黑河初设报告11.28.doc

1 气象水文1.1 流域概况1.1.1 地理位置、地形、地貌召陵区作为全国最年轻的县级行政区，位于漯河市区京广铁路东，东与周口市商水县相邻，南接驻马店市上蔡、西平县，北边沙河傍境而过，辖九个乡镇街道办，总土地面积364.38km2，总人口49万人。黑河位于漯河市召陵区中南部，流域内地势由西北向东南方向倾斜，海拔高程在55.6452.84m之间，属于平原洼地，自降坡降约为1/6000。1.1.2 河流水系黑河属汾泉河水系，北临沙颍河流域，南临洪汝河流域。黑河作为区内主要排涝河道，发源于漯河市召陵区翟庄街道办事处龙塘村西南，流经召陵区东南部翟庄、后谢、邓襄镇、万金镇，向东于万金镇坡小庄村东南出境入上蔡、项城，于沈丘老城入黑河，河长113 km，流域面积1108 km2，其中塔桥断面以上流域面积为206 km2。召陵区境内长22 km。1.2 河道概况黑河曾于1976、1987年，进行过规模性两次治理，支、斗、农沟配套齐全，本干桥、涵也进行了配套建设，工程实施后效益得到了较好的发挥，19871997年，十年间洪涝灾害损失大幅减少。近年来，随着城市化、工业化的迅猛发展，居民增多，工业、生活废水、废物排放量增加，致使河道淤积严重，排水不畅，水位抬高。部分堤防堤身单薄，岸陡无滩，堤后有大坑。涵闸工程，年久失修，启闭机无法启闭，闸门，消力段、挡土墙等不同程度存在损毁现象，已影响其功能发挥。黑河在召陵区境内长22 km，防洪堤防长11 km（均为左岸堤防），桥梁13座，排涵15座。图2-1 黑河流域水系图1.3 气象、水文特征1.3.1 气候特征黑河流域属华北暖温带季风气候，四季分明。冬季北方大陆气团不断南侵，多偏北风、天气寒冷、雨雪稀少。夏季副高北上，多偏南风，降水充沛。区域内多年平均气温14.6，多年平均降雨量796.4毫米，最大年降水量1455.6毫米，最小年降水量378.1毫米，丰枯年相差3倍，且多集中在汛期69月份，占全年降水量的51.4%，降水历时及强度极不均匀。年均日照时间2228.9小时，年均蒸发量1100mm，干旱指数1.35。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 暴雨特征召陵区黑河流域较小。本次规划范围是对召陵区境内黑河本干按五年一遇除涝标准进行恢复配套和提高。黑河属温带季风气候，冷暖气团交替非常频繁，降水比较充分。当夏季风的暖气流登陆北上，与北方南下的冷空气相遇时，因为暖空气轻，冷空气重，较轻的暖湿气就会被抬升到冷空气之上，形成了锋面雨。降水水平范围大，常常形成沿锋而产生大范围的呈带状分布的降水区域。随着锋面平均位置的季节移动，降水带的位置也移动。黑河流域由于受季风环流影响，降水时空分布不均，暴雨发生比较频繁，平均每年有暴雨23天，多集中于68月份，且黑河流域地势低洼，因而常有不同程度涝灾发生。1.3.3 洪水特性由于黑河所处气候条件及位置的特殊性，极易形成洪涝灾害，据不完全统计，工程治理前内涝严重，特别是1975年洪水，南面老王坡滞洪区洪水漫溢向北窜过黑河，使黑河以北大面积受淹，几乎绝收，损失惨重。经1976年、1987年两次大规模治理后，工程发挥了较大效益，内涝情况出现较少，农业损失减少。但随着工程运行多年，工业、城市、生活废水、废物增多，河道淤积越来越严重、洪涝灾害发生越来越频繁，每年都有不同程度灾害发生。2004年受灾较为严重达8.4万亩，绝收近2万亩，给当地农业生产及农民生产带来极大损失。1.4 设计流量1.4.1 设计面雨量 依据河南省水文局1973年编制的河南省水利工程水文计算常用图（以下简称图集），按黑河流域所在位置，查取流域中心24h点雨量均值及变差系数Cv值，取Cs=3.5Cv，利用图集中给出公式计算设计点雨量，并且流域面积小于1000km2的设计面雨量可用点雨量代替。故设计面雨量成果见表2.4-1。表2.4-1 24h 设计面雨量表河名历时（h）参数不同频率（%）设计面雨量CvCs/Cv251020黑河241.4.2 设计洪峰流量黑河流域内径流资料缺乏。根据河流的产汇流条件，对黑河设计洪水采用平原区排水模数公式进行流量计算： （2-1）式中：Q设计洪峰，m3/s；K峰量系数，取0.035；F汇水面积，km2；(在1/50000地形图上量取)R设计净雨（mm），由图集，河南省平原区降雨径流关系P+PaR曲线图查得，Pa为设计前期影响雨量，50年一遇以上暴雨 P=Imax，520年一遇Pa=2/3Imax，各水文分区最大初损值Imax，见图集。R值见表2.4-2；a综合折减系数。表2.4-2 设计净雨深R表频率（%）251020设计净雨R（mm）下垫面条件对汇排水有不同的滞蓄作用，洪水标准越高，洪峰消减越明显，经分析，选用综合折减系数见表2.4-3。表2.4-3 综合折减系数表重现期（年）5102050综合折减系数a1.000.90.80.7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间距（km）汇流面积（km2）不同重现期（年）设计洪峰流量（m3/s）20105辛庄19+4003.222.64马河口16+2005.455.56李槐庭10+8004.977.42新沟5+9005.986召商界0+000塔桥-13-100192061.5 施工期设计流量和水位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。其中：；，分别为设计流域和参证站集水区域的径流量，m3/s；，分别为设计流域的流域面积和参证站的集水区域，km2；K 为修正系数。周庄水文站位于颍河支流黑河下游周庄境内，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。黑河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2-3个月，根据工程特性，选定工程施工期中流量较枯的11-2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)1979-198011.71987-19883.52000-200113.91980-198123.61988-198926.42001-200212.91981-19823.81989-199030.62002-200340.81982-19835.381990-1991552003-2004761983-198412.61991-19928.92004-200574.51984-198513.51992-199302005-200629.31985-1986581993-199402006-200715.61986-198799.71994-199514.6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黑河施工期设计洪水，成果见表2.5-3。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年表2.5-3 黑河施工期设计洪水控制位置桩号间距（km）汇流面积（km2）不同重现期（年）设计洪峰流量（m3/s）20105辛庄19+4003.222.64马河口16+2005.455.56李槐庭10+8004.977.42新沟5+9005.986召商界0+000塔桥-13-100192062 工程任务与规模任务2.1 工程现状及存在的问题2.1.1 工程现状黑河在1976、1987年进行治理，经过多年的运行，河道漂浮物越积越多，形成大的淤积五十多处，河道淤积严重、排水不畅、污水位抬高，极易冲垮桥梁、堤防。堤防(4+1004+800)段，桥两侧长700米堤段，堤身单薄，岸陡无滩，堤后有大坑，水大时极易出现渗水等险情，甚至有溃堤危险。15座排涝涵闸消力池冲毁，浆砌石护坡裂缝、滑坡、帽梁断裂无闸门，水涨时倒灌淹没农田。部分农田无排涝涵闸，致使农田积水严重。2.1.2 存在问题工程标准低、质量差、年久失修、不配套、管理界线及责任不清、洪涝灾害时常发生，因此召陵区迫切希望以防洪保安为主要目标，彻底根治黑河。2.2 工程任务针对黑河存在问题，采取的措施：一是河道疏浚；二是改建、新建涵闸。因此本次黑河治理的工程内容主要包括：（1）19.4km长河道疏浚及扩挖工程（桩号0+00019+400）；（2）新建涵闸5座，维修涵闸15座；（3）重建桥梁4座，维修桥梁3座。2.3 工程等别根据防洪标准（GB50201-94）、堤防工程设计规范（GB50286-98），黑河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；堤防防洪标准为20年一遇，5年一遇除涝标准。3 工程设计3.1 设计依据3.1.1 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；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。3.1.2 有关文件和资料召陵区黑河近期治理建设规划报告召陵区水利局2008.83.2 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。3.3 工程设计3.3.1 河道工程设计5.3.1.1河道现状（1）黑河本次治理段全长19.4km。由于常年淤积，现状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。治理段现有防洪堤防长11公里（均为左岸堤防），其中700米长(桩号4+1004+800)堤防堤身单薄，岸陡无滩，背有大坑。（2） 8座过堤涵闸(桩号1+200处新庄赵1#闸、桩号4+400处大姜2 #闸、桩号7+200处沱沟1 #闸、桩号8+000处沱沟3 #闸、桩号8+500处疙瘩张1 #闸、桩号9+250处疙瘩张2 #闸、桩号9+900处李槐庭1 #闸、桩号10+600处李槐庭3 #闸)堤防均存在堤防被偷挖现象，挖深23米，底宽812米，长约1015米。5.3.1.2河道水面线推求 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漯河市召陵区全段，黑河虽于1976、1987年按五年一遇除涝流量72m3/s进行疏挖，但由于多年运用，淤积严重，因此，不宜以其治理成果作为本次水面线推求的控制断面。本次设计选取漯河市召陵区出口处以下800m处断面作为水面线推算的起始断面。采用恒定均匀流公式推算起始水位。计算公式为：Q=ACR1/2I1/2式中：Q流量； A断面面积； C谢才系数，R1/6/n； n糙率，根据水力学下册中相应河槽类型及情况查得，选取主河槽糙率n=0.028。 I水力坡度，I=1/3500；计算得起始断面20年一遇水位为 m，5年一遇水位 m。 （2）水面线推算成果采用5.3.1.3拟定的疏挖断面，运用水面线基本方程式，并将河道划分为适宜计算河段后，即可从出口处下游800m处开始，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漯河市召陵区该段设计水位，详见表5.3-1。表5.3-1 水面线计算成果表桩号河底高程五年一遇除涝水位（m）20年一遇防洪水位（m）-0+8000+0000+2000+4000+6000+8001+0001+2001+4001+6001+8002+0002+2002+4002+6002+8003+0003+2003+4003+6003+8004+0004+2004+4004+6004+8005+0005+2005+4005+6005+8005+9006+0006+2006+4006+8007+0007+2007+4007+6007+8008+0008+2008+4008+6008+8009+0009+2009+4009+6009+80010+00010+20010+40010+60010+80011+00011+20011+40011+60011+80012+00012+20012+40012+60012+80013+00013+20013+40013+60013+80014+00014+20014+40014+60014+80015+00015+20015+40015+60015+80016+00016+20016+40016+60016+80017+00017+20017+40017+60017+80018+00018+20018+40018+60018+80019+00019+20019+4005.3.1.2现有堤防堤顶高程复核堤顶超高计算：根据堤防工程设计规范（GB50286-98），堤顶超高有三部分组成，即波浪爬高、风雍高度、安全加高三项之和，计算如下：风浪要素风浪要素按下式计算：式中：H平均波高，m；T平均波周期，s； V计算风速，m/s；F风区长度，m；d平均水深，m；L平均波长，m。按堤防工程设计规范附表确定。 表5.3-2 风浪要素参数表堤防F（m）V（m/s）d（m）H（m）T（s）L（m）左右堤120153.80.1212.093.1波浪爬高波浪爬高按下式计算式中：RP累积频率为P的波浪爬高，m；K坡面系数；KV风速系数；KP爬高累积频率换算系数； m斜坡坡率。 表5.3-3 波浪爬高要素参数表堤防H（m）L（m）K（m）KVKPmRP左右堤0.1213.10.7512.0720.37(3)风雍高度K 综合摩阻系数，取3.610-6；V 设计风速，取汛期多年平均最大风速的1.5倍；F 吹程，取上口宽；D 平均水深；经计算，e=0.03m。(4)超高堤顶超高按下式计算y=R+e+A式中：y堤顶超高，m；R波浪爬高，m；e风雍高度，m；A安全加高，m。左、右堤（4级）均取A=0.6m。经计算，左右堤超高为 xxx m。堤防堤顶高程按设计洪水加安全超高确定，安全超高按堤防工程设计规范（GB50286-98）要求，对不允许越浪的堤防工程4级堤防安全加高值0.6m；堤顶超高满足设计风浪爬高，设计风雍增水高度与安全加高三项之和，同时满足规范要求的4级堤防堤顶超高值不应小于0.3m的要求，堤顶设计高程左右岸20年一遇，水面线加xxxm。表5.3-4 现有堤防现状、设计堤顶高程比较表（清淤后）桩号现状左堤堤顶高程（m）现状右岸地面高程（m）5%设计水位+超高(m)0+0005+90054.9555.5053.4054.205+90010+80055.5055.4054.2054.4010+80011+00055.4056.1054.4054.90由上表可以看出, 现有堤防堤顶高程均高于设计堤顶高程，满足防洪要求，不需要对堤顶加高。(5)堤顶宽度左右岸设计堤顶宽度结合交通道路合一的意见，堤顶设计宽度为3m。5.3.1.3河道疏浚设计结合河道上下游比降、现有河道宽度等因素，同时考虑挖填平衡，按20年一遇防洪， 5年一遇防涝标准，拟定设计断面的宽度和河底高程。本次设计采用单一梯形断面，河道疏挖断面见下表。表5.3-5 黑河河道疏浚和扩挖工程成果表桩号设计流量 (m3/s)比降底宽(m)边坡设计水位（m）河底高程(m)0+0005+900118.61/60002025+90010+800109.61/600018210+80016+20085.51/400016216+20019+40043.61/4000122