工噪声对周边居民产生一定影响。
针对上述不利影响，工程实施过程中一方面通过合理调配，尽量做到挖填平衡，减少对植被的破坏；同时，加强施工组织及管理，减少噪音污染，在施工过程中对原料场和原地貌的破坏，必须进行恢复，岸边营造防护林进行绿化，美化环境。
1.9工程投资概算
本工程总投资375.16万元，其中：
建筑工程342.91万元，临时工程5.31万元，其它费用16.01万元，预备费10.93万元。
1.10经济评价
本工程经济内部收益率为12.8%，高于社会折现率12%，年平均效益为62.68万元，经济效益费用比为1.06，大于1，动态投资回收年限6.43年，小于10年。
各项评价指标均满足规范要求，工程在经济上是合理的。
建设期还可给当地群众带来劳务收入41.06万元，扶贫效益显著，随着工程的建成将带来更大的社会效益，应早日将该工程付诸实施，让其造福于民。
1.11工程特性表
工程特性表见下表1-1。
工程特性表表1-1
编号
项目名称
单位
数量
备注
一
水文
1
治理段河流
南小河
2
河道长度
km
36.05
3
流域面积
km2
342.3
4
多年平均降雨量
mm
600—500
5
多年平均蒸发量
mm
1400
6
平均气温
℃
10.4
7
最大风速
m/s
15
8
设计洪峰流量（P=10%）
m3/s
500
二
地质
1
防洪堤地基岩性
含砾砂层
2
最大冻土深度
cm
60
3
地震基本烈度
度
8
三
工程特性
1
治理长度
m
3766
其中:
左堤长度
m
1870
右堤长度
m
1896
2
河床宽度
m
60
3
断面形式
梯形砼护坡
4
越堤道
处
3
工程特性表表1-1
编号
项目名称
单位
数量
备注
5
排污涵洞
处
9
6
巡堤踏步
处
8
四
主要工程数量
1
开挖砂砾石
万m3
13.65
2
夯填筑堤
万m3
7.98
3
回填砂砾石
万m3
5.98
4
100#浆砌块石
m3
1936
5
150#砼护坡
万m3
1.08
五
主要建材及劳力
1
总劳动工日
万工日
2.93
2
总工期
年
1
3
水泥
T
2626
4
块石
m3
2253
5
砂子
m3
6803
6
石子
m3
8864
六
工程投资
1
总投资
万元
375.16
2
其中:
建筑工程
万元
342.91
3
临时工程
万元
5.31
4
其他费用
万元
16.01
5
预备费
万元
10.93
七
经济评价
1
经济内部收益率
%
12.8
2
经济净现值
万元
29.8
3
经济效益费用比
1.06
4
动态投资回收年限
年
6.43
2水文
2.1流域概况
南小河是葫芦河在秦安县境内的第三大支流，发源于清水县远门乡与秦安县兴丰乡的交界地带，西东流向，于秦安县兴国镇丰乐村口汇入葫芦河，树枝状流域，主河道全长36.05km，流域面积342.3km2，主河道与坡面平均比降为13.25‰，流域属渭北黄土丘陵沟壑区，植被差，海拔在1200—2000m之间。
2.2气象
该区地处西北黄土高原区，属陇中丘陵沟壑半干旱气候区，该区多年平均气温10.4℃，极端最高气温37.8℃，最低气温-18.9℃，平均无霜期167天，最大冻土深60cm，最大风速15m/s，流域年平均降水由东向西从600—500mm递减。
该区多年平均水面蒸发量930mm，陆面蒸发量470mm。
2.3设计洪水
南小河流域面积342.3km2，多年平均径流量为1369万m3，径流主要由汛期的暴雨洪水产生，且暴雨多发生在每年的七、八、九三个月。
南小河公路桥以上控制流域面积336km2，全流域无实测洪水资料，采用由设计暴雨计算设计洪水，用三种方法计算的设计洪水成果及设计采用值见表2-1。
瞬时单位线计算的洪水过程线见表2-2。
考虑该段堤防靠近秦安县城，与城市防洪二十年一遇洪水标准堤防过渡衔接，结合历史洪水痕迹调查分析，确定本段十年一遇洪峰流量取较大值为500m3/s，相应造床流量为110m3/s。
南小河设计洪水计算成果表表2-1
位置
F
（km2）
计算方法
QP（%）（m3/s）
QP=5%
QP=10%
QP=66.7%
河口
342.3
瞬时单位线
699
∕
∕
推理公式
470
∕
∕
地区等值线图
611
∕
115
采用值
699
∕
115
南小河公路桥以上
336.0
瞬时单位线
∕
500
∕
推理公式
∕
351
∕
地区等值线图
∕
483
110
采用值
∕
500
110
十年一遇洪水过程线计算表表2-2
T
（h）
U
（t）
U×hi（△t=1h）
∑U×hi
Q10%=
C×∑hu
6.16
6.53
2.19
1.01
1.36
0
0
0
0
0
1
0.475
2.926
0
2.926
278
2
0.35
2.156
3.102
0
5.258
500
3
0.126
0.776
2.286
1.04
0
4.102
390
4
0.036
0.222
0.823
0.766
0.48
0
2.291
218
5
0.010
0.0616
0.235
0.276
0.354
0.646
0.927
88.1
6
0.002
0.0123
0.065
0.79
0.127
0.476
0.759
72.2
7
0.001
0.006
0.013
0.022
0.036
0.171
0.248
23.6
备注
表中t:
时间△t:
时段（△=1h）U（t）:
时段单位线h:
时段净雨深（mm）
C：
计算换算系数
2.4泥沙
该流域属水土流失重度侵蚀区，从多年平均侵蚀模数等值线图查得流域平均侵蚀模数G=7000T/km2，则工程段多年平均悬移质输沙量
=G·F=7000×336=235×104t/a，推移质输沙量按
=
计算，式中β为比例系数，取β=0.15，则
=
=0.15×235=35.3×104t/a。
该流域多年平均总输沙量
则
=235＋35.3=270.3×104t/a。
3工程地质
3.1一般地质概况
3.1.1地形地貌
工程区处在秦安盆地葫芦河二级阶地南小河一级阶地及河漫滩上，坡面和主河道平均比降约4.82‰，由东向西于秦安县兴国镇丰乐村口以70°夹角汇入葫芦河。
工程区经过葫芦河及南小河冲洪积扇区，地形平坦、开阔，工程设防区主要处在南小河一级阶地及河漫滩之上，一级阶地分出现代河床1.5～2.5m，由上部粉质壤土或重粉质壤土组成，厚约1.5～3.0m，下部为含砾砂层，厚约4.5～7.5m，阶面平坦，具二元结构。
3.1.2地层岩性
工程区发育的地层主要以第四系全新统（Q4）为主，现分述如下：
（1）冲积—含砾砂层
为南小河现代河床堆积物，厚约7—8m，岩性为含砾砂，松散。
（2）冲积—重粉质壤土
为南小河一级阶地堆积物，厚约2.0～3.5m，松散。
3.1.3地质构造与地震
工程区位于陇西系旋卷构造与祁吕贺“山”字型构造北西西构造带复合部位，地貌上属甘肃中部黄土覆盖的低山丘陵区的山间河谷盆地，属地震活动区，据《中国地震动峰值和速度区划图》（1：
400万）本区地震动峰值加速度g值为0.2，相应区域构造稳定性较差。
地震基本烈度为Ⅷ度。
3.1.4水文地质条件
工程区地下水主要赋存于第四系含砾砂层中，为孔隙性潜水，主要受大气降水及上游潜水的补给，向下游河流排泄，地下水位埋深为4.5～6.3m，地表水流主要为南小河河水，地下水水化学类型为SO42-、HCO3-、Ca2+-～Na+、Mg2+型水，矿化度1～2g/L，对普通硅酸盐水泥无侵蚀性。
3.2防洪堤的工程地质条件
工程设防段防洪堤地基其上部为厚约1.5～3.0m的重粉质壤土，下部为含砾砂层，厚约4.5～7.5m，含砾砂层的天然密度为1.92g/cm3，据三处挖探资料（0+940、1+420、1+850）深度分别为2.8m、2.9m、3.2m，经筛分计算，河床质平均粉径为7.8mm。
颗粒组成100～40mm占0.7%，40～20mm占6.2%，20～10mm占9.9%，10～7mm占13.5%，7～5mm占22.2%，5～3mm占23.6%，3～2mm占7.1%，2～0.5mm占9.7%，0.5～0.25mm占4.5%（见表3-1），限制粒径d60=6.2mm；有效粒径d10=0.8mm，不均匀系数CU=7.8。
建议：
防洪堤基础置于含砾砂层，其渗透系数为K=30～40m/d，允许承载力[R]=0.25Mpa，开挖边坡比采用1：
1～1：
1.5，清除两河堤间的堆积物，使之水流顺畅。
3.3天然建筑材料
3.3.1堤身填筑料
本着就地取材的原则，尽量利用地基开挖的粉质壤土与含砾砂层混合砾质土料填筑堤身，天然密度1.65g/cm3，夯填干容重不小于1.8g/cm3。
3.3.2块石料产地
本次拟建块石料产地为葫芦河下峡口，岩性为千枚岩夹变质砂岩，岩石坚硬，耐风化。
天馋公路的建成，大规模开采受到限制。
现已小规模人工开采，开采率在60～70%，产地距工程区约7.5km，运距近，交通便利，车辆可直达开采区，石料产地，储量丰富，因堤防用量较少，数量及质量均满足要求。
3.3.3砼粗细骨料
骨料产地为距工地4km的葫芦河，表层开挖深度约3.2m，净砾石储量1.8万m3，净砂储量1.4万m3，颗粒级配100～40mm占11.5%，40～20mm占8.9%，20～10mm占14.6%，10～7mm占15.2%，7～5mm占11.6%，5～3mm占11.9%，3～2mm占9.7%，2～0.5mm占9.7%，0.5～0.25mm占3.7%，0.25～0.1mm占3.2%（详见表3-2），砼细骨料颗粒级配组成5～2.5mm占8.1%，2.5～1.2mm占15%，1.2～0.6mm占22.5%，0.6～0.13mm占29.8%，0.3～0.15mm占21.6%，平均粒径为0.43mm，粗细骨料质量满足技术质量要求，见砼用细骨料级配曲线图。
3.4结论
1）工程区地形开阔平坦，无不良物理地质现象；
2）工程区均为第四系地层，易开挖；
3）工程区位于地震活动区，地震基本烈度为Ⅷ度；
4）防洪堤地基的岩性为第四系含砾砂层，其允许承载力[R]=0.15Mpa，开挖边坡比1：
1～1：
1.5，砂砾石的渗透系数r1=30～40m/d；
5）天然建筑材料能满足工程所需。
河床砂层颗粒级配汇总表表3-1
产地
位置
坑号
取样深度
（m）
颗粒级配组成（%）
合计
100～
40
（mm）
40～
20
（mm）
20～
10
（mm）
10～
7
（mm）
7～5
（mm）
5～3
（mm）
3～2
（mm）
2～0.5
（mm）
0.5～
0.25
（mm）
0.5～
0.1
（mm）
0+940
TK1
2.8
0.6
6.5
9.9
13.4
22.1
23.6
7.1
9.6
2.9
4.4
100
1+420
TK2
2.9
1.1
7.4
11.3
10.9
18.7
25.6
6.2
10.3
2.3
6.3
1+850
TK3
3.2
0.4
4.8
8.4
16.1
25.8
21.7
8.1
9.1
3.2
2.9
合计
2.1
18.7
29.6
40.4
66.6
70.9
21.4
29.0
8.4
13.6
算术平均值
0.7
6.2
9.9
13.5
22.2
23.6
7.1
9.7
2.8
4.5
100
砂砾料颗粒级配汇总表表3-2
产地
位置
坑号
取样深度
（m）
颗粒级配组成（%）
合计
100～
40
（mm）
40～
20
（mm）
20～
10
（mm）
10～
7
（mm）
7～5
（mm）
5～3
（mm）
3～2
（mm）
2～0.5
（mm）
0.5～
0.25
（mm）
0.5～
0.1
（mm）
葫芦河
TK1
1.1
10.4
9.2
13.7
17.4
13.4
10.5
8.9
9.1
3.6
3.8
100
TK2
1.3
12.5
8.5
15.6
13.1
9.7
13.4
10.4
10.2
3.9
2.7
合计
22.9
17.7
29.3
30.5
23.1
23.9
19.3
19.3
7.5
6.5
算术平均值
11.5
8.9
14.6
15.2
11.6
11.9
9.7
9.7
3.7
3.2
100
4工程任务和规模
4.1设防段流域概况及工程现状
4.1.1流域概况
工程区位于南小河大桥上游凤山村，南小河为葫芦河一级支流，系葫芦河秦安县境内第三大支流，发源于清水县远门乡与秦安县兴丰乡的交界地带，由东向西于秦安县兴国镇丰乐村口汇入葫芦河，主河道全长36.05km，流域面积342.3km2，主河道平均比降为13.25‰，该流域属渭北黄土丘陵沟壑区，基本上全是黄土覆盖的山地，海拔高程在1200～2000m之间，流域多年平均降雨量550mm。
南小河流量随季节变化而变化，洪水多为暴雨形成。
该治理段弯道较多，属蜿蜓性和过渡性河段结合处。
河道狭窄不规整，一遇洪水，流向不畅极易爬坡上岸，冲毁农田，甚至毁坏房屋，给两岸居民的生命财产和耕地的防洪安全形成严重威胁。
南小河自张家咀进入秦安县河谷川区与葫芦河交汇，河谷川区段河长约5km。
由于一次性投资困难，对南小河防洪治理采取自下而上逐步推进的治理办法。
二OO三年省计委、省水利厅批复修建了南小河大桥至河口段堤防，治理河段长1.2km，治理河宽80m，采用二十年一遇洪水（5%=669m3/s）标准设防，总堤高8.3m，为河
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