河道治理工程堤防设计大纲.docx

1、河道治理工程堤防设计大纲河道治理工程堤防设计大纲1概述1.1工程概况地点位于我省甘南藏族自治州的东部，属陇南山地的北秦岭之西端，全县境内山大沟深，海拔多为2500m以上，是典型的高寒阴湿地区。县内主要河流为洮河及其支流羊沙河、河道等。河道是洮河一级支流，发源于太子山以南，源地海拔高程3920m，河流自西向东流径夏河，临潭、临潭、康乐县等县并于康乐县连麓乡汇入洮河。治力关镇位于地点东北端，约距县城110km。东西两面与地点的新堡、康多两乡毗邻，东北与渭源县的峡城、康乐县的连麓、景古等乡接壤，西南同本县冶力关和羊沙两乡相连。治力关镇海家磨村、葸家庄及洪家社等村位于冶力关镇北部的山谷地带，地形起伏较

2、大，是黄土高原的过渡地带，地势由西北向东南倾斜，海拔在21092626m米之间。工程所在地区是国扶贫困区，经济发展速度缓慢，基础设施薄弱，抵御自然灾害能力差，经济以农业为主，工程区内的葸家庄、海家磨村、洪家社等共计5个村民小组446户2004人，川台地及耕地共计2537亩，人均耕地占有面积少，2009年人均收入仅为1450元，群众生活较为困难。河道为洮河下游较大的支流，发源于太子山以南，源地海拔高程3920m，流经省份的夏河、临潭、康乐等县，总河长约为65.4km，干流平均坡降约为26.8，流域为椭圆形，地形起伏较大，山大沟深，属高寒半湿润气候，山地阴坡森林茂密，植被良好。20世纪80年代曾对

3、河道治理做过初步规划，但由于种种原因，仅在治力关大桥上游左、右两岸分别修建了零星干砌石护堤约1300m，且堤防互不衔接。工程标准低，质量差，整体防洪能力差，汛期洪水直接威胁着两岸居民的耕地、财产及生命安全。虽然2003年修建了河道葸家庄冶力桥大桥段堤防工程，但其它河段仍远远不能满足防洪要求。为提高该河段的防洪能力，地点水利局委托我院对河道海家桥洪家庄段治理工程进行勘察设计，经过我院对现场实地勘测，进行方案分析论证。1.2任务来源项目建议书审查通过后，为尽快开展下阶段的工作，受地点水务局的委托，2010年10月开展河道初步设计阶段的野外勘测工作，2010年11月将进行初步设计阶段的设计工作。1.

4、3设计阶段根据地点水务局的委托以及院项目管理处下达的生产任务，本次设计工作的设计阶段为：初步设计阶段。1.4主要内容框架及深度要求本阶段应在已审查和批复的项目建议书阶段报告为依据，根据审查意见，遵循现行有关技术规程、规范及标准（主要依据水利水电工程可行性研究报告编制规程（报批稿初稿），对工程项目的建设条件进行详查和分析论证，在可靠资料的基础上，进行方案比较论证，从技术、经济、社会、环境和节水节能等方面进行全面论证，评价项目建设的可行性。重点论证工程规模、技术方案、环境、投资和经济评价。编制完成以下报告：（1）编制完成水文分析报告，负责人：；（2）编制完成工程地质勘察报告，负责人：；（3）编制完

5、成工程经济评价报告，负责人：（4）编制完成工程环境评价报告，负责人；（5）环境影响评价报告需要由业主另行委托。1.4.1工作内容的深度用词掌握工作深度都主要按照初步确定（初步选定、拟定）、基本确定（基本选定）和确定（选定）三个层次掌握。基本深度用词为：1、初步确定级包括拟定、初步选定、初步确定结论，本级确定的结论在进一步比较论证后可调整。（1）拟定：根据现行政策、规范及工程经验，经初步分析起草制定。（2）初步选定：根据已获得的资料及工程经验，对至少两个方案进行综合比较后的起初选择（结论）。（3）初步确定：根据现行政策、规范、已获得的资料及工程经验，进行综合论证后的起初肯定结论。2、基本确定级包

6、括基本确定、基本选定。本级要求论证充分，结论可靠，做到主要影响因素无遗漏、依据的基础资料基本齐全可靠、参与比较的方案具有足够的代表性、方案取舍时利弊权衡得当。（1）基本选定：在初步选定和进一步获得资料的基础上，经多方案、多方法对比论证形成的主要选择结论。（2）基本确定：在初步确定和进一步获得资料的基础上，经多方案、多方法对比论证后得主要肯定结论。3、确定级包括确定、选定，本级确定的结论无特殊情况不得变更。（1）选定：在基本选定的基础上经进一步论证后的最终选择。（2）确定：在基本确定的基础上经进一步论证后的最终肯定结论。1.4.2主要内容和深度应符合下列要求 1、论证工程建设的必要性，确定工程的

7、建设任务。2、根据最新水文资料成果（2010年河道水文站实测资料），确定主要水文参数和成果。编制水文分析报告。3、查明影响方案比选的主要地质条件，基本查明其他工程的工程地质条件，评价存在的工程地质问题。对天然建筑材料进行详查。编制工程地质勘察报告。4、确定工程等级及设计标准，基本选定工程总体布置及建筑物的型式。5、选定对外交通运输方案、料场、施工导流方式及导流建筑物的布置，基本选定主体工程主要施工方法和施工总布置，提出控制性工期和分期实施意见，基本确定施工总工期。5、对主要环境要素进行环境影响预测评价，确定环境保护对策措施，估算环境保护投资。6、初步确定劳动安全与工业卫生的设计方案,基本确定主

8、要措施。7、明确工程的能源消耗种类和数量、能耗指标、设计原则，基本确定节能措施。8、编制投资估算，进行投资对比分析，简述与上阶段（项目建议书阶段）相比投资变化的情况和原因分析（从价格变动、项目及工程量调整、国家政策性变化等方面进行原因分析，说明分析结论）。9、分析工程效益、费用，分析主要经济评价指标，评价工程的经济合理性和财务可行性，提出满足财务生存能力的建议。1.5工程规模本次新建堤防工程设计左岸起点为海家桥附近的老营苗圃靠河岸坎边，终点为洪家园区下游约200m处，；右岸从海家桥下游约182m处的冶力关户外烧烤游乐园下游侧开始，至板家沟左岸结束。2编制依据2.1主要采用的规程、规范防洪标准G

9、B5020194；堤防工程设计规范GB5028698水工建筑物抗震设计规范SL2652001；水工混凝土结构设计规范（SL 1912008）；水工建筑物荷载设计规范DL50771997；水工建筑物抗冰冻设计规范SL2112006；水利水电工程设计工程量计算规定DL/T50881999；工程建设标准强制性条文 水利工程部分(2010年版)。其他相关的国家法规、行业规范和规定。各专业按现行的相关国家法规和相关的规程规范执行，本设计大纲不再列出。2.2流域规划、设计成果、技术文件2.2.1规划阶段成果及专题1、甘南水资源合理利用与生态保护综合规划省份人民政府、省份水利厅；2.2.2项目初步设计阶段成

10、果及审查意见1、省份河道初步设计报告及附图集；3基本资料3.1气象资料洮河流域地处中纬度的内陆高原，属典型的大陆性气候，河长673.1km，流域内地形变化幅度较大，海拔高程由4400m的河源降至1400m的入黄河口，纬度由河源的北纬34增至入黄口的北纬36，使气候在上、中、下游有一定的差异。上游地区高寒阴湿，冬季漫长，基本无夏天；中游地区高寒湿润，四季不分明；下游地区为温带半干旱地区。工程区位于地点内，位于洮河中游，本次采用地点气象站的资料。工程区地处内陆，大陆性气候特点显著。夏季降水量较大，多雷雨冰雹天气；冬季多风少雪，气候寒冷干燥。多年平均气温3.2，最热为7月，月平均气温13.4，最冷为

11、1月，月平均气温-8.5，极端最高温度29.6，极端最低温度-27.1，多年平均降水量520.0mm，多年平均蒸发量1484.6mm，全年降水集中在夏季（7、8）两个月，约占全年降水量的40%。多年平均相对湿度为64%，多年最大风速27m/s，平均日照时数2313.6h，多年最大积雪深度23cm；多年最大冻土深度147cm。3.2水文资料3.2.1流域概况（1）径流河道冶力关镇下游设有冶力关水文站，本次工程的径流分析以冶力关站作为参证站进行计算。河道上的冶力关水文站集水面积1186km2，位于东经103.40，北纬34.58，距洮河河口约14km，于1959年6月设站，1962年6月撤销，然后

12、，1981年在原址恢复观测，观测至今有1959年6月1962年5月、1981年2009年不连续的的较完整的实测系列资料。经统计冶力关站19591961年、1981年2004年27年的实测径流资料，通过频率分析计算并适线分别求得各统计参数，计算得冶力关站多年平均流量，得出Cv，Cs/Cv；使用面积比求得得本次堤防工程末端断面处的多年平均流量。（2）洪水地点冶力关河道治理工程所在的河道的洪水主要由大暴雨产汇流形成，多发生在69月份。河道上设有冶力关水文站，本次堤防工程的设计洪水计算以冶力关站为参证站。根据已整编刊印的省份洪水调查资料以及以往工作中调查资料，冶力关站河段调查到的历史洪水有：1914年

13、的Q=833m3/s，1926年的Q=629m3/s，1964年的Q=439m3/s，共三次成果，均较可靠。省份洪水调查资料出版于1983年，经调查，冶力关站重设以来再没有象1914年的大洪水发生过，因此，以1914年的洪水为首项历史洪水，重现期确定为96年，1926年和1964年分别为第二和第三大洪水。本次收集到冶力关站19591961年、1981年2009年共32年的实测最大洪峰流量系列资料，实测系列虽较短，但因冶力关水文站控制流域面积与上下游的洮河上的水文站岷县站（F=14912km2）、李家村站（F=19693km2）流域面积相差太大，本次不再与岷县站或李家村站相关并进行插补延长，直接

14、采用冶力关站的现有资料进行分析计算。根据冶力关水文站19591961年、1981年2009年32年的实测最大洪峰流量系列加上历史洪水调查成果，组成不连续洪水系列进行频率统计分析。采用矩法初估统计参数，用P型曲线适线，得冶力关水文站洪峰流量均值Q，Cv，Cs。再根据面积指数推算得到本次防洪工程设计洪水，取n=2/3.。（3）泥沙本次河道泥沙成果采用侵蚀模数法推算。河道起源于太子山南侧，上游河段植被较好，查省份地表水资源中的“悬移质多年平均侵蚀模数等值线图”，得工程所在区域悬移质多年平均侵蚀模数，则可计算得工程冶段多年平均悬移质输沙量，；推移质按比例法估算，推悬比根据实地勘察流域下垫面情况取15%

15、，则得工程段多年平均推移质输沙量。3.2.2基本水文资料洮河干流自上而下设有碌曲、下巴沟、岷县、李家村、红旗水文站，支流上设有博拉河下巴沟站、大峪沟多坝站、河道冶力关站、东峪沟临洮站、广通河三甲集站等。3.3工程地质工程区地处北秦岭山脉西段，山区海拔高度多在2700m以上，主要山峰海拔高度均在3800m以上，通常河谷两岸5km内高差达8001200m，沟谷纵横，地形复杂，属中高山高山区。河道属洮河一级支流，为常年性流水，流量受季节和雨量控制，在工程区基本为由西向东流向。此段河道河曲较发育，受右岸板家沟顶冲，主河槽偏于左侧。河道河谷在本段呈宽阔的“U”型，宽度为300800m，由、级阶地及河漫滩

16、、河床等地貌单元构成。、级阶地为堆积阶地，以级阶地为主，右岸相对较宽。级阶地阶面较宽、平缓，为农田及村庄所在地，常遭受洪水淹没或侧向侵蚀破坏。防洪工程的堤线沿河道两岸布置，沿岸的农田及村庄为本工程的主要保护对象。工程区新构造运动以总趋上升条件下的不均衡升降运动为特征。从区域构造和河谷地貌发育基本特征不难看出，近期工程区处于新构造运动的相对稳定期。根据中国地震动参数区划图（GB183062001），设防水准为50年超越概率10时，工程区地震动峰值加速度为0.15g，相应的地震基本烈度为度，地震动反应谱特征周期为0.40s。工程区内不良物理地质现象不发育，无较大滑坡、泥石流等地质灾害。3.4工程规

17、模、等别和防洪标准3.4.1工程等别及设计标准河道冶力关治理工程，起点位于海家桥附近的老营苗圃靠河岸坎边，终点位于洪家园区下游约200m处。保护对象主要为工程区内海家磨、葸家庄、洪家庄等5个村民小组446户2004人居民的生命财产安全及现有610亩耕地免遭洪水侵袭，根据现行国家标准防洪标准SL2522000及堤防工程设计规范GB5028698之规定，该堤防工程的级别为5级，本工程防洪标准为10年一遇。工程区地震动峰值加速度为0.15g，相应的地震基本烈度为度，地震动反应谱特征周期为0.40s。故本工程抗震设计按度设防。3.4.2防洪标准本工程防护范围为地点冶力关镇海家磨、葸家庄、洪家庄等5个村

18、及沿岸耕地，是以乡村为主的防护区，根据防洪标准（GB5020194）规定，防护区人口20万人，防护区耕面积30万亩，工程防护等级为等，洪水标准为1020年（重现期）。根据扩护区人口及耕地数量，参照流域规划中对乡村为主防护区洪水标准的确定，选定该工程防洪标准为10年一遇，按水文分析计算结果得出本工程10年一遇洪水。4各专业设计工作要求本工程初步设计工作涉及到的专业/章节报告有：水文、工程地质、水工、施工、环境评价、工程管理、投资估算、经济评价等十二个章节/专业。各专业依据水利水电工程可行性研究报告编制规程（报批稿初稿）要求的章节顺序和精度进行勘测设计工作。章节顺序如下：4.1水文专业4.1.1设

19、计意图、主要要求及工作深度对上阶段审查提出的意见和建议进行针对性的修改，在本阶段规程、规范深度要求及水文资料的基础上，重点对径流、洪水、泥沙成果进行复核，确定主要水文参数，向水工、施工及相关专业提交提供论据充分、计算准确的水文计算成果（主要包括气象、径流、洪水、泥沙、各断面HQ关系等），并编制水文分析报告。4.1.2设计工作的具体内容（1）分析研究相邻流域与河道之间的相关关系，进行河道设计年径流分析，提出年径流计算成果，经合理性检查，确定河道的年径流成果。提出天然年、月、日径流系列，确定径流统计特征值，提出25%、50%、75%频率典型年年内逐日分配成果。（2）概述工程区域暴雨和洪水的成因和特

20、性以及对工程设计有影响的历史特大暴雨和洪水范围、量级及重现期，说明采用的频率曲线线型和经验频率计算公式，进行洪水频率计算，分析检查计算成果的合理性，经统计分析计算，确定设计枢纽及输水线路沿线沟道洪水成果。（3）根据施工设计要求，洪水分期时段，分期洪水计算方法，基本确定分期设计洪水成果。（4）分析河道的泥沙相关的特征值，确定多年平均悬移质、推移质年输沙量，提出悬移质泥沙颗粒级配曲线，平均或中值粒径。（5）工程设计各代表断面的水位流量关系，确定设计断面的水位流量关系曲线。（6）提出河道流域的水温、冰清特征值内容。（7）拟定水情预报方案、遥测站网范围、各类站点数量、通信方式、组网方案、土建工程和设备

21、配置，并估算投资。4.1.3项目设计的关键技术难点和对策措施：由于河道实测水文资料较少，且资料不连续，无法进行长系列径流分析计算，通过相邻流域找出其相关关系推求河道径流成果，并通过河道实测资料和相邻流域资料分析计算，充分论证成果的合理性和准确性。4.1.4主要设计原则、分析计算的主要方法、基本假定及计算精度本专业主要设计原则是依据国家现行的规程规范。分析计算的主要方法，有实测资料时主要以数理统计及水文比拟法为主，无实测资料以地区综合经验公式进行分析计算。计算精度应满足技术规范及设计阶段要求。设计依据及主要规程规范：(1)水利水电工程水文计算规范（SL2782002）(2)水利水电工程设计洪水计

22、算规范（SL 44-93）(3)水利水电工程泥沙设计规范（DL/T 5089-1999）4.1.5要求的主要设计成果（1）河道年径流分析计算成果；（2）河道丰、平、枯各典型，年内分配分析计算成果；（3）河道设计洪水分析成果；（4）河道施工分期设计洪水分析成果；（5）河道泥沙、冰情分析；（6）工程区各沟设计洪水分析计算成果；（7）编制完成可研章节报告及摘录综合说明。4.2工程地质专业（1）工程区上段有包舌口当江卡冲断层通过，河床部位为第四系覆盖，后期活动不明显，对本工程基本无影响。在工程区内未发现其他明显的断裂带，堤防工程处于相对稳定的地区。无较大滑坡、泥石流等不良物理地质现象，不存在影响工程建

23、设的地质问题。（2）工程区地震动峰值加速度为0.15g，相应的地震基本烈度为度，地震动反应谱特征周期为0.40s。（3）工程区地下水类型以第四系孔隙潜水为主，主要受大气降水、地表水补给。地下水水质较好，对普通混凝土无腐蚀性。（4）堤防工程地基岩性为砂砾卵石层，允许不冲流速为1.18m/s（平均值），原状土地基允许承载力为0.30.4MPa。建议砂砾卵石层开挖边坡系数水上1:1，水下1:1.251:1.5。（5）天然建筑材料储量满足工程需求，开采较为便利，交通条件较好，质量基本符合要求。4.3工程规划专业4.3.1 设计意图、主要要求及工作深度根据水利水电工程初步设计报告编制规程的规定和要求及审

24、查意见，在初步设计阶段以生态环境保护为根本，合理配置河道水资源，从而确定河道建设的必要性和任务，确定工程建设规模。据省洪水调查资料记载，冶力关站历史上最大的三次洪水分别为：1914年的洪水流量833m3/s、1926年的洪水流量为629m3/s、1964年的洪水流量为439m3/s，三次洪灾给当地村民造成了较为严重的损失。（1）河道海家桥至洪家庄段，由于基本没有防洪设施，使泛洪区内的海家磨、葸家庄、洪家庄等社村446户2004人， 2537亩川台地耕地及乡办企业等单位的生命财产安全得不到有效的保障。保护沿河两岸人民的生命财产、耕地免遭洪水袭扰势在必行。（2）工程区内的冶力关风景区旅游基础建设综

25、合开发项目洪家园区和老营苗圃基地，直接受到洪水威胁。（3）随着社会的发展和进步，两岸居住人口逐渐增加，人均占有耕地越来越少，而现有土地极其有限，为了生存和发展，有些农民开垦河滩，不仅影响行洪，而且收获没有保证。修建防洪堤既可以保护和恢复耕地，又可保护两岸渠道、公路和村民居所，使国家和人民财产免受损失，人民安居乐业，社会稳定。（4）修建防洪堤，确保人民群众生命财产安全是社会发展的新要求，符合党中央、国务院的指示精神。由此看来，河道治理工程的建设是非常必要的。4.3.2设计工作的具体内容、方法本次新建堤防工程设计左岸起点为海家桥附近的老营苗圃靠河岸坎边，终点为洪家园区下游约200m处；右岸从海家桥

26、下游约182m处的冶力关户外烧烤游乐园下游侧开始，至板家沟左岸结束。4.3.3项目设计的关键技术难点和对策措施本防洪流域内地表起伏大，主河槽纵坡较大、水流急。一旦发生暴雨，洪水流速大，严重冲刷河道两岸岸边基础，致使河岸坍塌，冲毁道路、农田，村舍等。给本防洪内的人民群众带来巨大损失，洪水严重威胁着当地人民群众的生命财产安全。该河段存在的主要问题为：1、工程区基本属无防护河段，不能满足发展当地旅游业、改善当地经济发展环境的要求。2、现有零星堤防防洪标准偏低，堤身结构简陋，基础埋深浅，堤脚裸露。4.3.4主要设计成果按照水利水电工程初步设计报告编制规程的要求编制项目建设任务和必要性章节报告及综合说明

27、；建设规模章节报告及综合说明；4.4水工专业4.4.1设计意图、主要要求及工作深度据省份洪水调查资料记载，冶力关站历史上最大的三次洪水分别为：1914年的洪水流量833m3/s、1926年的洪水流量为629m3/s、1964年的洪水流量为439m3/s，三次洪灾给当地村民造成了较为严重的损失。（1）河道海家桥至洪家庄段，由于基本没有防洪设施，使泛洪区内的海家磨、葸家庄、洪家庄等社村446户2004人， 2537亩川台地耕地及乡办企业等单位的生命财产安全得不到有效的保障。保护沿河两岸人民的生命财产、耕地免遭洪水袭扰势在必行。（2）工程区内的冶力关风景区旅游基础建设综合开发项目洪家园区和老营苗圃基

28、地，直接受到洪水威胁。（3）随着社会的发展和进步，两岸居住人口逐渐增加，人均占有耕地越来越少，而现有土地极其有限，为了生存和发展，有些农民开垦河滩，不仅影响行洪，而且收获没有保证。修建防洪堤既可以保护和恢复耕地，又可保护两岸渠道、公路和村民居所，使国家和人民财产免受损失，人民安居乐业，社会稳定。（4）修建防洪堤，确保人民群众生命财产安全是社会发展的新要求，符合党中央、国务院的指示精神。由此看来，河道治理工程的建设是非常必要的。4.4.2设计工作的具体内容、方法1、工程总体布置（1）河道横断面河相关系及稳定分析在水流长期作用下形成的河床，其形态有一定的规律，大量资料表明，表征河床形态的水深、河宽

29、、比降等，与来水来沙条件及河床地质条件之间，有一定函数关系，这种关系便称为河相关系。河相关系可采用横断面、纵断面及平面3种形式表示。河道横断面河相关系式为：= （5-1）式中：河相关系数；B造床流量下的水面宽（m）。H造床流量下的平均水深（m）。河道横向稳定系数按下式计算： （5-2）式中：横向稳定系数； Q造床流量Q=40.3m3/s； J纵比降； B相当造床流量的平滩河宽，根据相关规定，愈大表示河岸稳定，愈小则表示河岸不稳定。与河床演变与整治一书中对黄河与长江不同河段及河型的横向稳定系数（见下表“不同河型及值”）进行类比分析，表明河道在本防护区内河段的横向稳定性不太好。不同河型及值河名河段

30、及河型长江荆江，蜿蜒段0.871.560.670.77黄河高村以上，游荡段高村至陶城埠，过渡段0.180.450.480.750.090.170.170.20（2）河道纵断面稳定分析工程区内河道较窄较深，主流摆动不定，河势变化较急，汛期洪水对两岸的冲刷淘蚀较为严重，加之河道部分地段过水能力不足，河岸不稳定，由此造成洪水漫滩现象，淹没沿岸村庄及公路等其他设施，严重地威胁着两岸人民群众的生命财产安全。河道纵向稳定系数按下式计算： （5-3）式中：纵向稳定系数； d床沙平均粒径； J纵比降，根据相关规定，愈大，泥沙运动强度愈弱，河床因沙波运动或因流路变化产生的变形愈小，因而愈稳定；相反，愈小，则泥沙

31、运动强度愈强，河床因沙波运动或因流路变化产生的变形愈大，因而愈不稳定。与河床演变与整治一书中对黄河与长江不同河段及河型的纵向稳定系数（见下表“不同河型及值”）进行类比分析，表明河道在本防护区内河段的纵向稳定性是否良好。（3）河道平面河相关系分析河道平面河相关系也叫稳定河湾，主要反映河湾平面与河道特征之间的关系。冶力河在本防护区内共有较大天然弯道13个，经过对13个天然弯道的河湾形态特征值的系数计算，本防护区内的河湾形态特征值系数基本在过渡型河道的规范区间内，表明项目区河道属于过渡型。（4）河道冲淤分析采用河床演变与整治一书中河道冲淤判别公式分析本河道的冲淤情况。冲淤判别公式为：= （5-4）式中：冲淤判别系数，当1时，河床将发生冲刷；当1时，河床将发生淤积； v断面流速； h断面水深； 0、i足标，