XX市XX河清水入城工程实施方案.docx
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XX市XX河清水入城工程实施方案
1概述
xx市地处青藏高原东端，为xx省省会所在地，地理位置为东经100º52'～101º55'，北纬36º31'～37º38'，是我省的第一大城市，为全省政治、经济、文化、交通中心。
xx地处青藏高原河湟谷地南北两山对峙之间，统属祁连山系，黄河支流湟水河自西向东贯穿市区。
2011年全市常驻人口达到222.80万人，城镇化率达65.44%。
湟水河干流（西川河）、xx河、北川河，分别由西、南、北三个方向汇合于市区，后东流至小峡口出境，形成东、南、西、北向河川谷地及东北、西北、西南、东南向山岭十字形谷地。
xx市分布在河川两岸，总面积为350km2，海拔高程2160～2826m。
xx市区海拔2261m，年平均降水量380mm，蒸发量1363.6mm，年平均日照为1939.7h，年平均气温7.6℃，最高气温34.6℃，最低气温零下18.9℃，属高原高山寒温性气候。
夏季平均气温17～19℃，气候宜人，是消夏避暑胜地，有“中国夏都”之称。
为贯彻省委“生态立省”的战略部署，按照“治宁方略，水为大政”的要求，为进一步改善城市的人居环境，提高城市品位,改善市区水环境，依据市委、市政府的要求，2012年我市水务部门紧紧围绕“清水入城项目建设年”的主题，与建设“生活之城、幸福之城”的大理念相结合，开展了湟水流域（xx段）综合治理工作，其中包括对xx河、北川河、西川河城区河道的综合治理项目。
湟水流域（xx段）的综合治理工作在注重川、山、水、路、城与自然融合的同时，突出景区建设理念，突出河湟文化、昆仑文化和多元文化，业态定位以高端休闲、旅游文化、商务配套为主。
本项目是xx河清水入城工程，属湟水流域（xx段）综合治理项目的重要组成部分。
xx河（xx段）穿越xx市主城区，其两岸为xx市繁华的商业区及主要的市民休闲区（麒麟湾与中心广场）。
近年来，由于xx河经常出现断流现象，使得城区段河道景观水体循环差，水的富营养化程度加剧，使该段河道水草丛生，两岸蚊蝇滋长，极大影响城区景观环境；另外，由于xx河河道坡降较大，且河床大多为泥质板岩地层，冲刷严重，加之上游水土流失严重，致使城区段已建的多处橡胶坝等景观河段淤积严重，需定期清淤，不但费时费力，且增加了地方的财政负担。
临近的解放渠水中悬移质含量大，水质差，不能满足城区段景观用水的要求，不宜引入xx河。
为了打造美丽、宜居的生活环境，改善xx市xx河景观河段生态用水不足的问题，我市提出了“清水入城”的设想——引大xx水库发电水入xx河景观河段。
xx市xx河清水入城工程拟从xx河上游的大xx水库引水，起点自大xx水库电站尾水渠末端开始，终点至xx河xx市洪水桥处，引水线路总长19.24km；为改善xx河xx市六一桥至入河口段的生态景观，需在此段重建钢制溢流坝14座，并对该段河道进行清淤；多年来xx河xx市六一桥至入河口段的河道清淤对14座橡胶坝坝基造成了局部破坏，因此本次需对橡胶坝坝基进行维修。
2012年7月受xx市水利局委托，我院承接了《xx市xx河清水入城工程实施方案》的设计任务，并于8月初完成了设计工作。
2012年8月14日，由xx市政府和xx水利局组织xx市发改委、xx市财政局、xx市建委、xx市国土局、xx市规划局、xx市环保局、xx工业园区管委会、城中区政府、湟中县政府等部门，并邀请五位专家对《xx市xx河清水入城工程实施方案》进行了审查论证，根据与会领导专家的意见和建议，我院于2012年8月中旬修改完成了《xx市xx河清水入城工程实施方案（报批稿）》。
2水文
2.1流域概况
xx河是湟中县境内较大沟道之一，位于xx省东部湟中县和xx市境内，因贯穿xx南部川地而得名，源出湟中县南部的拉脊山口西北1km处的高地，河源海拔3991m，源流段自西南流向东北，到华山村转向北流，过上新庄水文站旧址直至阳坡台，以上河段名马鸡沟，以下称xx河。
继转北流纳左岸支流海马沟后，过原祁家庄水文站旧址转东北流，纳右岸支流清水河，经总寨乡至逯家寨村进入xx市区，沿长江路黄河路之间过xx河口水文站，流入湟水。
xx河的河长49km，流域面积398km2，平均河宽30m，河床由砂砾石组成，河道落差1766m，河道平均比降20.1‰，多年平均流量1.27m3/s，年径流量约0.402亿m3。
主要支流有海马沟、清水河、硖门峡沟、平坝沟、红崖沟等。
上游多峡谷，河流进入xx市区，两岸有防洪堤，河口以上有橡胶溢流堰、排洪涵，年降水量360～650mm。
大xx水库位于xx河上游左岸蚂蚁沟内，为注入式水库，经1：
5万地形图量算，大xx水库引水口以上的集水面积为165km2。
2.2气象
项目区属内陆高原大陆性气候，其主要气候特征是：
冬季漫长干燥，夏季短促温和，秋季凉爽多雨，春季干旱多风，冰结期长，农耕短促，光照充足，日照时间长，太阳辐射强，垂直气候带变化大。
湟中县气象站有多年观测资料，且观测项目较全，精度较高，可作为项目依据站。
根据湟中县气象站气象要素统计结果：
项目区年平均气温0～5℃，最热月（7月）平均气温11～17℃，极端最高气温29.4℃，极端最低气温-31.7℃；平均风速2.1m/s，最大风速20m/s，年降水量523.0mm，一日最大降水量52.3mm；全年日照时数2588.3h；日照百分率为58.0%；年平均相对湿度64%；年蒸发量1315.9mm（E601蒸发皿）。
2.3水文基本资料
xx河曾设有xx河口水文站，该站于1985年7月设立，1993年4月上迁1km，更名为xx河口
（二）站，2004年4月在其上7km设临时断面测流，2005年5月在基上6.9km设临时断面测流。
该站集水面积398km2，控制河长47.9km。
观测项目有流量、泥沙。
该站有1986～2010年实测资料。
xx河以东小xx河1959年6月设立小xx径流站，1960年5月基本断面上迁12km，为小xx
（二）站，1962年6月改为水文站，8月基本断面下迁13km，为小xx（三）站，1971年1月又下迁2km，更名为王家庄水文站。
该站集水面积370km2，控制河长42.4km。
观测项目有水位、流量、泥沙、降水、蒸发、冰情、岸温、比降等。
王家庄水文站有1963～2010年的实测水文资料，这些资料均经过xx省水文水资源勘测局的整编和审查，可作为本次水文分析计算的依据。
xx河口站和王家庄站资料情况见表2-2。
表2-1水文站水文资料情况表
河名
站名
地理位置
集水面积
资料年限
东经
北纬
（km2）
xx河
xx河口
101°47′
36°38′
398
1986～2010年
小xx
王家庄
101°56′
36°33′
370
1963～2000年
2.4径流
2.4.1年径流
大xx水库引水口以上无水文资料，在其下游有xx河口站，该站于1985年设站，到目前有二十多年的实测资料，因受xx河流域内的水资源开发利用的影响，水文站实测的径流成果很小，已经没有代表性，而大xx水库所在的蚂蚁沟位于沟道最上游，汇流面积不足1km2，可忽略不计。
本次水文计算采用径流深等值线法、年径流系数法、地区经验公式法和水文比拟法等方法计算引水口处多年平均年径流量。
（1）径流深等值线法
根据《xx省水资源评价报告》中“1956-2000年多年平均径流深等值线图”和《湟中县水资源评价及优化配置》（已审查）成果，并参证小xx河王家庄站的实测径流深和xx河口站天然径流的径流深，综合分析后确定引水口以上流域中心多年平均径流深为H=185mm，由流域平均径流深计算多年平均年径流量：
W=H×F×1000
式中：
W：
多年平均年径流量，万m3
H：
多年平均径流深，mm
F：
流域面积，km2
计算得引水口处多年平均流量见表2-2。
表2-2引水口处径流深等值线法多年平均径流计算结果表
取水口名称
引水口
集水面积（km2）
165
多年平均径流深（mm）
185
多年平均流量
0.968
多年平均径流量（万m3）
3053
（2）径流系数法
根据《xx省水资源评价报告》中“1956-2000年多年平均降水量等值线图”和《湟中县水资源评价及优化配置》（已审查）成果，查得流域中心多年平均降水量为P=600mm，根据《xx省水文手册》中“多年平均年径流系数等值线图”，查得年径流系数a=0.35，用下式计算多年平均径流深：
H=P×a=210mm
计算得引水口处多年平均流量见表2-3。
表2-3引水口处径流系数法多年平均径流计算结果表
取水口名称
引水口
集水面积（km2）
165
多年平均径流系数
0.35
多年平均降水量（mm）
600
多年平均流量
1.10
多年平均径流量（万m3）
3465
（3）地区经验公式法
采用湟水流域脑山浅山区经验公式Q=0.025×F0.74，计算得引水口处多年平均径流量结果见表2-4。
表2-4引水口处地区经验公式法多年平均径流计算结果表
取水口名称
引水口
集水面积（km2）
165
多年平均流量
1.094
多年平均径流量（万m3）
3449
（4）水文比拟法
根据本流域所处的位置，在xx河上设立有xx河口水文站，该站于1985年设站，到目前有二十多年的实测资料，因受xx河流域内的水资源开发利用的影响，水文站实测的径流成果很小，已经没有代表性。
因此，本次计算以邻近流域小xx河王家庄站为参证站，用水文比拟法计算大xx水库引水口处多年平均流量。
根据《xx省水资源评价报告》中成果，王家庄水文站径流资料系列延长为1956～2000年共45年，本次设计对王家庄水文站径流资料系列延长为1956～2010年共55年，其多年平均天然流量为1.28m3/s。
王家庄上游年平均雨量采用红岭、垃尕、田家寨、梁家雨量站的平均雨量采用等雨量线法分析计算，为462.4mm，大xx水库引水口以上流域面平均雨量为600mm，采用雨量修正的水文比拟法计算。
其计算公式如下:
由上式，计算得大xx水库引水口断面多年平均流量及年经流量计算成果见表2-5：
表2-5大xx水库引水口处xx河水文比拟法多年平均径流计算结果表
名称
流域面积
多年平均降水量
多年平均流量
多年平均径流量
（km2）
（mm）
（m3/s）
（万m3）
王家庄站
370
462.4
1.28
4037
大xx水库引水口
165
600
0.741
2336
2.4.2径流成果的采用
由上面4种计算方法成果看，径流深等值线法和年径流系数法结果相接近，水文比拟法结果最小，地区经验公式法结果居中。
虽然王家庄站的实测径流资料较长，但用水文比拟法推算的大xx水库引水口处的多年平均径流量为2336万m3，径流深仅为142mm、径流系数仅为0.24，不符合该地区的实际情况。
因此本次计算采用径流深等值线法计算成果作为大xx水库引水口断面的设计成果。
2.4.3径流成果的合理性分析
影响年径流的主要因素是多年平均降水量、蒸发量等因素，而影响设计年径流的主要因素是多年平均径流量、变差系数和偏态系数。
后两项系数是在《xx省水文手册》和《xx省地表水资源》中已有明确规定。
现只对引水口采用的多年平均径流作一些分析。
根据《xx省水资源评价报告》和《xx省水文手册》中的径流深等值线图可以看出，大xx水库引水口以上流域重心处的径流深为175～200mm之间，下游xx河口站的径流深为135mm。
一般认为径流深随面积增大而减小，而大xx水库引水口在xx河的中上游，故本此计算的引水口处的多年平均径流深185mm是合适的。
另外，根据xx省降水量和蒸发量的变化特征，随着海拔的升高，降水量逐渐增大而蒸发量逐渐减小，反之，随着海拔的降低，降水量逐渐减小而蒸发量逐渐增大。
故单位面积产水量引水口处大于xx河出口处是合理的。
因此，本次计算成果即引水口处的多年平均流量为0.968m3/s，多年平均径流量为3053万m3符合当地的实际情况是合理的。
2.4.4设计年径流及年内分配
根据《xx省水文手册》年径流CV等值线图及年径流CS/CV分区图，确定出水库及引水口断面以上流域中心多年平均径流变差系数CV值为0.50～0.60之间，CS/CV=2.5。
根据实地调查，大xx水库引水口以上流域的下垫面条件及产汇流条件与邻近流域王家庄站基本相似，故引水口断面处设计径流参数Cv、Cv/Cs值依据《xx省水文手册》中年径流Cv等值线图及Cs/Cv分区图，并参考王家庄站成果，综合确定Cv=0.5，Cv/Cs=2.5，计算得引水口断面不同保证率下的设计径流成果，结果见表2-6。
表2-6引水口处不同保证率下的设计径流成果表
断面名称
集水面积（km2）
P（%）
平均
25
50
75
Cv
Cs/cv
王家庄站
370
Qp
1.28
1.55
1.13
0.85
0.46
3.5
W
4037
4887
3560
2680
大xx水库引水口
165
Qp
0.968
1.18
0.835
0.617
0.5
3.5
W
3053
3712
2634
1944
引水口处径流的年内分配以王家庄站的设计年径流所对应的典型年年内分配百分比过程为模型，采用同倍比缩放推求引水口处设计径流年内分配。
大xx水库引水口处设计径流年内月分配结果见表2-7。
表2-7大xx水库引水口处设计年径流月分配成果表
频率
项目月
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
年
25%
分配系数（%）
0.46
0.34
0.17
8.98
4.95
7.41
14.9
27.4
14.0
12.5
7.24
1.74
100
径流量（万m3）
17.0
12.8
6.4
333.3
183.6
275.1
551.6
1016
519.7
463.0
268.7
64.5
3712
流量（m3/s）
0.064
0.053
0.024
1.29
0.686
1.06
2.06
3.79
2.01
1.73
1.04
0.241
1.18
50%
分配系数（%）
0.99
1.04
0.77
8.71
6.63
9.38
18.6
22.3
9.19
13.5
7.03
1.81
100
径流量（万m3）
26.0
27.4
20.4
229.5
174.7
247.0
491.2
586.6
242.1
356.5
185.3
47.7
2634
流量（m3/s）
0.097
0.113
0.076
0.885
0.652
0.953
1.83
2.19
0.934
1.331
0.715
0.178
0.835
75%
分配系数（%）
4.43
3.17
1.65
16.0
7.32
11.2
9.39
4.96
12.1
18.4
8.97
2.46
100
径流量（万m3）
86.2
61.6
32.2
310.6
142.3
216.9
182.7
96.5
234.7
358.5
174.5
47.9
1944
流量（m3/s）
0.322
0.255
0.120
1.198
0.531
0.837
0.682
0.360
0.905
1.339
0.673
0.179
0.617
2.4.5河道基流量
河道基流量的计算通常采用多年平均径流量的10%～20%计算河道应维持的最小流量。
由于xx河上游植被较好，降雨丰沛，因此本次计算引水口断面处多年平均流量的20%作为河道应维持的最小流量，河道应维持的最小流量成果见表2-8。
表2-8河道基流量计算成果表
断面名称
集水面积（km2）
均值
基流
流量
（m3/s）
径流量
（万m3）
流量
（m3/s）
径流量
（万m3）
大xx水库引水口
165
0.968
3053
0.194
611
2.5洪水
2.5.1暴雨洪水特性
xx河的洪水特性与xx省一般河流的洪水特性一样，都有春汛和夏汛，年最大洪水大多发生在夏汛期间。
春汛是由冰雪融化而成，其流量大小决定于冬春季降雪积冰的多少和春汛期间的温度高低。
春汛来临的时间，决定于气温回升的早晚，洪峰流量一般较小，其径流量占年径流量的15%左右。
夏汛发生在6～9月，由暴雨形成，较大洪水都发生在这四个月，其径流量占年径流量的60%左右。
由于暴雨强度大、历时短、笼罩面积小，这就决定了洪水特性是陡涨陡落，历时短。
同时，由于气候干旱，降水量不大，决定了基流甚微。
2.5.2历史洪水调查成果
据《xx省洪水调查及水文分析资料》（第一册），湟水xx河没有历史洪水调查资料，与xx河临近的铁骑沟流域，在曹家沟xx下十里铺地区于1928年、1970年8月7日都发生了特大洪水，可以肯定，这两场洪水是上个世纪该区域所发生的两次特大洪水。
初步确定其重现期为百年一遇、五十年一遇。
详细资料见表2-11。
表2-11湟水铁骑沟历史洪水成果表
水系
河名
调查地点
集水面积（km2）
洪水发生时间
洪峰流量（m3/s）
洪峰模数（m3/s.k
m2）
调查日期
计算方法
可靠度
备注
湟水
铁骑沟
两宁市下十里铺
94.0
1928
354
1958.6
比降
尚可靠
1970.8.7
208
2.213
1970.10
比降
可靠
2.5.3xx河设计洪水
（1）xx河设计洪水分析
根据本流域所处的位置，在xx河上设立有xx河口水文站，该站于1985年设站，到目前有二十多年的实测资料，已经没有代表性。
根据xx河口水文站的实测洪水，其多年平均洪峰模数仅为0.361m3/s.km2,与临近流域和区域的洪峰模数相比明显偏小。
而临近流域小xx河流域有王家庄水文站，有52年实测洪水资料（1959～2010年），控制流域面积为370km2，根据《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-2006）的要求，设计洪水的计算，以王家庄水文站为参证站，采用地区综合法进行计算。
采用公式：
式中：
Q设—设计断面的洪峰流量（m3/s）；
Q王—王家庄水文站的洪峰流量（m3/s）；
F设—设计断面的面积（km2）；
F王—王家庄水文站的面积（km2）。
对于n值得确定，选择湟水流域支流（西纳川水文站、药水河董家庄水文站、沙塘川南门峡水文站、引胜沟八里桥水文站和小xx王家庄水文站）点绘的5个水文站点设计洪峰流量与面积双对数关系（见图2-2），同步资料系列为1956～2000年，率定的面积指数n=0.6。
另外根据《xx省湟中县盘道水库灌溉工程（枢纽部分）初步设计报告》（黄委设计院，2002年7月）面积指数n也为0.6。
所以本次设计n值取0.6。
计算出不同频率设计洪峰流量成果详见下表2-12。
表2-12设计洪峰流量成果表（地区综合法）单位：
m3/s
名称
集水面积（km2）
均值
频率（%）
1
2
5
10
王家庄站
370
55.7
253
211
156
117
xx河
398
58.2
264
220
163
122
图2-1洪峰流量-面积对数关系图
（2）xx河设计洪水成果采用
在xx市人民政府批准的《xx市城市总体规划》中，北川河百年一遇洪峰流量为570m3/s，xx河为380m3/s。
关于xx河的设计洪水，xx省水利水电勘测设计研究院和xx省水文水资源勘测局曾进行过多次计算，由于存在的因素比较多，其计算结果差别较大，也存在较大争议。
考虑到工程防洪安全以及xx河的防洪工程建设现状，xx河的设计洪水仍采用xx市人民政府批准的《xx市城市总体规划》中的设计成果，百年一遇洪水为380m3/s。
2.6泥沙
2.6.1泥沙来源
湟水流域的泥沙主要来源是6～9月伏汛期间洪水夹带的泥沙，在降水产流过程中，冲刷地表沙土带入河道形成，尤其是由暴雨或大雨形成的洪水所夹带的泥沙更多；其次为春汛期间的泥沙，主要系融冰雪和降雨产流过程所形成，其过程大体是：
随着春季气温的回升，沿河两岸积冰雪开始融化，渐至脑山地区，加上流域内降雨雪在产汇流过程中冲刷经过冬季低温风化的地表沙土和将冬季大风沙集积在冰上，雪上的泥土带入河道。
湟水流域降水量主要集中在6～9月，因而此时河道来沙量也占全年的85%左右，含沙量也最大，降水强度与来沙量也有正相关关系；春汛期的输沙量、含沙量较小。
2.6.2泥沙分析计算
据实测资料统计，湟水流域主要水文站多年平均含沙量、输沙量及侵蚀模数等的变化见表2-13。
表2-13湟水流域主要站泥沙特征值统计表
项目
站名
集水面积
（Km2）
多年平均含沙量
（Kg/m3）
多年平均输沙量
（万t）
侵蚀模数
（t/km2）
石崖庄
3083
1.9
53.6
173.9
桥头
2774
0.66
40.5
146
xx
9022
3.25
328.6
364.2
王家庄
370
16.6
56.9
1516
大xx水库所在的东、西沟流域属浅山脑山地区，海拔在2600m以上。
取水口以上流域自然植被较好，植被密度约80%。
根据《xx省水文手册》的“多年平均侵蚀模数等值线图”查得流域多年平均侵蚀模数为1000t/km2；另外根据《xx省水资源评价报告》的“多年输沙模数分区图”查得流域所在区域多年平均侵蚀模数为1000～2000t/km2，临近流域王家庄站多年平均侵蚀模数为1516t/km2。
本次设计直接采用王家庄站的多年平均侵蚀模数1516t/km2，计算水库引水口处和xx河的多年平均悬移质输沙量，推移质的计算根据经验，采用悬移质的百分数考虑，根据北方河流特点，选用的百分数为20%。
计算成果见表2-14。
表2-14泥沙计算成果表
断面名称
流域面积（km2）
多年平均输沙模数（t/km2）
悬移质输沙量（万t）
推移质输沙量（万t）
输沙量
（万t）
xx河
398
1516
60.3
12.1
72.4
大xx水库引水口
165
1516
25.0
5.0
30.0
3工程地质
3.1地形地貌特征
工程区地处xx盆地边缘，位于xx市盆地南部的低山丘陵区，相对高差100～200m，河谷呈宽阔的“U”型，区内海拔高程2250～2600m，xx河河谷宽达1800～2200m。
两岸发育有不对称的三级阶地，阶面平坦开阔，多具二元结构，其中一、二级阶地为基座阶地、三级阶地为堆积阶地。
现代河道受人为改造摆动极不稳定，河床比降7‰，地势由南向北缓倾。
3.2地层岩性
工程区位于xx盆地河谷地带，区内岩性较为单一，第四系地层分布广泛，主要为上更新统
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