内蒙古某河流防洪可行性研究报告.docx

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内蒙古某河流防洪可行性研究报告

内蒙古某河流防洪可行性研究报告

第一章综合说明

第一节绪言

XX河位于XX市南部，是老哈河一级支坤兑河上的支流，全长32.8km,河道比降3.53%。

距宁城县政府所在地天义镇68km。

本次设计依据现行水利水电工程有关规范、标准进行。

工程可保护1个行政村、1220人口、500万亩耕地、林地200亩的安全，防洪工程建设是十分必要和迫切的。

第二节水文

该区域属于温带季风型大陆性气候，年均降水量450mm，多年平均蒸发量1800mm。

区域内年内温度变化大,年平均气温6.7℃，最高气温38.7℃，最低气温-28.9℃，多年平均最大风速14m/s。

汛期多年平均最大风速为11.1m/s。

本次设计水文依据下游钓鱼台水库实测测资料成果，该河段P=5%设计洪峰流量为307m3/s。

第三节地质

工程所在地河段沿河两岸大部分为黄土丘陵，水土流失严重，冲沟发育强烈，沟壑纵横。

本区出露地层主要是前第四纪地质以前震旦纪变质岩，中生代火山岩及侏罗纪沉积岩为主。

工程位置土质多为砂土及砂壤土，筑堤土料为砂壤土，储量丰富。

第四节工程任务和规模

根据GB50286-98《堤防工程设计规范》、1997年《宁城县老哈河、坤头河治理开发规划》，《宁城县水利发展与改革“十一五”规划》，确定该河段堤防标准为20年一遇洪水标准，设计洪峰流量307m3/s。

本次设计新建堤防两岸各400m，堤防迎水面干砌石护坡两岸各400m，护脚丁坝铅丝石笼40个。

第五节工程管理

该工程完工后，由建设单位宁城县水务局交付XX河防洪工程河道管理站管理，负责工程的日常维修、治理和养护。

第六节施工

该工程主要为新建堤防2km，确定工期为3个月，即从2008年8月15日开始，至11月15日全部完工。

堤防主要以人机结合方式施工，护坡护脚主要采取人工施工。

第七节工程量、投资和效益

防洪工程工程量1.76万m3，其中土方开挖0.27万m3，土方填筑1.27万m3，干砌石0.14万m3，铅丝石笼0.08万m3，工程总投资40.8万元，其中：

建筑工程费40.8万元。

工程建成后。

可保护1个行政村的1220人口、500亩耕地、200亩林地的安全，经济效益和社会效益都是非常显著的。

第二章水文

第一节流域概况

XX河系坤兑河上游最大的一条支流，其流域面积228km2，主河道长32.8km，平均比降3.53%。

河道两岸大部分为黄土丘陵，部分为河川平地，土质多为壤土或砂壤土。

河床下垫面由中、细砂卵石组成，河床淤积严重，河弯年坍岸速度约5-50m，河势较平顺。

XX河汛期洪水陡涨陡落，持续时间短，遇到大洪水，往往造成河道冲刷和大幅度变迁，形成河道险工险段，水患较大。

第二节气象

根据天义气象站多年实测资料显示，该地区属温带季风型大陆性气候。

年内气温变差大，冬季漫长干冷少雪，多偏北风，夏季多雨炎热，春秋少雨多大风。

多年平均降水量450mm，且年内分配不均，主要集中在汛期6-9月，可占全年降水量的80%以上。

年平均气温6.7℃，最高气温38.7℃，最低气温-28.9℃。

大陆性气候所决定本地区蒸发量较大，多年平均蒸发量1800mm。

多年平均风速13.4m/s，多年平均最大风速为40m/s，多年平均汛期平均最大风速11.1m/s。

土层封冻期为6个月，11月初结冻至翌年4月上旬化通，最大冻深达1.89m。

无霜期较短，为130-150天。

第三节洪水

1、洪水成因及特征

XX河洪水成因主要是暴雨。

本地区为季风气候区，受季风影响雨量年内分配不均，降雨量主要集中在夏季汛期的6-8月，约占全年降雨量的80%，汛期最大一个月的雨量占全年雨量的40~50%，而这个月的雨量又往往集中在几次大的降雨；XX河洪水形成的另一个原因是流域内多岩石裸露，植被覆盖率低，水土流失严重。

由于坡陡，洪水形成历时短，洪水来势凶猛，峰高量大，在洪水过程中出现突出尖瘦主峰。

2、洪水分析

XX河属无实测资料的流域，本次水文分析直接采用下游1公里处钓鱼台水库的洪水成果。

钓鱼台水库水文计算成果

单位：

m3/s万m3

P（%）

0.2

0.33

0.5

1

2

5

洪峰流量

1047

919

819

654

497

307

一日洪量

2187

1924

1742

1390

1071

680

三日洪量

3、泥砂

坤头河为多泥砂河流，泥砂输送多集中在大洪水年份，推移质占悬移质的20﹪，80﹪以上泥砂集中在汛期6—9月份下泄，汛期洪水含砂量高，而且颗粒组成较细（中值粒径D50=0.03—0.1毫米），多为细砂和粉砂。

第三章测量及工程地质

第一节测量

本次设计在原有测绘资料的基础上进行了详细的实地勘察分析，对于不够完善的地方进行了完善和补测。

第二节工程地质

一、地形地貌

XX流域地处冀北辽西山地，为蜿蜒起伏的低山、中低山组成的山丘地形。

工程所在河段两岸较为开阔，沿河两岸除有3～5公里宽的河川平地外，大部分为黄土丘陵，地表黄土覆盖层深厚，植被稀疏不均，水土流失严重，冲沟发育强烈，沟壑纵横。

二、地层岩性

地层岩性主要为前第四纪地质，以前震旦纪变质岩、中生代火山岸及侏罗纪沉积岩为主。

第四纪地质包括中更新统Q2、上更新统Q3、全新统Q4。

三、堤防处地质条件

坝址处以砂壤土为主，含15%的砂砾，最大粒径0.5cm。

地下水埋深0.3～0.5米。

第三节天然建筑材料

一、筑堤土料

堤防工程50米外多数为砂土及砂壤土，质量、储量均可满足筑堤要求，平均运距80米。

根据XX市水利勘测设计院土工试验室工作人员对筑堤料场取样进行土工试验，定性土壤属轻砂壤土，采用击实试验方法测得结果，最大干容重1.68t/m3，最优含水量14.1%，根据规范要求，测得料场筑堤干容重大于1.6t/m3，即可满足设计要求。

筑堤土料主要力学指标；内摩擦角φ=25°，粘滞力C=0.6t/m2，土料湿容重为1.9t/m3，浮容重r浮=1.05t/m3。

二、砂料、卵砾石

在坤头河及其支流河床、河滩地中，储有丰富的砂料及卵砾石，其质量、储量均可满足要求。

三、块石石料

流域内石料来源广，且多为玄武岩和花岗岩，平均运距45公里。

第四章工程任务和规模

第一节社会经济概况

一工程建设的必要性

该项堤防工程位于XX镇呼和村境内，设计河段沿河有1个行政村，总人口1220人，耕地面积500亩，林地200亩。

设计河段没有完整的防洪体系，遇有大洪水，严重威胁人民生命财产的安全。

故修建该段堤防，整治河道，沿河开发十分必要。

二工程建设的可行性

1、各级领导重视、沿岸群众热情高。

各级领导思想统一，群众迫切要求，有组织保障和群众基础。

2、基础设施完善，电力、通讯、交通有保证。

3、工程建设有技术保障；宁城县水务局近年来出色完成了老哈河红庙子段防洪工程，锻炼了技术队伍，积累了经验，技术有保障。

第二节工程任务和规模

为了保护呼和村两岸的1220口人和500亩良田不再受到洪水威胁，使呼和村有一个稳定、安全、畅通的交通环境，兴建XX河防洪堤工程。

工程采用20年一遇洪水标准，拟将XX河下游400米河道两侧各建一道防洪堤，其中右岸为路坝一体工程，达到堤顺直、水顺畅、路畅通。

计划项目有：

修建左右岸堤防各400m，其中路坝一体堤防1条400m。

第五章工程布置及主要建筑物

第一节工程布置

XX河防洪工程项目建设规模为治理河道400m，修建防洪堤两岸各一条共800m，其中右岸防洪堤为路坝一体共400m，护坡400m。

工程建设使该村400m河道彻底得到改造，提高防御洪水的能力，并为该村提供了便利的交通条件。

第二节主要建筑物

一工程任务及堤防标准

本次设计任务主要是堤防修筑及护砌。

根据《防洪标准》GB50201-94、《堤防工程设计规范》GB/T50286-98，确定河段防洪标准为二十年一遇洪水标准，设计洪峰流量Q5%=307立米/秒，堤防属Ⅳ等工程4级建筑物。

二堤线布置

堤线布置依据1997年宁城县水利局《宁城县老哈河、坤头河治理开发规划》、宁城县人民政府宁政发[1997]88号“关于《宁城县老哈河、坤头河治理开发规划》的批复”进行。

XX河属丘陵山区河流，水流散乱和主流摆动不定是该河段的最基本特征，因此河道整治应顺水之性，因势利导；固定中水河槽，稳定流路；稳定洪水河槽，满足泄洪要求。

堤防线即为洪水河槽整治线——清障线,初步确定堤防线宽为35m。

第三节堤防工程设计

一水面线推算

（1）控制断面和控制水位的确定

本次设计河道水面线采用能量方程计算，控制断面和控制水位选在钓鱼台水库入口处，P=5%水位为307m3/s。

（2）河道水面线的推求

按所属河段为恒定非均匀流水流能量方程式计算，利用实测河道纵、横断面图，根据武汉水利电力学院水力学教研室编著的《水力计算手册》推荐的河道水面线计算公式，自下游向上游逐段推算。

公式：

其中：

E1、E2—分别为上、下游断面的水位高程，m；

hf—沿程水头损失，m，hf=L·J；

hj—局部水头损失，m；

J—平均水力坡降，J=

；

J1、J2—上、下游断面水力坡降，

；

L—两断面间距，m；

x1、x2—流速系数，取x1=x2=1.0；

n—糙率，取0.025；

R—水力半径，R=W/X；

W—过水断面面积，m2；

X—湿周，m。

（3）水面线计算成果

如下表：

水面线计算成果表

断面号

断面间距

（m）

水深

（m）

流量

（m3/s）

流速

（m/s）

0-0

1.1

307

7.39

500

1-1

1.1

307

7.39

500

2-2

1.08

307

7.54

500

3-3

1.07

307

7.62

500

4-4

1.06

307

7.69

二堤顶高程的确定

根据《堤防工程设计规范》（GB50286-98）有关规定确定。

（一）堤顶超高

公式：

Y=R+e+A

其中：

Y—堤顶超高，m；

R—设计风浪爬高，m；

e—风雍水高，m；

A—安全加高，m，按《规范》表2.2.1A=0.6m。

1、风浪爬高，采用《规范》公式计算

其中：

K△—斜坡糙率及渗透性系数；按规范K△=0.75

Kv—经验系数；按规范表C3.1-2取

KP—爬高累积频率换算系数；按规范表C3.1-3

H-—堤前波浪平均波高，（m）；

L—堤前波浪的波长，（m）。

2、计算风雍高度，公式采用：

式中：

K—综合摩阻系数，取K=3.6×10-6；

V—计算风速,取汛期多年平均最大风速11.1m/s的1.5倍；

F—由计算点至对岸距离，35m；

d—水域平均水深，1.08m；

β—风向垂直于堤轴线的法线的夹角，β＝０°；

计算成果如下：

XX河防洪堤高超高计算表

糙渗系数

（K△）

经验系数

（KV）

频率系数

（KP）

摩阻系数

（K）

计算风速

（m/s）

风向夹角

（°）

平均周期（s）

堤前波长

（m）

0.75

1.29

2.07

3.6×10-6

16.65

0

0.14

4.21

平均波高

H（m）

平均水深

d（m）

风区长度

F（m）

迎水坡率

m

风壅水高

e（m）

波浪爬高R

（m）

安全加高

A（m）

堤顶超高

Y（m）

0.001

1.08

35

2.5

0.002

0.48

0.60

1.082

（二）堤顶高程

根据《规范》（GB50286-98），堤顶高为设计洪水深+堤顶超高+预留沉陷。

因该工程为新建堤防，综合考虑预留沉陷值取坝高5%，为0.108m，则堤顶高为设计水位1.19m。

平均堤高2.27m。

（三）堤岸防护计算

1、水流平行于岸坡产生的冲刷按下式计算。

规范Ｄ.2.1-1

式中：

hB—局部冲刷深度（m）。

从水面起算；

hp—冲刷处水深（m），以近似设计水位最大深度代替；取水深最大的断面h=1.08米。

Vcp—平均流速（m/s）；为7.54m/s；

V允—河床面上允许不冲流速（m/s），砂壤土取2.2m/s；

n—与防护岸坡在平面上的形状有关，n=1/4。

经计算，hB=1.44m；

坝深：

hB-hp=0.36m

2、水流斜冲防护岸坡产生的冲刷按下式计算

式中：

△hp—从河床底算起的局部冲深，（m）；

α—水流流向与岸坡交角（度），α=11°；

m—堤防建筑物迎水面边坡系数，m=2.5；

d—坡角处土壤计算粒径，cm，取表D.2.2-1表的当量粒径d=0.5cm；

Vj—水流的局部冲刷流速（m/s）；

，

Q1—通过河滩部分的设计流量，Q1=307m3/s；

B1—河滩宽度，从河槽边缘至坡脚距离B1=35m；

H1—河滩水深H1=1.08m，

η—水流流速分配不均匀系数查规范表D2.2-2

η=1.；

VJ—水流的局部冲刷流速VJ=7.54m/s；

经计算，

△hp=0.95m

按此冲深铅丝石笼丁坝基础深度为1米。

丁坝宽取2米,丁坝长度取5米。

第四节防洪堤结构设计

一、护砌工程

防洪堤迎水坡采用干砌石护坡，护坡块石厚0.3m。

1、护砌厚度计算

Q=0.1

规范D.3.2-1

t=nc〔

〕，｝1/3规范D.3.2-2

Q—护面层的块石个体重量（t）

—块石的比重（kN/m3）

=24kN/m3

—水的比重（kN/m3）

=9.8kN/m3

h—设计坡高（m）当平均波高与水深的比值

H平均/d=

=0.08＜0.3

取H5%=

=1.95

=1.95×0.15=0.29

—稳定系数按表D.3.2-1取

=5.5

t—块石面层厚度（m）

n—护面块石层数n=1

c—系数查表D.3.2-2取c=1.3

m=2.5

Q=0.1×

=1.4（kg）

t=1×1.3×（

）1/3=10.95（cm）

层面厚度取t=30cm

2、护坡块石在水流作用下，抗冲粒径

d=

规范D.3.4-1

d=1.24

规范D.3.4-2

d—折算粒径（m）

s—块石体积

v—水流流速取v=1.59m/s

g—重力加速度（取9.81m/s2）

c—块石运动稳定系数c=1.2

rs—块石重率rs=2.65t/m3

r—水的重率r=1t/m3

d=

=0.054（m）

s=

=0.00084（m3）取边长不小于15cm块石。

二、堤防断面

1、右岸防洪堤结构

右岸防洪堤为土石坝，坝顶高2.27m，坝顶宽设计为6m，兼顾道路，即路坝一体，迎水坡和背水坡坡比均为1:

2.5，迎水坡为0.3m厚的干砌石护坡。

2、左岸防洪堤

左岸防洪堤为土石坝，坝顶高2.27m，坝顶宽3.0m，迎水坡和背水坡坡比均为1:

2.5，迎水坡护坡与左岸相同，即0.3m厚干砌石护坡。

三铅丝石笼丁坝护脚

丁坝护脚工程采用铅丝石笼矩形结构形式。

宽为2m，长度为5m，高为2m。

第五节堤防稳定计算

一渗流计算

由于本区洪水均由夏季暴雨形成，历时短，退水快，行洪历时最长不超过24小时，考虑不稳定渗流情况进行计算。

依据《堤防工程设计规范》，均质土堤在不透水地基上；

T=

（m1+m2+

2（E.4.1-1）

=n（1-sw%）（E.4.1-1）

T—渗流在背水坡坡脚出现所需时间；

b—设计水位处堤宽b=3.5m

m1—迎水坡比m1=2.5

m2—背水坡比m2=2.5

k—堤身渗透系数k=1.48*10-6

n0—土的有效孔隙率n=

-1=

-1=

sw—饱和度sw=14.1%

经计算T=97.46大于一昼夜,所以只考虑不稳定渗流工况,对稳定渗流工况不予考虑。

当洪水持续时间t＜T时，浸润线锋面距迎水坡脚距离L

L=

=

二堤防抗震分析

该段防洪工程位于地震基本裂度Ⅷ度区，根据《堤防工程设计规范》GB50286-98总则，该项工程不考虑抗震设计。

三抗滑稳定计算

根据地质勘察资料，筑堤土为轻砂壤土，采用击实试验方法测得结果，最大干容重1.67t/m3，最优含水量14.2%。

根据规范要求，测得料场筑堤干容重大于1.6t/m3，即可满足设计要求。

筑堤土料主要物理力学指标设计值为：

内摩擦角φ=25°，粘滞力C=0.6t/m2，土料湿容重为1.9t/m3，浮容重γ浮=1.05t/m3。

根据防洪任务、地形地质条件，结合堤身的结构形式、高度和筑堤土料等选取有代表性的断面，按《规范》GB50286-98的规定，采用瑞典园弧滑动计算的有效应力法进行计算。

公式：

其中：

b—条块宽度（m）

W1—在堤坡外水位以上的条块重力，KN；

W2—在堤坡外水位以下的条块重力，KN；

Z—堤坡外水位高出条块底面中点的距离，m；

u—稳定渗流期堤身或堤基中的孔隙压力，KPa；

γW—水的重量，KN/m3

β—条块的重力线通过此条块底面中点的半径之间的夹角，（°）；

C′、φ′—土的抗剪强度指标，KN/m3、（°）。

经计算K=1.48，满足《规范》GB50286-98IV级堤防抗滑稳定安全系数K=1.25要求。

第六章工程管理

第一节管理机构

该规划段堤防工程由坤头河防洪工程河道管理站统一管理，主要负责防洪工程的日常维修和养护。

坤头河防洪工程河道管理站位于宁城县XX镇，业务受宁城县水务局领导。

河道管理站由6人组成，其中站长1人，副站长1人，专业技术人员4人。

第二节工程管理范围和保护范围

依据宁政发[1997]153号“关于印发《宁城县水利工程管理和保护范围确权划界有关规定的通知》的通知”，坤头河管理范围为堤防堤角线以外30m，保护范围为管理范围边界线外延50m。

第七章施工组织设计

第一节施工条件

一气象条件

根据天义气象站分析，XX河地处温带季风型大陆性气候，年内温差变化较大，多年平均气温6.7℃，历年最高气温38.7℃，最低气温-28.9℃，土层封冻期6个月，每年10月下旬开始结冻，翌年4月上旬化通，最大冻深1.89m。

多年平均降水量450mm，年内降雨分布不均，主要集中在6至9月份，汛期为6月15日至9月30日，主汛期为7月15日至8月15日。

7.1.2交通条件

本次设计堤防工程位于宁城县XX镇呼和村境内，地处XX河中游，距天义（宁城县政府所在地）68km。

该河段有XX到鸡冠子山村的村级公路通过，各料场均有简易公路，并可通行拖拉机、汽车等机械，交通较方便。

7.1.3施工期

该工程主要为堤防400m，选在主汛期后施工，确定工期3个月，即从2007年8月15日开始，至11月15日全部完工。

有效工作日90天。

第二节天然建筑材料

堤防工程筑坝土料可就地取材，堤防工程处50m外多为砂土或砂壤土，质量、储量均可满足筑坝要求。

在坤头河及其支流河床、河滩地中，储有丰富砂料及卵砾石。

其质量、储量均可满足要求。

坤头河流域多为山丘或丘陵区，石料储量丰富，多为花岗岩或玄武岩，质量较好，平均运距20km。

第三节施工要求

一、土方工程

1、基础清理：

基底结实，无草根、淤泥腐土及乱石，地下水及洞穴处理完善。

2、填土料：

土质符合设计要求，无草根杂物及石块，控制含水量在设计范围内。

3、填筑：

分层铺填，层厚小于30厘米，压实符合施工规范，填土含水量控制在14.1%，干容重1.60t/m3。

4、断面规格：

坡面平顺，边线整齐，符合设计尺寸。

二、干砌石工程

1、砌石基础：

基础开挖或填筑必须经验收合格。

2、砌石下垫层须符合设计要求，经验收合格。

3、石料规格，石料最小边大于15厘米，质量必须符合设计要求。

4、基脚砌筑，埋置深度，断面尺寸符合设计要求。

5、砌筑：

施工方法符合施工规范，砌体咬边紧密，错缝、石块靠紧稳固，严禁有通缝，叠砌和浮塞。

6、表面质量，砌体咬扣紧密，借位竖砌无通缝，表面平整。

7、坡度符合设计要求。

三、铅丝石笼

1、石料、铅丝符合设计要求。

2、封口连接牢固、不松扣、符合设计要求。

3、成笼外形满足设计要求，网眼打二结。

4、堆砌成形：

间距、密实度符合设计要求。

5、网眼尺寸15×15cm,符合设计要求。

6、网格变形无大的缺陷。

第四节施工进度

根据工程规模，全部工程施工期3个月，即从2007年9月1日至11月15日。

土方工程10月15日前完工，干砌石工程及铅丝石笼工程11月15日前完工。

工程进度横道图

项目

8月

9月

10月

11月

上

中

下

上

中

下

上

中

下

上

中

下

清基

筑堤

迎水坡整形

丁坝石笼护脚

干砌石护坡

坝后整形

该项工程共需完成土石方1.76万m3，其中：

石方0.22万m3，土方1.54万m3，动用人工1.82万工时，高峰人数200人，计划工期3个月。

第八章设计估算

第一节编制说明

一、工程概况

XX河防洪工程位于XX市南部，宁城县XX镇呼和村，地处老哈河二级支流XX河中游。

距宁城县政府所在地天义镇68km。

工程建设可形成较为独立的防洪体系，其防洪任务一是保护两岸居民、耕地、（居民1220人，500亩耕地、林地200亩）的安全。

其主要工程为规划段沿河两岸修建20年一遇标准防洪堤4km。

工程估算由建筑工程、临时工程和独立费用等三部分构成。

1、主要工程量、材料量及用工

总工程量1.76万m3，其中：

土方开挖0.27万m3，土方填筑1.27万m3，铅丝石笼0.08万m3，干砌石0.14万m3，主要材料量：

铅丝7.2t，块石0.26万m3。

总用人工1.82万工时，总用机械0.2万台时。

施工高峰人数200人。

2、施工有效期3个月。

二、投资主要指标

工程总投资40.8万元。

其中：

建筑工程费40.8万元。

三、编制依据

水利部水总[2002]116号发布的《水利工程设计概（估）算编制规定》（以下简称《编制规定》）、《水利建筑工程概算定额》（2002）、《水利水电设备安装工程概算定额》（2002）、《水利工程施工机械台时费定额》（2002）。

四、工程估算原则

（1）基础单价编制

按《编制规定》第六章“河道工程”栏执行。

（2）人工估算单价

按“编制规定”执行。

形空间

（3）材料估算基础单价

主要材料铅丝以XX市价为原价，汽、柴油以天义市场价为原价，加运杂费及采保费（不计包装和运输保险费），运费按赤交运字（1993）第50号文执行。

主要材料价格=（材料原价+运杂费）×（1+采保费率），主要材料在XX购买，运距85公里，运费按普通货物0.32元/t.km计,汽油、柴油按0.5元/t·km计,并按XX市物价局、交通局赤字[1993]第50号《关于燃料价格上涨确定汽车运价上浮的通知》，运价上调53%。

采保费率取3%,装卸费4元/t。