坛下人工河治理工程设计报告.docx

1、坛下人工河治理工程设计报告1 工程概况1.1河流概况1.1.1流域自然状况坛下人工河又名桥边村河，处于耒阳市西部，地理位置处于东经11241151130000，北纬262730263000之间。干流全长35.2km，总流域面积45km2，干流平均坡降为1.4，河面平均宽度15.6m，坛下段长约8.0km，七十年代曾进行过一次改建，故名坛下人工河，自上次改建后，运行40余年再未进行过疏浚，岸坡为土质坡，冲刷垮塌严重，严重影响行洪安全，近年来多次发生较大洪水，冲毁两岸农田，造成重大损失。本次设计治理工程主要集中在河流的下游，其中沿河主要涉及到耒阳市坛下乡的曾洲、一甲、赛尹、天保、普桥、坛下6个行政

2、村，保护人口0.9万人，保护耕地面积1.18万亩。1.1.2流域社会经济状况2010年末坛下人工河治理范围内总人口0.9万人，其中城镇人口0.15万人，农村人口0.75万人。耕地面积1.18万亩，其中水田1.02万亩，旱土0.16万亩。2006年，流域内国内生产总值1.7亿元，其中第一产业增加值0.95亿元，第二产业增加值0.35亿元，第三产业增加值0.4亿元，人均生产总值9139元。1.2建设的必要性1.2.1河流现状特征由于人类活动频繁，乱挖乱填乱倒垃圾，造成部分河道淤积，且从未进行过清淤疏竣，已淤积严重，降低了河道防洪能力。河道断面不满足泄洪要求，特别是沿河堰坝因规划设计不到位，行洪断面

3、较少，造成河堰冲毁或河流改道。其次为河道内乱挖、采砂造成河道护岸崩塌严重，加剧了沿河两岸的洪涝灾害。此外，沿河道建房侵占严重，清障难度较大。再者,河道内的大部分水利工程由于工程质量、管理、维护、规模、布局、配套等存在问题，防洪堤残缺不全，防洪标准过低或有些根本不设防，岸坡坍塌，河道淤塞且杂草丛生，大部分河系建筑物年久失修，渠道老化、堵塞、渗漏等，特别是跨河的一些桥梁严重阻水，从而使得河道内水利设施发挥不出应有的工程效益，因此，防洪能力差，每遇山洪暴发，河流改道、摧堤溃坝、冲田毁地，影响了沿河两岸乡镇经济的发展和人民群众的安居乐业。由于河道存在的种种问题，使得沿河两岸乡镇自然灾害频频发生，近几年

4、又呈加剧之势，随着国民经济的迅速发展，人口的增加，同标准洪灾的损失会越来越惨重。1.2.2存在的问题（1）堤防建设标准低。由于国家、省、市基本无财力投入以及历史的原因，现有防洪堤基本都是乡、村老百姓自发修筑而成的，无统一的规划和设计，更没有按照其应有的标准进行建设，建设质量差，设防标准低。经调查分析，现有的堤防只能抵御5年一遇以下的洪水；（2）没有形成封闭的防护圈。目前坛下人工河坛下段范围内基本处于无设防状态，每遇较大洪水，这些地方便成为泽国，最大淹水深度达到2m以上，损失惨重。经分析计算，未设防地区的自然地形仅能抗御3年一遇的洪水；（3）由于防洪设施基础薄弱，相应的治涝排水体系处于空白状态。

5、沿河两岸排涝主要利用溪沟在沿河边上自由漫流，当外河水位高于垸内地面高程时，垸内渍水无法外排而致使渍涝成灾；（4）管理设施缺乏，管理手段落后，非工程措施不能形成快捷、高效的防洪治涝指挥系统。1.2.3坛下人工河治理建设的必要性综合前述，坛下人工河防洪治涝标准低，目前只能防御35年一遇的洪水，排涝还是一块空白。而目前项目区是耒阳市的粮食主产区和优质稻生产基地，也是农业产业化发展规划的重点区域之一，自然条件优越，水资源丰富，骨干工程供水有保障；土地资源充足，社会基础条件好，农业开发潜力大，符合农业综合开发高标准农田建设示范工程项目规模开发和连片开发的要求。但基础设施配套不够到位，农田标准较低，水旱灾

6、害频繁。坛下乡是绿海粮油有限公司的有机稻和优质稻生产基地，是耒阳市的第二大粮食主产乡，广大干部群众迫切要求进一步加强基础设施尤其是水利基础设施建设。因此利用农业综合开发高标准农田建设这个契机，建设高标准农田示范工程十分必要。目前面临的问题是洪涝灾害严重、现有防洪排涝工程设施又十分薄弱的境况。据初步调查和测算，在现有防洪工程条件下，遇到20年一遇的洪水，坛下乡淹没面积将达到2.5km2，受灾人口4500人，直接经济损失1100万元。洪涝灾害的发生和薄弱的防洪治涝基础设施，给坛下乡带来了巨大损失，也严重地制约了坛下乡的社会经济和可持续发展，正是这些历史教训，使当地政府和人民充分认识到加强防洪治涝工

7、程建设的重要性，十几个村组农户多次联名打报告,迫切要求加快坛下乡人工河的防洪治涝工程建设步伐，提高其防洪治涝能力，因此，对坛下人工河治理是一项十分必要和紧迫的任务。1.3本次设计范围本次设计坛下人工河治理工程，位于坛下乡曾洲、一甲、赛尹、天保、普桥、坛下6个行政村内，根据实际调查，左右岸均需防护，本次设计考虑两岸的防护处理。总长4410m。1.4水文本工程防洪标准采用10年一遇洪水标准，本次工程控制断面为上游的赛桥村0+000断面、泵站桥1+782断面、一甲村坝4+196断面。地 点累 距频 率（m）5%10%赛桥村桥0198.35198.06泵站桥1+782197.70197.41一甲村堰坝

8、4+196195.79195.37该河段设计洪水位10年一遇水位为195.37m198.06m（为假设高程系统）。1.5工程设计本次治理工程的项目内容和规模为：防洪堤：本次设计左右岸防洪堤0+0004+410段，总长4410m。堤防断面采用土堤形式。堤顶宽43.0m，内外边坡均为1：1.8。护岸：采用浆砌石挡墙固脚和砼预制块护岸。左右岸护岸4410m。堰坝和机耕桥(含泵站)：改造9处；穿堤涵洞：根据实际调查，人工河改造后，需新增23处涵管。涵管采用承插式预制砼管，600-1000。1.6工程投资概算工程总投资892.47万元,其中基本预备费38.93万元。1.7经济评价经国民经济评价，本项目经

9、济净现值为55.14万元，大于0；经济效益费用比为1.08，大于1；经济内部收益率EIRR=12.2%，大于12。故本项目在经济上是合理的。2 防洪治涝水文分析2.1流域概况坛下人工河又名桥边村河，处于耒阳市西部，地理位置处于东经11241151130000，北纬262730263000之间。干流全长35.2km，总流域面积45km2，干流平均坡降为1.4，河面平均宽度15.6m，坛下段长约8.0km，七十年代曾进行过一次改建，故名坛下人工河，自上次改建后，运行40余年再未进行过疏浚，岸坡为土质坡，冲刷垮塌严重，严重影响行洪安全，近年来多次发生较大洪水，冲毁两岸农田，造成重大损失。本次设计治理

10、工程主要集中在河流的下游，其中沿河主要涉及到耒阳市坛下乡的曾洲、一甲、赛尹、天保、普桥、坛下6个行政村，保护人口0.9万人，保护耕地面积1.18万亩。2.2气象本工程项目区属于亚热带季风气候区，雨量充沛，四季分明，多年平均降雨量1375.4mm。根据耒阳市气象站19792009年（共31年）气象资料统计分析：年平均气温17.518.1；全年1月最冷，月均气温5.4，7月最热，月均气温29.9，全县10的活动积温5651.8，80%保证率为5395.2，雨量充沛，历年平均降雨量1375.4mm，降雨年际变化大，年内分布不均，38月降雨占全年降雨量的67%。历年平均相对湿度为82%，历年平均蒸发量

11、为1395mm。春多阴雨，低温寡照，春末夏初降水集中，常多暴雨洪涝，盛夏初秋，持续高温少雨，冬少冰雪，历年平均无霜期长达289天，光照充足，全年日照时数1640小时左右，相对日照36%40%。其气候特点适应我国江南地区各类种养业的高产繁育。2.3设计洪水2.3.1洪水特性坛下人工河的洪水由暴雨产生。其流域属于亚热带季风气候区，四季分明，雨量充沛， 降水集中，46月降水约占全年雨量的42，常有大暴雨和连续暴雨发生，中上游流域还常出现台风雨，年降雨总量从上游向下游递减。流域降雨分配不均匀，年内和年际之间变化较大。据统计，暴雨在49月份的出现几率为91.66，在此时段内，又以6月份出现的次数最多，约

12、占全年的25。流域内降雨主要天气系统：高空有低槽，切变、低涡，地面为冷锋、静止锋、气旋波、台风。坛下人工河汛期一般从4月份开始，也有少量年份从3月开始，一般持续到8月，少量年份持续到9月。蒸水年最大流量多发生在58月，其中以6月份最多，洪水历时一般23天。2.3.2设计洪峰流量由于坛下人工河流域其他断面内无水文站，无实测流量资料，故流域内各典型断面由设计暴雨推求洪水。本次洪水计算采用湖南省暴雨洪水查算手册进行计算。根据湖南省暴雨洪水查算手册计算频率暴雨如下表。各频率最大24小时点雨量表 P(%)51020手册查算法Kp1.781.571.29H24点178157129根据坛下人工河的河势其分区

13、并结合规划设计重点处理河段，本次设计选取3个典型断面进行洪水计算，各典型断面桩号（取赛桥村桥为0+000），各段水文参数：集雨面积、干流长度及河道坡降由湖南省河流特征查出（湖南水文总站编），以及1:1万地形图量算复核。利用湖南省暴雨洪水查算手册，采用推理公式求得各断面不同频率下设计洪水如下表。坛下人工河各典型断面洪水计算成果表桩号干流长L（km）集雨面积F（km2）坡降JQ5%（m3/s）Q10%（m3/s）备注()推理公式推理公式0+00012.5380.365186144赛桥村桥1+78214.339.50.682188150泵站桥4+19616.740.81.176194.7155.2一

14、甲堰坝坛下人工河各典型断面洪水计算表（推理公式法）名称赛桥村桥（0+000）泵站桥(1+782)一甲堰坝(4+196)计算频率参数P5%P10%P5%P10%P5%P10%Cv0.40.40.40.40.40.4Kp1.781.531.781.531.781.53中心24h点雨量H(mm)10010010010010010024h点雨量H24点(mm)178153178153178153点面系数0.9750.9750.9780.9780.980.9824h面雨量H24面(mm)173.6149.2174.1149.6174.4149.9n20.7120.7140.710.7120.7080.7

15、1n30.8320.8360.830.8340.8290.832H1(mm)82.171.281.871.081.670.6H3(mm)112.697.5112.597.4112.497.2H6(mm)137.5118.8137.5118.9137.6118.8H12(mm)154.5133.1154.7133.4154.9133.5初损I0(mm)303030303030R上/R总比例系数0.70.70.70.70.70.7R上(mm)100.583.4100.983.7101.184R总(mm)143.6119.2144.1119.6144.4119.97.047.046.436.436.

16、266.26m0.380.380.360.360.3560.356Qm（m3/s)186144188150194.7155.2T(h)3.53.73.533.733.583.77Wm(104m3)545.5452.9569.1472.6589.3489.4集雨面积F(km2)383839.539.540.840.8干流长度L(km)12.512.514.314.316.716.7平均坡降J（）0.3650.3650.6820.6821.1761.1762.3. 3设计洪水位断面基础资料本次施测了从坛下人工河赛桥村桥（0+000）至一甲村堰坝（4+410）河道纵横断面，其中有横断面约47个，涉及

17、河长约4.41km。本次设计根据小溪汇入状况及水工建筑物分布情况，结合本次工程具体设计实施项目，根据河道治理项目推算3个典型断面洪水位。糙率人工河糙率采用近年来大洪水实测及调查资料试算求得，糙率采用0.03，坡降按实测河道平均坡降。设计洪水水面线利用上述基本资料，采用天然河道断面，由于河道涉及较长，且河道上拦水堰坝较多，洪水水面线在堰坝上下游变化大，推求的水面线波动大，且对于小流域沿程流量变化很大，无法利用程序百图水利软件进行水面线推求。故本次设计在实施的重点项目段利用堰坝作控制断面及测量的河道自然坡降计算推求洪水位，并与历史调查洪水位对照比较。通过计算，项目区河段控制断面各设计频率水位成果见

18、下表。坛下人工河典型断面各频率设计洪水位表单位：m地 点累 距频 率（m）5%10%赛桥村桥0198.35198.06泵站桥1+782197.70197.41一甲村堰坝4+196195.79195.37说明:本高程为假设高程系统。2.4治涝水文分析计算本地涝灾主要是在外河洪水位顶托情形之下，由本地暴雨汇集得不到及时排除而形成的。2.4.1排涝设计标准根据设计规范确定治涝标准为：城区：采用闭闸期10年一遇最大24h暴雨24h排干；菜地：采用闭闸期10年一遇最大1d暴雨1d排干；稻田：采用闭闸期10年一遇最大3d暴雨3d排至水稻耐淹水深。本次设计采用闭闸期10年一遇最大24h暴雨24h排干。2.4

19、.2排涝流量计算根据灌溉与排水工程设计规范(GB50288-99)和湖南省暴雨区划图、年最大24h点雨量均直线图和年最大24h点雨量变差系数等直线图，查图计算可得耒阳市（坛下项目区）10年一遇24小时暴雨量为143mm。利用以下三个公式计算出项目区综合排涝模数，从而得出排涝流量。 其中：R设计暴雨产生的径流深（mm）；qd旱地设计排涝模数m3/(s.km2)；T/排涝历时（d）；qw水田设计排涝模数m3/(s.km2)；h1水田滞蓄水深（mm）；ET/历时为T的水田蒸发量（mm）；F历时为T的水田渗漏量（mm）；Qp综合设计排涝模数m3/(s.km2)；Ad旱地面积（km2）；Aw水田面积（k

20、m2）；项目区径流系数为0.58，暴雨产生的径流深为85.86mm，则旱地设计排涝模数qd0.89m3/(s.km2)。取水田滞蓄水深70mm，历时为T（24h）的水田蒸发量为5mm，渗漏量为6mm，则水田设计排涝模数qw0.44m3/(s.km2)。种植大豆、玉米等旱作物的水田按旱地考虑，同时考虑项目区同一集雨区内的其它面积，则旱地面积为占60%，水田面积为占40%，则综合设计排涝模数qp0.71m3/(s.km2)，可推出项目区各主要排水渠总设计排水流量见下表。坛下人工河排涝流量计算表渠道编号长度m纵坡i排涝面积（亩）排涝模数(m3/s.km2)排水渠出口断面排涝流量(m3/s)人工河44

21、100.0003675000.71553 工程地质3.1地质概况坛下人工河属低山、丘、岗工程地质区，地貌为低岗丘陵地带，海拔高度大部分在80m左右。整个项目区的垅田随山体造势和小溪流向分为连片的小盆地或窄垅窄皂，垅田较为开阔。区内土地主要为紫色板页岩，PH值5.9，呈弱酸性，森林覆盖率为27%，水土流失较为严重，土壤养分含量为：全氮1.32%，速效磷500mg/kg，有效钾为124.92mg/kg，有机质含量1.92%，适合水稻作物生长。受成土母质和地貌的影响，区内的土种质地较粘重，有机质含量少，耕作困难，不易散垄。区内出露地层为奥陶系下统(Q1)泥质板页岩，第四系冲积层(Qal)、残坡积层(

22、Qel)。根据野外地质调查，区内未见区域性大断裂破坏迹象，岩层相对稳定。区域水文地质条件简单，地下水类型主要有第四系孔隙潜水、碳酸盐岩裂隙溶洞水及红层孔隙裂隙水三种类型。第四系孔隙潜水主要赋存于堤防工程区溪谷平原中的粉细砂、圆砾及卵石等冲积层中，且随季节而变化，其水量中等，为当地居民的主要饮用水源，接受大气降水及演陂水的补给，碳酸盐岩裂隙溶洞水主要赋存于区内石灰岩风化裂隙及溶洞中，由于岩石风化作用及岩溶裂隙发育，含中等基岩裂隙水，常见泉流量1.343.62升/秒。红层孔隙裂隙水主要赋存于砾岩、泥岩及泥质粉砂岩风化裂隙中，由于岩石风化作用较发育，基岩裂隙发育不均一，含弱中等红层孔隙裂隙水，常见泉

23、流量0.120.483升/秒。根据衡阳地震史和近期资料记载,堤防工程区内历史上未发生过大于级地震,属弱震区。根据中国地震动参数区划图（GB18306-2001）可知，本区地震动峰值加速度为a0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，相应于中国地震烈度区划图（1990年版）（1：400万）地震基本烈度为小于度，属相对稳定地块。3.2堤基工程地质条件坛下人工河堤基上部土层主要为第四系人工填土层（Q4ml）、全新统耕植土层（Q4pd）、局部见有淤泥质粘土层（Q4pl），中部为全新统冲积层（Q4al）、下部局部为第四系残积层（Q4edl），下伏基岩地层岩性主要为奥陶系下统(Q1)泥质板页岩。根据本

24、次勘察资料可知，堤基地层基本结构如下：（1）耕植土层：普遍分布，但厚度单薄，结构较松散，透水性中等；（2）人工填土层：仅局部分布，主要位于公路桥位及堰坝地段，结构较紧密，透水性弱；（3）冲积层：是堤基主要层位，该层厚度较大，分布较稳定，具二元结构，上部为低液限粘土或低液限粉土，下部为粉细砂、圆砾及卵石层，且冲积层在局部地段还存在重复出现的现象，说明河流冲积沉积具有多期次的特点，其分层如下：1）低液限粘土：分布具有普遍性，较连续，可塑状为主，局部软塑状，透水性弱，力学性能一般较好；2）低液限粉土：仅局部分布，不连续，厚度较小，饱和，中密，透水性弱中等，力学性能较差；3）粉细砂：仅局部分布，不连续

25、，厚度较小，饱和，松散，透水性中等，力学性能较差；4）圆砾：仅局部分布，不连续，厚度较小，饱和，中密，泥质含量较高，透水性中等强，力学性能较好；5）卵石：分布具有普遍性，较连续，分布厚度在上、下游及左、右两岸略有差异，饱和，中密，透水性强，力学性能较好。（4）残积层：主要处于卵石层之下，是石灰岩风化残留的产物，分布不连续，岩性主要为高液限粘土，厚度中等，但由于受河水长期浸泡，力学性能一般较差。（5）基岩：岩性为泥质板页岩：为弱风化岩石，其地层主要为奥陶系下统(Q1)泥质板页岩，埋深中等，一般510m左右，局部基岩面起伏较大，最小埋深约3.4m，岩层浅部溶蚀裂隙较发育，破碎，下部结构较完整，力学

26、强度高。3.2.1主要工程地质问题根据勘察资料，结合近年来汛期资料统计，本堤防段存在的主要工程地质问题有渗透稳定性和岸坡稳定性及堤基沉降变形问题。3.2.2岩土物理力学性质通过本次勘察，对不同的地质单元岩土层进行现场原位测试,结合类似已建工程的实际情况进行综合分析，提出堤防段各岩土层物理力学性质建议值。坛下人工河治理段岩土的物理力学指标推荐值表岩性名称地质时代物 理 力 学 指 标承载力特征值（Kpa）允许渗流比降基底摩擦系数天然含水量（%）天然密度(g/cm3)饱和密度(g/cm3)比重（GS）渗透系数K（cm/s）压缩系数av（MPa-1）压缩模量Es（MPa）固结快剪固结慢剪内摩擦角（）

27、凝聚力C（KPa）内摩擦角（）凝聚力C（KPa）水 平垂 直素填土Q4ml1.981.942.032.760.88510-40.58710-40.3076.1314.6339.1021.0617.880-1000.350.35低液限粘土Q4al+pl29.41.931.952.740.88610-42.68510-40.3755.5411.8622.3018.4212.37180-2000.550.25低液限粉土Q4al+pl140-1500.450.30粉细砂Q4al+pl0.0050.00525.05.025.05.0100-1200.300.45圆 砾Q4al+pl0.030.0328.

28、00.028.00.0250-2800.500.50卵 石Q4al+pl0.0560.07235.00.035.00.0300-3200.600.55高液限粘土Qel20.31.841.972.750.74610-40.46510-40.2656.821.354.025.433.8200-2200.650.35弱风化板页岩D3x及C1y40000.70说明：低液限粉土、粉细砂均为局部分布，堤基处理时不宜选择作持力层，施工时应予以清除。3.3天然建筑材料3.3.1粘土料坛下人工河治理工程区两岸山坡基岩露头较少，第四系残坡积层分布较广，主要为褐黄色高液限粘土，调查表明：在工程区2Km的坛下村山岗地上，有一个土料产地，位于公路旁，山上植被发育，松树茂盛，土料为风化残积的低液限粘土，据人工槽坑探揭露：残积层厚810m，分布面积较广，面积约40亩，其储量丰富，土料质量较好，能满足工程建设要求。3.3.2砂砾石料本工程附近无砂砾石料可采，所需砂料和砾石骨料需从舂陵河砂石料场购买，舂陵河中为挖砂船机械化淘洗，各种粒径齐全，砂料以粗粒石英砂为主，含少量变质岩颗粒，粒径一般为0.51mm；砾石成分为石英岩、石英砂岩夹少量砂岩，磨圆度较好，呈浑圆状，粒径为16cm，