山区中小型河堤专项治理方案设计.docx
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山区中小型河堤专项治理方案设计
题目：
山区中小型河堤专项治理方案设计
专业：
工程管理
目录
摘要X
本文结合壤塘县实际情况，从现场获取第一手资料。
在结合当地多年来累计的施工经验编写有一定的产考价值。
X
第一章1
1.1工程建设依据1
1.1.1工程概况1
1.2工程建设的必要性1
1.2.1自然及社会经济概况1
1.2.2山洪灾害2
1.2.3工程区现状4
1.3工程任务及治理标准4
1.3.1工程任务4
1.3.2防洪标准4
1.3.3设计水平年4
1.4工程规模4
1.5堤线布置及堤距选择5
1.5.1工程区河流特性5
1.5.2堤线布置原则5
1.5.3稳定河宽计算说明5
1.5.4堤距选择及确定的堤线布置方案7
1.6设计洪水水面线及冲刷计算7
1.6.1基本资料7
1.6.2计算方法7
1.6.3冲刷计算9
1.7排涝规划11
1.8清淤、疏浚规划11
第二章12
2.1工程等级与设计标准12
2.2设计基本资料12
2.2.1水文气象资料12
2.2.2工程地质及测绘资料12
2.2.3设计规程及规范13
2.3堤防工程总体布置13
2.3.1稳定河宽论证与堤距选择13
2.3.2堤线方案选择14
2.3.3堤型选择14
2.3.4建堤后河床变形及稳定分析17
2.4堤防结构设计18
2.4.1堤防断面结构18
2.4.2堤顶超高及堤顶高程的确定18
2.4.3堤顶结构19
2.4.4堤防防冲刷设计19
2.4.5基底处理20
2.4.6堤防工程稳定计算21
2.4.7河堤防冲保护设计22
2.4.8抗冻设计22
2.5河道疏浚设计22
2.5.1河道疏浚设计22
2.5.2对疏浚料的处理23
2.5.3疏浚后的河道冲淤分析23
2.6穿堤建筑物及排涝工程设计23
致谢24
参考文献25
摘要
本文结合壤塘县实际情况，从现场获取第一手资料。
在结合当地多年来累计的施工经验编写有一定的产考价值。
第一章
1.1工程建设依据
1.1.1工程概况
壤塘县城南堤防工程位于壤塘县壤柯镇杜柯河左岸。
壤塘县与马尔康、阿坝州接壤，南与金川县毗连，西部和南与甘孜州色达县，炉霍县，道孚县相望，北邻青海省班玛县。
县境内辖1镇、11乡、60个行政村，131个村民小组。
全县总人口3.5万人，其中农业人口2.94万人。
县境东西横跨89.6公里，南北纵长134.4公里，全县总面积6606.4903平方公里。
平均海拔3285米，绝对无霜期仅48天，年降水量763.19mm。
县境内有大小河流及支流422条，则曲和足木足河是大渡河的主要支流，对长江源头的水源涵养起着重要作用。
全县公路主干线两条，分别为泽当至沃卡和泽当至曲松公路，经境内总长度190km，另有县道3条89km，乡道9条共410km，全县三乡一镇均通公路，油路通乡率为100%。
已通公路的建制村27个，公路通村率45%，基本上形成辐射全县的公路网络。
县境内气候主要特点是垂直分布明显，南湿北干，复杂多样的高原山地气候。
受西风气流和西南季风气流影响，高原季风性气候十分显著，冬季干燥寒冷，长冬无夏，春秋短促相连，四季无明显之分，气温年差较小，日差较大。
年均气温分布为南高北低，相差约2-8℃。
县城壤柯镇年均气温4.8℃，7月最高气温29.4℃，最低-22.3℃。
年平均降水量756.1mm，中部偏多，南北略少，5~10月为雨季，降水量约占全年90%。
境内没有绝对无霜期，北部无霜期短仅25天，南部无霜期也仅100-120天。
全县晴朗天气较多，全年日照时数2670.4—3036h，≥0℃期间的日照时数1288—1994h，农作物生长季节日照时数为1025—1542h。
冬天阳光充足，夏季雨量集中，干湿季节明显，气温和降水在垂直方向上也存在着明显差异。
从河谷到高山，有明显的气候垂直变化，多为小区域气候。
初雪最早出现在9月中旬，终雪最迟在5月上旬。
海拔3500m以上地带，则全年霜雪不断。
1.2工程建设的必要性
1.2.1自然及社会经济概况
本工程保护区范围主要是壤塘县壤柯镇，壤塘县位于四川，其东北与马尔康，阿坝县接壤，南与金川县毗连，西部和南与甘孜州色达县，炉霍县，道孚县相望，北邻青海省班玛县。
县境内辖1镇、11乡、60个行政村，131个村民小组。
全县总人口3.35万人，其中农业人口27334人。
县境东西横跨89.6公里，南北纵长134.4公里，全县总面积6606.4903平方公里。
平均海拔3285米，绝对无霜期仅48天，年降水量763.19mm。
县境内有大小河流及支流422条，杜柯河和则曲河是大渡河的主要支流，对长江源头的水源涵养起着重要作用。
岗木达乡位于县境中部，距县府仅3km，全乡面积约1200km2，人口0.2万人，辖阳陪、达日、章光、岗木达、明达、昂柯6个村委会。
1.2.2山洪灾害
壤塘县城南堤防工程位于壤塘县壤柯镇，地处杜柯河流域，杜柯河流域洪水由暴雨形成，暴雨发生时间一般是6～9月，个别年份发生在5月底或10月初。
整个杜柯河流域暴雨具有随流域海拔高程增加，暴雨量明显减小的趋势。
据壤塘县气象站实测资料统计，历年最大24小时降雨量54.8mm（1994年）；杜柯河流域呈扇分布型，当发生暴雨时，各支沟洪水先后汇入杜柯河干流，干支流洪峰错锋。
由于杜柯河流域植被较好，河床比降较陡，洪水的涨落过程比较快，一次洪水过程1～3天。
据地方志记载，2013年6月4日以来，壤塘县持续强降雨，部分乡镇出现暴雨天气且持续降雨，并伴有短时冰雹、雷暴等极端恶劣天气过程，截至15日16时，累计降水量达185.9mm，为1981年以来同期最大水量。
2013年6月壤塘县发生“6.13”洪灾，造成岗木达乡内道路、桥梁、耕地、棚圈受到严重损失。
其中：
昂柯村通村道路塌方2处约200m3，导致昂柯村出入道路完全堵塞，经济损失约3万元。
明达村境内县道路基多处塌方约500m3；明达干沟9户牧场牛圈冲毁，牧道冲毁4km。
泽郎沟村道几乎完全冲毁，多处垮塌且损毁严重，车辆人员无法通行。
若尔盖寨后村路完全被泥石流冲毁。
哈寨通村路多处垮塌，损毁严重，无法通行，153沟牧道冲毁6.5km。
达日村境内房屋塌方25处达300m3，村道垮塌9处，冲毁约5.5km，牧道塌方和冲毁约3km。
章光村足木达寨寨内硬化路垮塌一处约50m3，热窝寨寨内硬化路损毁3处约15m。
则木达寨机耕道被淹20m，301段沟便桥冲毁3座，301段沟村道冲毁一处，约40m3。
由于土壤水分饱和，加上持续强降雨迭加，造成杜柯河、则曲河河水暴涨，境内小流域水位普遍上涨，根据山洪预警非工程措施水位视频站监测：
杜柯河壤柯镇段水位达到2.1米，超警戒水位0.3米，则曲河南木达乡段水位2.9米，超警戒水位0.9米，超警戒水位持续96个小时，致使壤塘县12个乡镇均受到不同程度的洪涝和泥石流灾害。
灾情情况汇报如下：
一、受灾情况
（1）农牧林业直接经济损失954.8万元，其中：
农业方面，受损农作物0.106万亩，受灾0.087万亩，绝收0.062万亩，受损机耕道7.8公里；冲毁牧道96公里，冲毁棚圈30个。
林业方面，涉及综合林场危旧房改造、森林防火三期营房、物资储备库工程等受灾，需加固堡坎，沙化治理工程受灾60多亩，冲毁退耕还林地1000余亩、城镇绿化地20余亩，苗圃进水受损。
（2）交通运输业直接经济损失2137.297万元。
其中：
冲毁路基28处，累计21270余立方米；泥石流、山体垮塌53处，累计37250余立方米；受损村道桥、涵洞19座，县城2座便桥被冲毁。
（3）水利设施直接经济损失1063万元。
全县堤防损坏17处，长度2.07公里。
（4）、电力设施损失约190万元。
全县10KV线路发生倒杆断线41处，涉及12.5公里，存在严重隐患线路63处，涉及18公里，共涉及台区109个；35KV线路存在严重隐患线路3处，涉及0.9公里；章光电厂进水口、引水渠、溢洪道多处出现垮塌，备用电杆损失30根。
（5）移动通信损失约20万元。
洪灾导致传输光缆受损5公里，杆路倾斜、倒杆共计70根。
（6）所学校围墙、堡坎、排水沟、储水池等受损共计123万元。
（7）市政设施损失100万元。
绿化带被冲毁损失800余米，堡坎垮塌3处，路灯线路、井盖、围栏等多处损失。
（8）国家文物单位损失约350万元。
中壤塘确尔基寺出现塔身开裂渗水，塔顶出现垮塌现象，约损失150万元。
茸木达棒托寺大经堂顶多处出现渗水、积水，破坏墙体壁画300平方米，约损失200万元。
（9）13座寺庙不同程度存在地质灾害和安全隐患，经济损失共计22万元。
（10）基层政权设施损失20万元，涉及12个村村级活动室、围墙、坝子等。
（11）农户房屋受损约300万元，房屋进水161户，受损56户。
洪灾不仅给壤塘县壤柯镇人民生命财产造成重大损失，而且严重影响到壤塘县壤柯镇的建设发展。
在现状行洪区状况下难以约束洪水，规划河流两岸防洪安全无保障，漫流状的洪水十分不利于防洪排涝治理，威胁河流两岸人民群众生命财产安全，防洪形势极为严峻。
为确保规划河流两岸群众不受洪水威胁，保障河流两岸人民群众生命财产安全，推动壤塘县地方经济的发展，维护藏区社会稳定，对规划河流进行整治势在必行。
1.2.3工程区现状
经现场踏勘，壤塘县城南堤防工程位于壤塘县壤柯镇，整个河段左岸有县道桑珠路通过，杜柯河流经壤柯镇时由于地形因素影响，在工程河段形成折弯河道，河道宽窄不一，部分河道较窄，最窄处仅为26m，河床基本为砂卵石堆积层。
洪水期对左岸侵蚀严重，加之集雨区域上下游暴雨径流冲蚀产生的泥沙、卵石冲入河道，致使河道逐年淤积，导致河道行洪能力逐年降低，每年汛期均会产生不同程度的洪涝灾害。
工程区已建部分公路挡墙，但由于遭受洪水多年冲刷，基础已经被掏空，部分已经出现垮塌。
1.3工程任务及治理标准
1.3.1工程任务
本工程任务是根据四川省发改委和四川省水利厅联合召开的“加快四川省水利基础设施建设工作会议”和“藏区会议精神”的要求，依照《防洪法》，结合尕古玛沟水情特点和城镇建设，因地制宜地兴建防洪堤。
因此本工程的任务是：
城市防洪及改善城区生态环境。
通过工程实施，最终确保壤塘县壤柯镇人民生命财产得到保护，改善地方基础设施，维护社会安定，促进壤塘县国民经济和旅游环境的快速发展。
1.3.2防洪标准
（1）保护对象
根据防洪工程建设布局，拟建的防洪工程的保护区为壤塘县壤柯镇整个城镇，保护该地房屋、耕地、企业不受洪水干扰，以牧业带动经济发展，快速提高人民生活水平。
（2）防洪标准
本次工程保护壤塘县壤柯镇城镇。
根据《防洪标准》（GBS0201—94）、《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）和《四川省水利厅关于印发四川省重点地区中小河流治理项目初步设计报告编制大纲（试行）的通知》（川水发【2011】3号）的规定，按保护对象的重要性，结合本工程河段的实际情况，本工程保护区的防洪标准确定为20年一遇洪水，堤防为4级堤防，主要建筑物为4级建筑物。
1.3.3设计水平年
结合规划及壤塘县的发展要求，本工程基准年为2014年，设计水平年为2020年。
1.4工程规模
壤塘县城南堤防工程位于壤塘县壤柯镇杜柯河左岸，旁边有县道桑珠路通过，综合治理河道长度2800m，新建堤防合计2800m，分为两段,分别为城南上游段600m和城南下游段2200m,上游段位于壤塘县城中位置，下游段位于壤柯镇起于人行桥，止于额尔吉古大桥以上650m，河道疏浚2800m。
1.5堤线布置及堤距选择
1.5.1工程区河流特性
杜柯河为大渡河的主要支流之一，发源于青海省达日县倒尔娘山麓以北，自西北向东南流经达卡乡、吉卡乡、知钦乡、年龙乡，进入四川省壤塘县境内，流经上杜柯乡、岗木达乡，沿途接纳乌吉沟、热基沟、修沟、竹柯沟等大小支沟，流至壤塘县城，转向南流，经吾依乡，于草坡下游与色曲河汇合后称绰斯甲河，折向东南，沿317国道经石里乡、蒲西乡，转向西进入金川县境内，经二尕里乡、观音桥镇、木尔宗乡，于白湾乡可尔因与足木足河汇合后称大金川，在丹巴纳入小金川后始称大渡河。
杜柯河全流域面积6802km2，多年平均流量70.8m3/s，河道全长284km，其中干流在四川境内长约105km，天然落差（县界3595m～色曲汇口3015m）580m，河道平均比降为5.52‰。
1.5.2堤线布置原则
据GB50286—2013《堤防工程设计规范》的规定，结合已建堤防工程的实际，堤线布置应遵循如下原则：
1、全面规划，统筹安排，标本兼治，综合治理，上下协调，左右岸兼顾，防治结合；
2、坚持疏导，以泄为主的原则，因势利导，归顺河道，增加河床的行洪能力；
3、因地制宜，不同的保护对象采取不同的防护标准和防护方式。
重点保护地区河段，一般耕地防冲不防淹，对地势较高，河岸相对稳定地段不设防；对保护对象少且靠山较稳定河岸地段以生态治理为主；
4、工程建设尽量少占耕地，在留足行洪断面，确保行洪安全的原则下，可以利用部分河滩地，为生产和乡镇建设提供可贵可利用土地资源，达到治理促开发；
5、工程布置与壤塘县建设协调配合，正确处理好堤防工程与交通、居民点排水的关系；
6、堤线布置应使河道水流平顺，堤距选择应满足安全行洪能力的要求。
1.5.3稳定河宽计算说明
1）、基本资料及分析
①河道地形和计算断面资料
我院于2014年12月对城南堤防工程河段进行了按l：
1000比例地形测量。
②天然河道糙率的确定
河道水力计算中的糙率n的确定尤其重要，由于河床形态多种多样而且复杂。
床面本身的阻力及河道形态阻力均难以直接求得。
在将水流作为一元水流处理时。
所有不确定因素均包括在糙率n值中。
糙率n值的确定通常采用河段的水位、流量、水面比降等资料通过水力学公式反求，实际上糙率n值足一个表征河道综合阻力系数。
根据河道组成，水流条件情况，杜柯河的糙率n值，主要集中在0.05～0.06。
建堤后河段计算糙率取值为0.03～0.04。
③河道比降成果
杜柯河全流域面积6802km2，多年平均流量70.8m3/s，河道全长284km，其中干流在四川境内长约105km，天然落差（县界3595m～色曲汇口3015m）580m，河道平均比降为5.52‰，最大比降13‰，工程河段平均比降为7‰。
2）、稳定河宽计算
堤防工程建设之后河段水流流态和河相关系受工程建设影响有一定改变，从河流动力学与河床演变学来看，可能发生河床再造床过程，论证色尔古莲花岛堤防工程的合理堤距，需首先分析河段稳定河宽，即要求建堤后的堤距大于或者等于这个宽度。
采用经验公式计算该段河流稳定河宽：
式中：
B——稳定河宽（m）；
K——K=1/10030/33
Q——造床流量（m3/s），2年一遇；
n----糙率
j——能坡。
造床流量选取河段两年一遇（P=50%）设计流量，即Q=452m3/s，河道比降J=7‰，经计算，河段稳定河宽为37m。
本次工程尽量沿河岸布置，由于原河道部分宽度极窄，无法满足稳定河宽的计算标准，经过常年的运行，河道基本没出现大的突变，说明在造床对河宽的影响较小，河床基本趋于稳定状态，不会发生较大的河床演变现象。
本次堤防建后河宽为26m-68m，基本维持原河道流势。
1.5.4堤距选择及确定的堤线布置方案
1）、堤距选择
根据河流形势分析和现场调查，并考虑到保护范围，原河道水面河宽26～68m，根据河床稳定计算，稳定河宽平均值为37m，由于本河道右岸为高山，左岸为县道公路，无法对部分极窄地段进行扩宽处理，故本次尽量靠岸边布置，维持原河道的行洪能力，对部分淤积地进行疏浚处理，堤距选择为26～68m。
2）、堤线布置
根据地形及河道形势，结合工程地质条件，新建防洪堤基本沿着原河岸布置，新建堤防总长2800m，上游段600m，下游段2200m。
1.6设计洪水水面线及冲刷计算
1.6.1基本资料
（1）设计洪水计算成果
根据拟定的防洪标准，本工程按20年一遇（P=5%）洪水设计，工程河段设计洪水流量Q=898m3/s，据此计算（P=5%）设计洪水水面线。
（2）河道地形及断面资料
防洪堤所属工程河段河道长2800m。
为计算各河段洪水水面线，根据河道情况，上游段布设6个断面，下游段共布设了22个大断面，平均100m设置一个大断面。
（4）起算控制水位
上游段和下游段分别拟定一个起推断面，起算控制断面分别选在下游CS断面，根据水文专业提供的该断面处水位流量关系曲线，得出上游段20年一遇的控制水位为3253.91，下游段20年一遇洪水在该位置处的水位为3186.52m。
1.6.2计算方法
天然河道中的水流一般为渐变非均匀流，动水压强分布可近似的看成与静水压强分布相同，在河道坡降较小时，水面高程就等于代表位置水头和压力水头之和的测压管水头，此时，水流的能量方程可表示为如下形式：
式中：
Z—水面高程；
a—动能修正系数；
V—断面平均流速；
g—重力加速度；
he—断面间的能量损失；
下标1—代表下游段面，下标2—代表上游断面。
两断面间能量损失he包括摩阻损失和断面放大或收缩能量损失。
能量损失可表示为：
式中：
L—断面间距；
Sf—摩阻坡度；
C—断面放大或缩小能量损失系数。
两断面间摩阻坡度Sf可用上下游断面摩阻坡度的几何平均值计算：
某断面摩阻坡度可用曼宁公式计算：
式中：
n—糙率，建堤前0.05，建堤后0.04；
R—断面水力半径。
2）、计算步骤
河道中水流通常为缓流，所以水面线的计算是从下游向上游逐断面进行的，最下游断面的水位由已知的水位流量关系确定，然后向上游进行计算。
计算过程采用试算法，步骤如下：
①假定上游断面的水位
②根据已知的下游水位和假定的上游水位，分别计算出上下两断面的各水力要素；
③根据步骤②计算的结果计算出
（2）式中he；
④把步骤③的计算结果代入
（1）式，计算出Z。
⑤比较计算出的Z2与步骤①中的假定的水位是否一致或满足计算精度要求，如果不满足则重复①至④步，直到满足要求。
3）、设计水面线推求
本工程附近无长时间系列水位流量资料，因此只能采用实测比降，根据河床质组成，分析确定糙率等参数，用水力学方法建立水位流量关系。
通过对论证河段进行分段，对各断而的河底高程进行实测并应用上面的公式，就可以推求论证河段的洪水水面线。
根据论证河段建筑物的防洪标准，求得工程河道段（P=5%）各断面设计洪水面线成果表。
结果表明，设计洪水情况下，建堤后较建堤前水面线抬高-0.11～0.34m，表明堤线布置较为合理，满足行洪要求。
1.6.3冲刷计算
本次设计对城南堤防工程冲刷，参照GB50286-2013《堤防工程设计规范》附录D.2的规定计算水流对堤基产生的冲刷深度。
（1）计算公式
1）顺坝及平顺护岸冲刷深度hＢ按下式计算:
（附录D.2.2-1）
（附录D.2.2-2）式中：
hB--局部冲刷深度（m）；
H0--冲刷处的水深（m）；
Ucp—近岸垂线平均流速（m/s）；
Uc–泥沙起动流速（m/s）；
n--与防护岸坡在平面上的形状有关，取n=1/4～1/6；
η--水流流速不均匀系数，根据水流流向岸坡交角α角查表采用。
2）Uc的计算应符合下列规定：
黏性和砂质河床：
（附录D.2.1-5）
卵石河床：
（附录D.2.1-6）
式中：
d50—床沙的中值粒径（m）,d50=20mm；
H0--行近水流水深（m）；
γs、γ—泥沙与水容重（KN/m3）。
（2）计算结果
壤塘县城南堤防工程产生的冲刷深度计算成果见表4.3、4.4。
表4.3工程上游段堤基冲刷深度计算成果表
断面编号
流量
冲刷水深
平均流速
启动流速
冲刷深度
（m3/s）
（m）
（m/s）
（m/s）
（m）
CS11
898
4.58
6.94
1.4
2.4
CS13
898
4.81
6.44
1.3
2.3
CS15
898
4.64
6.23
1.3
2.2
表4.4工程下游段堤基冲刷深度计算成果表
断面编号
流量
冲刷水深
平均流速
启动流速
冲刷深度
（m3/s）
（m）
（m/s）
（m/s）
（m）
CS1
898
6.59
5.03
1.4
2.5
CS2
898
5.82
5.97
1.3
2.6
CS3
898
4.71
8.58
1.3
2.8
CS4
898
5.12
10.3
1.32
3.4
CS5
898
5.52
7.61
1.33
3.1
CS6
898
5.53
8.5
1.33
3.3
CS7
898
6.15
7.67
1.36
3.3
CS8
898
6.29
7.01
1.36
3.2
CS9
898
5.71
8.58
1.34
3.3
CS10
898
6.36
7.56
1.36
3.4
CS11
898
6.71
7.51
1.37
3.5
CS12
898
6.14
9
1.36
3.5
CS13
898
6.86
6.44
1.38
3.2
CS14
898
5.87
5.41
1.34
2.4
CS15
898
5.35
6.96
1.32
2.7
CS16
898
4.05
10.36
1.3
2.8
CS17
898
5.79
5.6
1.35
2.5
CS18
898
4.82
4.88
1.31
1.9
CS19
898
4.13
6.35
1.3
2
CS20
898
3.68
9.61
1.26
2.4
CS21
898
5.05
8.67
1.32
3.1
CS22
898
5.53
8.01
1.34
3.1
CS23
898
5.8
7.55
1.34
3.1
CS24
898
5.04
9.58
1.31
3.2
CS25
898
5.27
5.61
1.33
2.3
CS26
898
5.27
6.5
1.33
2.6
CS27
898
5.21
5.98
1.33
2.4
CS28
898
5.24
6.18
1.33
2.4
CS29
898
4.19
9.48
1.28
2.7
CS30
898
4.98
5.37
1.32
2.1
CS31
898
5.05
5.59
1.32
2.2
CS32
898
4.29
6.03
1.29
2
CS33
898
3.7
10.09
1.26
2.3
由表4.3、4.4可以看出，河岸堤基最大冲刷深度为3.50m，基础埋置深度应大于计算冲刷深度以下0.5-1.0m。
本次设计基础埋置于碎卵砾石层下3.0m-4.0m，满足冲刷要求。
1.7排涝规划
由于保护区均处于河谷地带，堤防修建以后，保护区内将形成封闭圈，保护区内的涝水需通过工程措施排出，因此，排涝是十分必要的，根据《防洪标准》（GB50201-9
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