甘肃省宕昌县城关镇防洪工程初步设计报告.docx
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甘肃省宕昌县城关镇防洪工程初步设计报告
甘肃省宕昌县城关镇防洪工程
初步设计报告
附：
宕昌县城关镇防洪工程勘测设计委投书。
宕昌县城关镇防洪工程设计图册目录
序号
图纸名称
图纸编号
张数
1
宕昌县城关镇防洪工程平面布置图
宕昌城防－初－水－01
1
2
岷江段左堤纵断面设计图
宕昌城防－初－水－02
4
3
岷江段右堤上段纵断面设计图
宕昌城防－初－水－03
1
4
岷江段右堤下段纵断面设计图
宕昌城防－初－水－04
3
5
贾河左堤纵断面设计图
宕昌城防—初—水—05
2
6
贾河右堤纵断面设计图
宕昌城防—初—水—06
1
7
红河左堤纵断面设计图
宕昌城防－初－水－07
1
8
红河右堤纵断面设计图
宕昌城防－初－水－08
1
9
岷江横断面设计图
宕昌城防－初－水－09
3
10
红河横断面设计图
宕昌城防－初－水－10
1
11
贾河横断面设计图
宕昌城防－初－水－11
1
12
横断面设计大样图
宕昌城防－初－水－12
1
13
越堤道、踏步及护栏设计图
宕昌城防－初－水－13
1
14
宕昌县城关镇防洪工程施工平面布置图
宕昌城防－初－施－01
1
1.综合说明
1.1绪言
宕昌县位于甘肃省南部，陇南地区西北部，白龙江中游，岷江之滨，地处东经104°01′至104°48ˊ，北纬33°23ˊ至33°46ˊ之间，是一九五四年由岷县、舟曲、武都三县的边缘相邻地区组合而成的新建县（五八年曾与岷县合并，六一年又分开）。
全县辖6镇19乡，总人口29万。
地处北亚热带、温带、高原三种气候的过渡地带，垂直气候显著，南北差异大，一般为温带大陆性气候，境内气候温和，四季分明，山清水秀，物产众多，是一片亟待开发的宝地。
工程区位于宕昌县中心，地处岷江及其支流贾河的交汇处，沿岷江西北岸呈“入”字分布，东西长约5km，南北宽不足1km，距离兰州341km，距陇南市110km，距岷县县城73km。
岷江是宕昌的主要河流，系白龙江一级支流，发源于南北秦岭，河长100㎞，流域面积2239.21㎞2，多年平均流量16.7m3/s，实测最大流量677m3/s；贾河发源于鹞子岭，于城关镇汇入岷江，河长26km，流域面积152km2，多年平均流量1.22m3/s；红河发源于旋湾梁，河长13km，流域面积53.8km2，多年平均流量0.4m3/s。
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1号文件明确指出“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，中央对中西部地区给予适当补助。
引导地方搞好河道疏浚。
”为贯彻落实中央1号文件精神，加快中小河流治理工作。
2009年11月宕昌县水利局委托我院进行宕昌县城关镇防洪工程的初步设计工作，经过现场勘测和室内工作，于2009年12月编制完成了《甘肃省宕昌县城关镇防洪工程初步设计报告》。
主要设计依据《中华人民共和国水法》、《防洪法》、《水土保持法》、《堤防工程设计规范》、《灌溉与排水工程设计规范》、《甘肃省防洪规划报告》（长江流域）—甘肃省水利水电勘测设计研究院（2000年7月）；《宕昌县城总体规划说明书》—（兰州有色冶金设计研究院、宕昌县土地城建环保局。
1.2水文
1.2.1气象
本工程位于岷江中游宕昌县城关镇河段，据宕昌气象站1956—2006年气象资料统计：
多年平均气温8.9℃，极端最高气温34.4℃，极端最低气温-16.9℃。
多年平均降水量630.3mm，多年平均蒸发量1348.6mm，全年日照时数2084.5h，平均风速1.6m/s，最大风速15m/s，最大冻土深45cm。
1.2.2设计洪水
宕昌县城关镇座落在岷江左岸与支流贾河交汇处的三角地带，防洪堤工程拟建在岷江和支流贾河上，岷江工程段河道长5.6km，纵坡平均比降11.5‰，主河槽及两侧滩地宽约30～250m，在工程段下游3.8km的左岸有支流贾河汇入，距汇口下游约3km处设有宕昌水文站，控制流域面积1449km2，多年平均流量13.4m3/s。
为使三站资料统一还原到统一控制断面，故对三盘子、新城子测站资料修正到宕昌站，作为本次岷江防洪工程水文分析的主要依据。
属岷江一级支流的贾河控制流域面积216km2，上游分贾河、红河两支，贾河工程段比降22.2‰，集水面积162km2，多年平均流量0.5m3/s；红河工程段比降26.8‰，集水面积54km2，多年平均流量0.2m3/s。
两条河河道宽均为30—60m，河道较顺直，平时小水或干涸，每逢暴雨，洪水携带大量碎块石、泥沙等，形成稀性泥石流，对两岸居民危害极大。
根据宕昌水文站48年实测洪水资料和历史洪调资料，采用P—Ⅲ型曲线频率法计算得设计洪峰流量成果见表1—1。
支流贾河、红河无实测洪水资料，本次采用洪水调查法计算得设计洪峰流量成果见表1—2。
岷江干流宕昌站设计洪水参数及成果表表1—1
河流
断面
位置
集水面积（km2）
参数
设计洪水Qp（m3/s）
Qm
Cv
Cs/Cv
P=1%
P=2%
P=5%
P=10%
P=20%
岷江干流
宕昌水文站
1449
138
0.9
4
666
540
382
272
176
支流工程段设计洪水成果表表1—2
河流
集水面积
（km2）
Qm
Cv
Cs/Cv
P=5%设计洪水Q（m3/s）
红河
54
12.3
1.15
3
40.2
贾河
162
37.3
1.1
3
119
贾、红汇口
216
49.5
1.1
3
159
1.2.3分期设计洪水
根据岷江洪水特性和施工要求，施工期划分为4月、5月、6月、7～9月、10月、11月、12～3月。
7～9月主汛期采用宕昌站年最大洪峰流量成果，其余分期按跨期5天分别选取各时段的年最大流量，按连续系列采用P—Ⅲ型曲线频率计算，得出各分期设计洪水，成果见表1—3。
支流因考虑是季节性河流，大部分时间河流小水或干涸，故支流分期施工洪水不再设计。
岷江干流宕昌站分期设计洪水成果表
单位：
m3/s表1-3
月份
频率
12～3月
4月
5月
6月
7～9月
10月
11月
P=10%
44
82
118
98
272
97
61
P=20%
26
50
81
61
176
59
37
1.2.4泥沙
岷江宕昌站以上山势陡峻，岩层破碎，植被覆盖差，气候变化多样，局部暴雨频繁，水力和重力侵蚀强烈，泥石流沟道极为发育，大量泥沙泄入江
中，使河流泥沙含量陡增。
据宕昌站1958～2001年资料，多年平均侵蚀模数642t/km2，多年平均悬移质含沙量3.0kg/m3，年平均悬移质输沙率40.2kg/s，多年平均悬移质年输沙量126.9万t，汛期6～9月悬移质输沙量95.8万t，占多年平均悬移质输沙量的75.6%。
因无推移质实测资料，推移质输沙量采用比例系数（β）法及有关资料估算：
宕昌站推移质年输沙量为32万t，工程区总输沙量158.9万t。
1.2.5河道演变稳定河宽分析
岷江河床形态分析因缺少不同年代地形图套绘，尚不能确切分析其变化趋势。
岷江两岸山体高大，河流处在较为开阔的峡谷中，局部河段河道变迁与两岸泥石流冲沟发育有密切关系，加之人类活动造成的影响较大，据调查宕昌工程段河床较原河床已缩窄，但河势变化不甚明显。
目前确定河段造床流量的方法多均属经验方法，经对岷江工程河段造床流量采用断面平滩水位法比较分析，经综合后确定岷江段造床流量为135m3/s，该河段稳定河宽为46m。
1.3工程地质
1.3.1区域地质情况
工程区地处南、北秦岭之间的陇南山地西北部，白龙江支流岷江水系的中游。
地势大致西北高、东南低。
按其地貌特征，分为两个地貌单元：
构造剥蚀褶皱中高山区、岷江谷地区。
工程区内出露的岩层主要有三迭系第一岩性组（Ta）灰色—浅灰色中薄层微粒灰岩、绢云母灰质板岩与薄板状粉砂质灰岩互层，夹灰质粉砂岩和少量中厚层灰岩；第二岩性组（Tb）碳酸盐岩及碎屑岩建造的中厚层灰岩、砂岩、粉砂岩，局部夹灰质板岩；中、薄层及厚层状微粒灰岩夹砂岩；灰～深灰色和灰绿色中厚层状砂岩、灰质砂岩、板岩等，第四系地层主要为各种成因的松散堆积物。
根据1:
400万《中国地震动参数区划图》（GB18306～2001），工程区地震动峰值加速度值为0.20g，相当于地震基本烈度为Ⅷ度，地震动反应谱特征周期为0.45s，地震设防烈度按Ⅷ度考虑。
本区地下水主要受大气降水供给，按其埋藏条件可分为第四系松散层孔隙潜水和基岩裂隙水两类。
1.3.2工程地质条件
⑴岷江左岸堤防：
岷江左岸堤防从小堡子桥上游171m起始，沿岷江左岸高漫滩及Ⅰ、Ⅱ级阶地前缘布设，经新城区、大桥、岷江桥，止于计子川大桥，堤线全长5.555km，仅有158.22m为新建提防，其余均为已建堤防段，堤坝由砂砾卵石填筑而成，顶宽4～6m，堤高5～10m，临水堤坡一般采用30～50cm浆砌块石或砂浆混凝土护面，基础埋深1.5～3.5m不等。
（2）岷江右岸堤防：
堤线布置在Ⅰ级阶地或Ⅱ级阶地含砾砂壤土及砂卵砾石层上，堤基为河床及漫滩相冲洪积含漂石砂卵砾石层，不均匀系数Cu=20～70.5，曲率系数Cc=2.9～5.2，级配连续性较好，其中数粒径d50=28～47mm；已建堤防基础埋深在官鹅桥～大桥（0+171～1+200）段为1.5～2.5m，岷江桥～计子川段为3.5m,无突出的工程地质问题，建议将部分基础搁浅段进行基础加固，以保证堤防基础的安全；砂卵石层地基允许承载力450KPa，允许水力坡降0.11～0.12，基槽临时开挖边坡：
水上1:
1～1.25，水下1:
1.25～1.50，基础施工时存在基槽涌水问题，需采取降排水措施。
⑶贾河段：
左岸大草滩～红河桥段（桩号0+000～1+482）：
堤线沿贾河左岸河漫滩和Ⅰ级阶地前缘布设，均为已建浆砌石堤坝段，堤高1.5～3.0m，基础埋深1.5～2.0m。
本段防洪堤建成运行多年，破损严重，其中0+788～0+819、0+849～0+879段基础有掏蚀孔洞存在，需加固处理。
红河桥～岷江段（桩号1+482～2+490）：
堤线沿贾河左岸河漫滩和Ⅰ级阶地前缘布设，均为已建浆砌石堤坝段，堤高4～8.0m，基础埋深1.5～2.5m。
（4）红河段：
红河左岸已建堤防沿红光新村西侧Ⅰ级阶地前缘和高漫滩布设，堤线全长0.465km，均为已建堤坝段，堤身均为人工填筑砂碎石，临水坝坡采用30～80cm的浆砌石护面，堤高3～5m，基础埋深2.0～2.5，砂碎石堤基。
红河右岸新建堤线沿红河右岸Ⅰ、Ⅱ级阶地前缘布设，堤线全长0.630km，末端桩号0+492～0+630段有139m的村民自己修建的简易干砌石及混凝土砂浆护坡，质量差，破坏严重。
堤岸为阶地前缘洪积碎石土及砂碎石层，天然岸坡稳定性较差，砂碎石地基。
岷江段河床质为冲洪积含漂石砂卵砾石，其中数粒径d50=24-47mm；河床稳定系数k1=1.98-6.81，均值为2.82，河床质不稳定；贾河段河床质为洪积砂碎石，其中数粒径d50=18.82-41.5mm，均值为29.25mm；红河段河床质为洪积含块石砂碎石。
1.3.3天然建筑材料及施工用水
根据工程分布情况及料源质量条件，本次拟选用料场6处，其中砂砾石料场4处，块石料场2处，防洪堤坝填筑料可直接采用岷江及其支流河床漫滩丰富的原地砂卵砾石和砂碎石。
施工用水可采用河道地表水或河床漫滩地下水，其水质符合施工质量要求，但汛期河水泥沙含量大，需净化处理。
1.4工程任务和规模
1.4.1自然情况和社会经济
宕昌县地处陇南地区西北部，境内高山重叠，峰谷交错，沟壑纵横，坡度陡峻，地质构造复杂，工程区所在地南北狭长，境内高山与谷地海拔相差悬殊，素以“山大沟深”著称。
根据2008年的统计资料，工程区总人口25401万人，其中农业人口12960人，占总人口的51％，非农业人口12441人，占总人口的49%。
土地总面积5km2，建有全民集体所有制工业12个，职工616人，工业产值2038万元，占全县工业总产值的82.9％，平均劳动生产率6190元，每公顷工业用地产值41.54万元。
1.4.2工程现状及存在的问题
宕昌县城关镇防洪堤始建于上世纪60年代末、70年代初，近年来，宕昌县投入了大量人力、物力、财力兴建堤防工程，进行泥石流治理及河道整治，在防洪减灾、保障人民生命财产安全方面，取得了显著成效，但工程现状仍不容乐观。
主要存在的问题有：
1）设防标准低，经对已建堤防复核，岷江、贾河总计1.95km均不满足防洪设计要求。
2）工程修建施工质量差，经多年运行大桥湾、贾河两岸河堤（多为白灰砌筑）现已毁堤多处。
3）河堤基础埋深浅，随着近年来在河道内挖沙使河床下降，贾河段、岷江干流段河堤基础埋深有的仅为0.5～2m，很多部位基础被掏空。
4）统一的流域治理规划未完全落实，盲目与河争地。
5）工程年久失修老化，堤基被冲刷破坏，堤身坍塌，整体质量差。
6）红河段右岸住户不断增加，洪水直接威胁着居民的正常生活和生命财产安全。
1.4.3工程建设的必要性
1）工程区现状河堤不满足防洪要求
工程区现状河堤原保护对象多为农田，近年来城关镇大力发展小城镇建设，由于受地形限制，企事业单位及城镇居民均沿岷江、贾河及红河左右岸分布，原修建堤防的设防标准低，基础埋深浅，不满足城关镇的防洪要求。
2）工程区洪水灾害严重
宕昌县多次发生洪灾，1988、1989、1990、1991、1992、1998、2000年洪灾和泥石流灾害损失严重，为了确保人民生命财产安全，必须加大对防洪工程的建设力度。
因此，洪水和泥石流已成为制约宕昌县城关镇经济发展的重要因素。
3）城关镇规划建设发展的需要
根据近远期发展规划，到2020年，工程区城市建设总用地将达到251.56km2，人口达到3万人，国民生产总值将有很大提高，固定资产随之增加，城市化水平大大提高。
现状河堤防洪能力不满足城区发展的需要。
4）城区经济繁荣、稳定发展的需要
随着经济的快速发展和城市化水平的提高，防洪建设的要求越来越迫切，为保障当地的防洪安全，促进社会经济环境可持续发展，兴建宕昌县城关镇防洪工程是十分必要和迫切的。
1.4.4防洪标准选定
根据《防洪标准》（GB50201—94）规定，确定保护对象等级为Ⅳ等，该工程防洪标准按20年一遇洪水设计，相应洪峰流量为：
岷江382m3/s，贾河155m3/s，红河52.3m3/s。
1.4.5堤线布置原则及堤距确定
堤线布置原则：
1）堤线布置与宕昌县远期发展规划相结合，相互协调一致，避免工程重复建设和改造。
2）堤线与河势流向相适应，并与洪水的主流线相平行。
河段两岸堤防间距大致相等，堤距应大于稳定河宽要求。
3）堤线力求平顺，各堤段平缓连接，尽可能利用现有堤防和有利地形。
4）清淤调整河道纵坡与修建防洪堤工程相结合，保障河道行洪通畅。
5）堤身断面的选择要因地制宜，根据堤线两侧地形、地貌及建筑物分布情况，选择合适的断面型式。
6）所在区域耕地十分短缺，设计中尽可能利用原堤防，不占耕地或少占耕地。
堤距根据稳定河宽确定，稳定河宽采用阿尔图宁公式计算，经过计算，稳定河宽：
岷江段为46m，红河段12m，贾河段21m，红河、贾河交汇处24m。
工程区地形条件比较复杂，已建河堤堤距宽窄不一，公路桥等建筑物对河道影响较大，且河道为游荡性河流，主槽在宽阔的河床上自由摆动，迁徙无常，因此，堤距选择在大于稳定河宽的基础上，充分考虑河势及现有堤防、过水建筑物（公路桥）的平顺衔接。
工程区已建堤防堤距为30～120m，结合工程区现状实际情况，尽量考虑少占耕地或不占耕地，经综合分析比较，确定岷江段堤距为70～100m，红河、贾河段现状堤距为20～30m不等，设计堤距确定为堤距30m。
1.4.6堤型断面形式选择
本次设计新建河堤的断面形式选用重力式挡土墙和梯形砂砾石断面两种方案形式。
浆砌石重力式挡墙临水面为直立式，背水面为边坡为1:
0.3；砂砾石梯形堤临水坡取为1:
1.5，背水坡边坡1：
1.25。
1.4.7设计水面线推算
本次在岷江5.6km工程河段内，共布测河道横断面14条，根据确定的防洪堤距，在断面处均调查到2006年洪水位，依此洪水位作为高水位控制，用公式Q=AR2/3J1/2/n反推河段综合糙率n，再对比河道实际情况，分析确定得河床综合糙率为0.038。
对岷江干流大桥断面卡口处前后500m范围内进行河道水面曲线计算，并对各断面进行H—Q关系曲线计算，推算出13#断面在设计堤防情况下的设计洪水位，然后以13#断面为基准断面，采用能量公式推求上游各断面的设计洪水位。
经与2000年洪水天然调查水面线比较，两水面线变化基本平顺，说明堤防段河道设计洪水位水面线基本合理，可以作为推求该河段设计洪水位的依据。
岷江工程河段控制断面设计洪水位成果列表1-4。
对支流贾河、红河工程河段，共布测河道横断面6条，其中贾河3条，红河2条，两河汇合口下1条，分别以最后一个断面为基准断面推求水面线。
各断面H—Q关系曲线计算方法同上，糙率确定为0.038。
工程河段控制断面设计洪水位成果列表1-5。
岷江河段工程控制断面设计洪水位成果表表1-4
断面号
左岸桩号（m）
右岸桩号（m）
P=5%洪水位（m）
备注
天然
设计
水文1#
0+223.16
1757.14
1757.2
水文2#
0+871.44
0+871.91
1747.86
1748.0
水文3#
1+443.72
1+449.5
1740.97
1741.18
水文4#
1+902.26
1+930.28
1736.16
1736.2
水文4-1
2+472.59
2+551.89
1728.72
1728.78
水文5#
2+799.89
0+388.22
1724.53
1724.58
交官鹅沟大桥下游段
水文6#
3+300.79
0+894.19
1719.32
1719.40
水文7#
3+486.32
1+106.25
1717.81
1717.85
水文8#
4+067.11
1+519.90
1712.28
1712.30
水文9#
4+532.19
2+043.51
1706.33
1706.83
水文10#
4+933.44
2+504.36
1701.16
1701.57
水文11#
5+385.65
2+925.06
1697.19
1697.28
水文12#
3+460.05
1692.37
1692.42
水文13#
4+000
1685.89
1686.00
贾河、红河工程段控制断面设计洪水位成果表表1-5
断面号
左岸桩号（m）
右岸桩号（m）
P=5%洪水位（m）
备注
天然
设计
红河水文1#
0+43.56
1748.97
1749.12
红河水文2#
0+381.79
0+193.94
1736.87
1736.78
红河水文3#
0+629.26
0+443.27
1732.46
1732.54
贾河水文1#
0+387.31
1755.38
1755.42
贾河水文2#
1+025.19
1741.16
1741.17
贾、红河汇合水文断面
1+844.73
1727.49
1727.32
1.4.8堤顶超高及冲刷深度计算
堤顶超高计算：
堤顶超高为堤顶安全超高加设计波浪爬高。
按《堤防工程设计规范》（GB50286-98）规定，安全超高取0.6m。
经计算确定：
岷江段设计波浪爬高0.59m，设计风壅水高度0.0013m，（该项忽略不计），堤顶超高取1.2m；红河及贾河段设计波浪爬高0.37m，设计风雍水高度0.001m，（该项忽略不计），堤顶超高取1.0m。
堤岸基础冲刷深度计算：
本次计算采用《堤防工程设计规范》（GB50286-98）中堤岸冲刷深度计算公式，对岷江、红河与贾河段均按P=5％设计洪水，进行冲刷深度计算，河床的冲刷深度取水流平冲深度和水流斜冲深度之最大值。
因河流属游荡型河流，主流迁徙不定，摆动幅度较大，工程区河段为弯曲形河道，水流冲刷主要以斜冲为主，所以本次设计冲刷深度均按照斜冲考虑。
经计算后，为安全起见，再加一定的安全值，本次设计岷江段基础埋深为深泓线以下3.0～3.5m，贾河段为3.0m，红河段为2.5m，贾河与红河交汇段为3.5m。
1.4.9工程建设的任务及规模
宕昌县城关镇防洪工程堤防定线总长度16.4㎞，其中达标段3.33km（其中岷江左岸桩号4+300～5+405.27段共计1105.27m为2009年实施加固项目，投资190万元），本次设计工程建设的主要任务是在岷江及其支流新建、加固、加高堤防总计11.33㎞。
岷江干流保护人口11439人，房屋面积490380m2，耕地面积1500亩；贾河河堤保护人口6940人，房屋面积205100m2，耕地280亩；红河河堤保护人口1872人，房屋面积12360m2。
根据《防洪标准》（GB50201—94）规定，确定保护对象等级为Ⅳ等，该工程防洪标准按20年一遇洪水设计，相应洪峰流量为：
岷江382m3/s，贾河155m3/s，红河52.3m3/s，按《堤防工程设计规范》（GB50286-98）规定，本堤防工程级别为4级。
岷江及其支流堤防工程分布情况见表1—6。
岷江及其支流堤防工程分布表表1—6
河名
加固（m）
加高（m）
加固加高（m）
新建（m）
合计（m）
岷江
4808.02
217.09
3586.99
8612.10
红河
629.26
629.26
贾河
358.71
151.39
1580.42
2090.52
合计
5166.73
151.39
1797.51
4216.25
11331.98
1.5工程总布置及建筑物设计
1.5.1工程等别及设计标准
根据《防洪标准》（GB50201—94）规定，确定保护对象等级为Ⅳ等，该工程防洪标准按20年一遇洪水设计，相应洪峰流量为：
岷江382m3/s，贾河155m3/s，红河52.3m3/s，按《堤防工程设计规范》（GB50286-98）规定，本堤防工程级别为4级。
根据工程地质勘察报告，工程区地震动峰值加速度值为0.20g，相当于地震基本烈度为Ⅷ度，地震动反应谱特征周期为0.45s，地震设防烈度按Ⅷ度考虑。
1.5.2工程总布置
本次设计的布置原则是：
堤线布置与河势流向相适应并与洪水的主流线尽量相平行，力求平顺，各堤段平缓连接，尽可能利用现有堤防，不占耕地或少占耕地。
根据工程总布置原则，结合堤防工程现状及对现状防洪标准的复核情
况，本防洪工程总体布置如下：
1）岷江段：
岷江左岸上起旧城段小堡子桥上游下至下坝段下瓦窑，右岸分为两段，上段上起小堡子
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