吴公渠初设报告09.docx

1、吴公渠初设报告091 气象水文1.1 流域概况1.1.1 地理位置、地形、地貌吴公渠覆盖许昌、漯河两市，漯河境内吴公渠流经临颍县、郾城区中部。吴公渠流域地处平原，地势由西北向东南方向倾斜，自然坡度为1/30001/4500，属平原洼地，地面高程在58.561.0m。河道河谷地貌发育，河谷形态一般呈半“S”型。吴公渠是重要的防洪和内涝河道。1.1.2 河流水系吴公渠毗领流域有颍河和马拉河流域，流经襄县、临颍县和郾城区，在郾城沈赵北注入颍河，主要有黄花渠、胡城渠、望花渠、小里河、坡陶沟汇入。吴公渠临颍断面以上流域面积为962km2，长度为57.4Km，临颍县境内流域面积230 km2，长度12.1

2、km；吴公渠郾城区断面以上流域面积为1134 km2，长度为75km，境内流域面积172 km2，长度17.6km。吴公渠水系图见图2-1。1.2 河道概况吴公渠临颍段1967年改道治理后，多年来一直未得到治理，由于原设计标准低，加上经过40多年的超负荷运行，淤积严重。吴公渠临颍段现有堤防12.1km，堤顶宽5m，涵闸12座，桥梁5座，多建于上世纪六七十年代，由于年久失修，工程老化严重，工程设施已不能正常发挥效益。吴公渠郾城段于1989年治理，防洪标准为二十年一遇，除涝标准三年一遇，河道河底宽27.5m，深2.7m，最大泄流量426m3/s。现有桥梁11座，设计标准汽-8级，涵闸16座，全部为

3、箱涵式平板闸。涵闸设计标准低，又年久失修，已无法正常运行。图2-1 吴公渠流域水系图1.3 气象、水文特征1.3.1 气候特征吴公渠流域属北温带季风型大陆性气候，总的特点是：四季分明、气候温和、雨量适中。流域内多年平均气温14.5，绝对最低气温-13，绝对最高气温43.4，全年无霜期225天，多年平均降雨量约741mm，降水年际变幅大，年内分配不均，汛期雨量较为集中，79月降雨量占全年的62.8%。降水年际差异，年最大降雨量为最小降雨量的2.97倍。多年平均水面蒸发量约为1117mm，陆面蒸发量约为610mm，年平均径流深131.5mm。冬季受北方大陆气候不断南侵多偏北风，夏季副高压北上多偏南

4、风，年平均风速为2.8 m/s，平均值3月份最大为3.3 m/s，8月份最小为2.2 m/s，瞬间最大风速为25 m/s，一般风速不超过3.4m/s。1.3.2 暴雨特征流域内全年降水量分布不均，汛期（69月份）因受夏季季风的影响，水气充沛，降雨集中，经常发生大暴雨，多年平均汛期雨量为499.3mm，占全年降水量的62.2%，35月份多年平均雨量为169.5mm，占全年降水量的21.1%，10月份至次年2月份多年平均降水量为134.2mm，占全年降水量的16.7%，夏季降雨集中，雨量大，历时长，一遇暴雨，极易造成洪灾。1.3.3 洪水特性吴公渠是排涝河道，处于低洼易涝区，防涝标准低，排涝涵闸年

5、久失修，在汛期经常处于高水位，排涝河道入吴公渠时受吴公渠河水顶托，不仅内涝积水难以排入吴公渠，而且极易受吴公渠洪水倒灌，造成更加严重的洪涝灾害。临颍段从1967年至1988年间，发生较大涝灾9次，除“75.8”特大洪水外，1979、1984两年洼地面积都超过15万亩。郾城段除1968年和1985年到1988年大旱年除外，几乎年年遭受不同程度的水灾，洪涝灾害面积年平均达13万亩之多。1.4 设计流量计算吴公渠于1989年进行了干支流治理。本次治理参照1989年吴公渠干支流治理工程扩大初步设计书的成果进行设计。2.4.1.1设计面雨量 吴公渠流域无实测流量资料，无法直接进行流量频率计算，故采用设计

6、暴雨间接计算的方法。干流流域面积较大，按“河南省淮河流域修订规划报告”中颍河采用的水文分析成果和排涝经验公式计算。（1）雨量：采用3天降雨，取Cs=3.5Cv，则3日设计面雨量、重现期、面积关系成果见表2.4-1。表2.4-1 3日设计面雨量成果表面积（km2）Cv均值（mm）不同重现期（年）的设计面雨量（mm）20105点50010002000（2）前期影响雨量Pa值。当设计频率为5年一遇时，采用Pa=45mm；当设计频率为10年一遇或20年一遇时，采用Pa=55mm。Imax=100mm。（3）降雨径流关系。降雨径流关系曲线采用包浍河次降雨径流关系曲线，见表2.4-2。表2.4-2 降雨径

7、流曲线关系表（mm）P+Pa5075100125150175200225250275300颍河包浍河径流381830456281101122144166（4）设计洪水流量计算。吴公渠流域地处丘陵平原过渡地带，属坡水河道，利用雨量资料推求设计洪水流量，采用平原排涝经验公式计算流量。式中：Q设计洪峰，m3/s；K峰量系数，取0.03，干流设计洪峰流量由于洪水漫滩，K值相应减小，因而20年一遇洪水打八五折，10年一遇洪水打九折；F汇水面积，km2；(在1/50000地形图上量取)R设计暴雨径流深，mm，由表2.4-2查得，见表2.4-3；表2.4-3 设计暴雨径流深R表控制位置桩号汇流面积（km2）

8、不同重现期设计暴雨径流深R（mm）20103岔河闸29+600452.7黄花渠口19+720569.2马拉河口13+950851.9尧河口9+7001057.4吴公渠口0+0001134设计洪水成果见表2.4-4。表2.4-4 设计洪峰流量计算成果表控制位置桩号汇流面积（km2）不同重现期（年）设计洪峰流量（m3/s）20103岔河闸29+600452.7黄花渠口19+720569.2马拉河口13+950851.9尧河口9+7001057.4吴公渠口0+00011341.5 施工期设计流量计算吴公渠流域内径流资料缺乏，施工期设计洪水的推求采用水文比拟法，修正移置附近水文相似区域的水文特征值。其

9、中：；，设计流域的非汛期和汛期的洪峰流量，m3/s；，参政流域的非汛期和汛期的洪峰流量，m3/s；K 修正系数。周庄水文站位于颍河支流汾河下游周庄境内，集水面积1320km2，径流资料齐全，与研究区域相距较近，同属温带季风气候区，水文气象条件及汇流条件也有很大的相似性。因此，选取周庄水文站作为参证站，进行施工期设计洪水的计算。吴公渠河道治理工程工期为8个月，从2009年9月份至次年4月份，河道主槽疏浚工程工期为3个月，根据工程特性，选定工程施工期中流量较枯的112月份为计算期即可满足施工要求，利用周庄水文站计算期内最大径流量作为选取样本（详见表2.5-1），进行频率分析计算，设计流量成果表详见

10、见表2.5-2。表2.5-1周庄水文站计算期内最大径流量表年度最大枯期流量(m3/s)年度最大枯期流量(m3/s)年度最大枯期流量(m3/s)1979-198011.71987-19883.52000-200113.91980-198123.61988-198926.42001-200212.91981-19823.81989-199030.62002-200340.81982-19835.381990-1991552003-2004761983-198412.61991-19928.92004-200574.51984-198513.51992-199302005-200629.31985-

11、1986581993-199402006-200715.61986-198799.71994-199514.6表2.5-2 周庄水文站计算期设计流量成果表参数不同重现期洪峰流量 (m3/s)QCvCs/Cv20年10年5年3年此处选用5年一遇洪峰流量的计算成果，通过水文比拟法计算吴公渠施工期设计洪水，成果见表2.5-3。表2.5-3 吴公渠施工期设计洪水控制位置桩号汇流面积（km2）不同重现期（年）设计洪峰流量（m3/s）20105岔河闸29+600452.7黄花渠口19+720569.2马拉河口13+950851.9尧河口9+7001057.4吴公渠口0+00011342 工程任务与规模任务

12、2.1 工程现状及存在的问题2.1.1 工程现状吴公渠临颍段1967年改道治理后，多年来一直未得到治理，由于原设计标准低，加上经过40多年的超负荷运行，河道淤积严重。吴公渠临颍段现有堤防12.1km，堤顶宽2m，涵闸12座，桥梁5座，多建于上世纪六七十年代，由于年久失修，工程老化严重，工程设施已不能正常发挥效益。吴公渠郾城段于1989年治理，防洪标准为二十年一遇，除涝标准三年一遇，河道河底宽27.5m，深2.7m，最大泄流量426m3/s。现有桥梁10座，设计标准汽-8级，涵闸16座，全部为箱涵式平板闸。涵闸设计标准低，又年久失修，已无法正常运行。2.1.2 存在问题工程标准低、质量差、年久失

13、修、不配套、管理界线及责任不清、洪涝灾害时常发生，因此迫切希望以防洪保安为主要目标，彻底根治吴公渠。2.2 工程任务针对吴公渠存在问题，采取的措施：一是对河槽加宽加深，二是对现有工程设施。本次吴公渠治理工程总长度为26.6km，跨临颍县，郾城区两个县区，治理工程主要包括：临颍段（1）河道疏浚及提防加固：包括9.0Km长河道疏浚扩挖工程（桩号17+60026+600）；（2）10座涵闸维修加固，改建2座涵闸；（3）重建桥梁2座，维修桥梁1座。郾城段（1）改建15座涵闸，维修马拉河涵闸；(2)重建桥梁4座。2.3 工程规模根据防洪标准（GB50201-94），结合吴公渠防洪工程现状，依据保护的对象

14、的重要性及经济发展趋势，确定吴公渠治理采用20年一遇防洪标准， 3年一遇除涝标准。3 工程设计3.1 工程等别根据防洪标准（GB50201-94）、堤防工程设计规范（GB50286-98），吴公渠河道治理工程属三等工程，堤防级别为4级，主要建筑物等级为3级，次要建筑物等级为4级，临时工程为5级；防洪标准为20年一遇，除涝标准为3年一遇。3.2 设计依据3.2.1 主要规程规范1）防洪标准GB50201-94；2）水利水电工程等级划分及洪水标准SL252-2000；3）堤防工程设计规范GB50286-98；4）堤防工程管理设计规范SL171-96；5）水工混凝土结构设计规范SL/T191-96；

15、6）砌体结构设计规范GB50003-2001；7）水利水电工程设计工程量计算规定SL328-2005。3.2.2 有关文件和资料临颍县吴公渠近期治理建设规划报告 临颖县水利局2008.8郾城区吴公渠近期治理建设规划报告 郾城区水利局2008.8吴公渠干支流治理工程扩大初步设计书 漯河市水利勘测设计队 1989.73.3 设计原则结合实际，统筹兼顾、标本兼治、全面规划，综合治理、兼顾上下游和左右岸关系、集中力量、确保重点、技术可行、效益突出等等。3.4 工程设计3.4.1 河道工程设计5.4.1.1 河道工程概述河道工程设计主要包括：吴公渠临颍段9.0Km长河道疏浚及扩挖工程（桩号17+6002

16、6+600）。吴公渠临颍段1989年治理后，多年来一直未得到治理，由于常年淤积，局部河道断面已不能满足防洪、排涝标准，因此本次治理对河道进行全段清淤。本次疏浚河道比降以89年治理中控制断面高程为控制点（首端控制断面为岔河闸，末端控制断面为马拉河口），以内插的方式确定本次治理河段首末端断面河底高程，经计算，河道纵坡降为1/2500，与89年设计成果基本一致。本次疏浚工程河道横断面亦以89年治理中设计断面为依据，在满足除涝，行洪的条件下进行优化。19+72017+600区间河道底宽取25m，深4.8m；19+72026+600区间河道底宽取18m，深5.2m；主河槽边坡为1：2，滩地宽度取实测河道

17、滩地宽度。大堤边坡不规则，大致为1：2。通过本次推求的水面线与实测堤防对比，对主槽按上述方案疏浚后，堤顶高程均高于20年一遇洪水位，满足防洪要求（20年一遇水面线与堤顶高程对比见图册），故本次设计不对堤防进行加固，仅按 3年一遇除涝标准对主河槽进行疏浚。5.4.1.2水面线计算河道水位的推算，采用恒定非均匀渐变流的能量方程为理论基础，基本方程为：式中：Z2、Z1上下游断面水位；上、下游断面的流速水头；hf、hj上、下游断面的沿程水头损失，局部水头损失。（1）起始水位确定本次工程治理范围为召陵区及临颖段吴公渠全段，因此，应按吴公渠入颍河口水位作为水面线推求的起始水位。但吴公渠在1989年进行过全

18、面的治理，而本次河道疏浚工程仅为其上游的一部分（17+600+26+600），故宜以1989年治理时河道的控制水位、河底高程作为水面线推求的控制断面。根据1989年漯河市水利勘测设计队编制的吴公渠干支流治理工程扩大初步设计书，吴公渠各控制点河底高程、水位见下表：表5.4-1 吴公渠八九年河道治理水力要素表控制位置桩号河底高程二十年一遇水位三年一遇水位岔河闸29+60061.8268.1065.82黄花渠口19+72057.5264.0861.52马拉河口13+95055.3062.3759.60尧河口9+70054.0461.4158.54吴公渠口0+00052.4259.3956.92马拉河

19、口位于本次疏浚河段末端下游约4.7km，距本次疏浚河段最近，本次设计以马拉河口为控制断面，进行水面线推求。（2）水面线推算成果采用实测纵横断面图，运用水面线基本方程式，并将河道划分为适宜计算河段后，自马拉河口开始，由下游向上游逐段推算。水面线推算采用河南省水利勘测设计院编制的水面线推算程序进行。根据上述计算标准及设计原理推求出吴公渠该段设计水位，疏浚段水面线详见表5.4-2。表5.4-2 设计水位计算成果表桩号河道比降河底高程三年一遇除涝流量二十年一遇防洪流量 （m3/s）水位（m）主槽深度（m）底宽 （m）主槽边坡流量 （m3/s）滩地宽度（m）水位（m）主槽边坡17+6001/250056

20、.80 2244.818247250217+80056.88 4.818250218+00056.96 4.818250218+20057.04 4.818250218+40057.12 4.818250218+60057.20 4.818250218+80057.28 4.818250219+00057.36 4.818250219+20057.44 4.818250219+40057.52 4.818250219+60057.60 4.818250219+80057.68 1975.225241850220+00057.76 5.225250220+20057.84 5.225250220

21、+40057.92 5.225250220+60058.00 5.225250220+80058.08 5.225250221+00058.16 5.225250221+20058.24 5.225250221+40058.32 5.225250221+60058.40 5.225250221+80058.48 5.225250222+00058.56 5.225250222+20058.64 5.225250222+40058.72 5.225250222+60058.80 5.225250222+80058.88 5.225250223+00058.96 5.225250223+20059

22、.04 5.225250223+40059.12 5.225250223+60059.20 5.225250223+80059.28 5.225250224+00059.36 5.225250224+20059.44 5.225250224+40059.52 5.225250224+60059.60 5.225250224+80059.68 5.225250225+00059.76 5.225250225+20059.84 5.225250225+40059.92 5.225250225+60060.00 5.225250225+80060.08 5.225250226+00060.16 5.225250226+20060.24 5.225250226+40060.32 5.225250226+60060.40 5.2252502