房山区某河道综合治理工程规划报告.docx
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房山区某河道综合治理工程规划报告
1概况
房山区位于北京市西南部，地处华北平原与太行山脉交界地带，是北京西南进出京城的重要门户。
这里孕育了古老的人类文明，举世闻名的周口店“北京猿人”遗址就位于房山西部山区，琉璃河燕国都城遗址、窦店古城、广阳郡、长沟、张坊等古镇，历经沧桑，遗迹犹存，使房山自古至今发挥着文化、政治、经济中心的重要作用，成为北京城市文明的发祥地和“北京人”的故乡。
房山北部与门头沟相邻，南与河北省涿洲市接壤，东部和东北部同大兴区、丰台区毗连，西邻河北省涞水县。
全区总面积2019km2，西北部为山区，面积1327km2，占全区总面积的65.7%；东南部为平原，面积692km2，占全区总面积的34.3%。
境内河流均属海河流域，有永定河、小清河、xx、拒马河四条主干流，除永定河外，其它均属大清河水系。
xx为北拒马河支流，发源于房山西部山区霞云岭乡堂上村西北，是唯一发源于房山境内的河流，房山旧志称圣水。
流域的上游较大支沟有南窖沟、史家营沟、大安山沟、白石口沟，汇合后折向东流至坨里，在青龙湖镇辛开口村出山区进入平原，后又与丁家洼河、东沙河、周口店河、牤牛河、夹括河等汇流继续流向东南，到祖村向南出境，入河北省涿州市码头镇与北拒马河汇合后流入白沟河。
xx总流域面积为1280km2，北京市境内为1243.4km2，其中山区面积856.3km2（干流675.9km2，支流180.4km2）、平原面积387.1km2；河道全长129km，北京市境内为121km，其中辛开口村以上山区河道长85km（平均比降为6.4‰）。
，自辛开口村至夏村段长15km（平均比降约为3‰左右），夏村至北京市界长21km（平均比降为0.3‰左右）。
房山北部山区蕴藏着十分丰富的煤、石材等矿产资源，开采历史悠久，是北京重要的建材和能源产地，一度支撑了房山的经济发展。
由于具有成矿地质时间漫长，成矿期次多的特点，形成了沉积型、变质型等丰富的矿产资源，特别是非金属矿产，种类较齐全，储量很大，目前已知的矿种有40余种，探明储量的矿种有27种，主要是非金属矿，煤矿尤为集中。
非金属矿产有煤、石灰岩、白云岩、大理石、花岗岩、石英砂岩、耐火黏土、砂石、板岩，其中煤炭、石灰岩、白云岩、石英砂岩分布面积广、储量大、开发历史悠久，正在开采的煤矿中除国矿外，乡镇煤矿已达116座；金属矿产有赤铁矿、黄铁矿、方铅矿、铅锌矿、铝土矿、银矿等，多为贫矿。
xx北部山区涉及xx干流上、中游地区的霞云岭乡、史家营乡、大安山乡、佛子庄乡、南窖乡、河北镇和青龙湖镇共7个乡镇，流域总面积676km2，总人口11.27万人。
本次山区治理河段主要范围为佛子庄乡黑龙观村至青龙湖乡坨里镇的口头村，沿河两岸村镇总人口为2.83万人，其中河道内人口为3336人；河道两岸耕地面积5500亩，其中取得30～50年承包合同的河滩地面积为亩1100亩。
随着当地经济的快速发展，河段内北部山区煤炭及石材等矿山资源无序开发、私挖乱占现象严重，造成矿产资源的破坏与浪费、土地资源的压占、地下水水位的下降、以及对地形地貌、地质遗迹、自然风景和人文景观的影响与破坏，引起塌陷、滑坡、泥石流、水土流失等地质灾害频发，河道水体的严重污染、以及对生态环境的破坏，防洪问题也日益突出。
为此，当地政府和水行政主管部门，提出了对xx进行综合治理的要求，2006年12月委托有关单位完成了《房山区北部山区环境综合整治规划》。
在此基础上，黄河勘测规划设计有限公司和北京禹冰水利勘测规划设计有限公司受房山区水务局的委托，于2007年2月完成了《房山区xx山区河道综合治理工程（一期）项目建议书（代可行性研究报告）》的编制工作。
2水文
xx上游山区地处太行山与华北平原之间的过渡地带，地势西北高、东南低，由西北向东南依次为中山和低山，主要为石质山区，山区岩石主要为石灰岩、砂岩、页岩，丘陵区有少量花岗岩。
土壤类型多样，主要发育有山地棕壤、山地草甸土、淋溶褐土、碳酸盐褐土、粗骨性褐土、褐土、复石灰性褐土等土壤，且随海拔高度呈规律性分布。
上游山区植被种类较丰富，区内自然植被类型为落叶阔叶林，并混生有常绿针叶林。
随海拔的增高，山区植物群落具有明显的垂直分布特征。
人工植被有油松、侧柏、火炬等。
本次治理的主要范围为佛子庄乡黑龙关村～青龙湖镇口头村，考虑与已建工程衔接后，治理范围下延至大件路，全长29.3km。
青龙湖镇辛开口村以上为山区河流，全长约21.4km，平均纵比降为3.8‰，辛开口村以下为洪积扇及平原区，全长约7.9km，平均纵比降为3.2‰，治理河段内有沙塘沟、白石口沟汇入，流域面积为47km2和58km2，分别于东班各庄、东庄子村汇入xx。
流域图见图2-1。
2.1气象
xx流域属温带半湿润半干旱地区，是典型温带大陆性季风气候。
其特点是“春旱多风，夏热多雨，秋高气爽，冬寒晴燥”。
冬季多行西北风，天气晴朗少雨，增温快；秋季秋高气爽，少雨，降温快。
流域内各地温度变化较大，年平均气温随海拔高度增加而下降。
平原地区多年平均气温11.6℃，无霜期200天，山区多年平均气温10.8℃，无霜期150天。
xx以西山前丘陵地带是北京市“山前暖区”之一，年均气温在12℃以上，无霜期185天。
图2-1房山区xx流域水系图
受大陆季风气候和地形、地势影响，流域内降水量在年际和地区间分布不均。
多年平均降水量600mm，降雨时空分布极不均匀，年际变化较大，丰枯水年连续出现。
降雨年内分配不均，多年平均汛期（6月～9月）降水量519.1mm，约占全年降水量的85%，并多以暴雨形式出现。
流域内多年平均水面蒸发量1080mm～1140mm，平原地区较大，西北部山区较小。
年内蒸发量4月、5月、6月三个月最大，约占全年的45%，冬季3个月最小，仅占全年的10%左右。
多年平均陆面蒸发量为400mm～450mm，西北部山区小于东南部平原地区
2.2水文基本资料
漫水河水文站是海河流域大清河水系xx上的唯一水文站，始建于1951年6月，位于北京市房山区青龙湖镇漫水河村，后于1963年5月上迁至房山区河北镇磁家务村东，位于东经116°00′，北纬39°47′。
测验断面位置处于xx由山区到平原的过渡地带，控制流域面积653km2。
漫水河站控制流域内尚未修建任何大型控制性工程，仅在上游建有三座小型水库，其基本情况见表2.2-1。
漫水河水文站隶属于北京市水文总站，观测项目有水位、流量、含沙量、降水量、蒸发量、水温、冰情等，水文资料观测精度较高且连续完整，项目的观测、整编均符合行业规范要求。
漫水河站已在1993年北京水利规划设计研究院《xx综合整治规划》（以下简称《规划》）中设计时使用，由于该站处于本次综合治理河段范围内，因此，确定漫水河站为本次综合治理的设计代表站，资料系列为1951年～2006年。
表2.2-1漫水河站以上水利工程概况表
水库名称
所在乡镇
建设时间
控制流域
面积
（km2）
总库容
（万m3）
规模
设计标准（重现期.年）
设计
校核
鸽子台水库
霞云岭乡
1972
117
152.19
小（Ⅰ）型
30
200
大窖水库
史家营乡
1970
78
54.59
小（Ⅱ）型
20
100
水峪水库
南窖乡
1972
4
10
小（Ⅱ）型
20
100
2.3洪水
2.3.1暴雨、洪水特性
房山区地处北京西部太行山山前区，受地形抬升影响，经常出现大暴雨，由于东南太平洋暖湿气流在百花山与西北来的冷空气相遇，漫水河一带成为北京市的暴雨中心之一。
暴雨多发生在7、8月份，场次暴雨主要集中在3h～15h之内，短历时暴雨强度较大。
漫水河站实测最大1h雨量98mm（1975年），最大6h雨量140mm（1954年），最大24h雨量246.9mm（1954年）。
降雨年际变化较大，多年平均最大24小时降雨量Cv在0.6～0.7左右。
暴雨在空间分布主要集中在迎风坡区，空间变化较大，局部地区短时强降雨时有发生。
xx洪水主要由暴雨产生，多来自山洪，发生时间与暴雨一致，主要集中在7、8月份，其特点是：
洪水陡长陡落，洪水过程历时较短，约3～5天。
洪峰流量以及洪量年际变化大，根据实测洪水资料，漫水河站洪峰流量为1860m3/s，最枯年份全年断流。
2.3.2历史洪水
根据北京市水利局最新编纂的房山水旱灾害文献记录，在有实测资料以前xx曾发生多次大洪水，漫水河水文站河段曾调查到5次特大洪水，其调查成果见表2.3-1。
表2.3-1漫水河水文站历史洪水调查表
年份
洪峰流量（m3/s）
清光绪十四年（1888年）
5040
清光绪十六年（1890年）
3270
1917年
3270
1919年
2100
1929年
3940
1939年
3220
xx漫水河站历史洪水重现期按调查到的首位历史洪水发生年代1888年起算，即为118年。
则1929年洪水重现期为59年，1890年、1917年的洪水重现期均为30年，1939年、1919年洪水重现期分别为24年、20年。
2.3.3设计洪水
由漫水河站实测洪水系列，加入历史洪水进行频率计算，采用皮尔逊—Ⅲ型曲线适线。
在适线过程中，考虑了如下因素：
1）xx沿岸人口密集，历史悠久，历史调查洪水可靠性较强；
2）xx上游在七十年代初期先后修建了三个小型水库，起到了一定的削峰滞洪作用。
但由于1975年以后xx基本上没有发生大洪水，本次设计不再进行水库作用对洪水影响的还原计算。
出于以上原因，在适线时偏重于考虑历史洪水和实测较大洪水，确定漫水河站各频率洪水洪峰流量见表2.3-2，频率曲线见图2.4-1。
表2.3-2xx漫水河站各频率洪水成果比较表单位：
m3/s
计算时间
项目
均值
Cv
Cs/Cv
重现期（年）
50
20
10
5
本次
Qm
694.95
1.3
4.5
3640
2150
1250
649
1993年
Qm
629
1.24
4
3200
2100
1300
700
相差
Qm
13.75%
2.38%
-3.85%
-7.29%
本次计算采用了最新的洪水调查记录，并将实测资料系列由原来的1951年～1990年延长至2001年，增加了十年的偏枯系列资料，因此，本次计算成果与1993年《规划》成果相比，均值、Cv值都有所增加，但10年一遇和20年一遇设计洪水相差均在5%以内，考虑到《规划》成果已通过有关部门的审查，本次设计漫水河站设计洪水仍采用原《规划》成果，即10年一遇洪峰流量1300m3/s，20年一遇洪峰流量2100m3/s。
2.4泥沙
xx上游属于石质山区，河水含沙量较小，根据漫水河站实测资料统计，多年平均输沙率0.872kg/s，多年平均输沙量7.2万t，多年平均悬移质含沙量为0.386kg/m3。
来沙年内分布不均，沙量年际变化较大。
由于xx枯季径流基本为泉水补给，所以来沙基本集中在汛期洪水时。
1963年来沙量高达47.0万t，常年断流年份来沙量为0。
在流域上游，一些高海拔的支沟源头，沟谷两岸坡度较大，海拔较高（在1000m等高线附近），岩石风化严重，表层松散，遇到暴雨，小范围内泥石流时有发生。
本治理河段位于xx山区河道末端，据调查了解，造成河道淤塞的推移质泥沙主要来自于上游山区开矿弃料、以及两岸修路弃渣等，由于上游水保措施和小型水库作用，高海拔支沟泥石流的影响相对较小。
2.5水面线分析计算
2.5.1计算条件
2.5.1.1河道大断面资料
根据本河段河道变化情况，在2006年测得1：
2000地形图上，共切取了32个大断面，其中上游山区约800m左右间距，平原河道约1500m左右间距。
2.5.1.2河道糙率
对于水面线计算，河道糙率n是非常重要的水力要素。
由于缺乏实测糙率资料，现状河道糙率的选取综合考虑了河道形态、床面粗糙程度、植被生长情况、水位高低以及河道内阻水建筑等因素。
设计河道糙率在考虑以上因素的基础上，综合了疏浚、护岸、拆迁、桥梁改造等河道治理工程对糙率大小的影响。
经选定，现状河道的糙率为0.035～0.045，整治以后的设计河道糙率为0.025～0.038。
2.5.1.3水面线起始水位及沿程流量
根据起始断面资料，结合河道形态确定各级水位的水面比降，水面比降取值在3.5‰～4‰，起始断面现状糙率取值为0.03～0.035，设计糙率取值0.025左右。
根据曼宁公式算得起始断面现状水位为10年一遇47.76m、20年一遇48.32m，设计水位为10年一遇47.69m、20年一遇48.23m。
2.5.1.4水面线沿程流量
根据漫水河站设计洪峰流量，采用面积指数法推求沿程各断面设计流量，具体如下：
对于漫水河站以下平原河段，由于无支沟汇入，可延用漫水河站集水面积。
漫水河站以上山区河段，由于有两条支沟汇入以及两岸河谷的汇流（55km2），其集水面积由漫水河站向上游递减，根据各断面间汇流面积可计算得出。
由各断面集水面积，根据面积指数法，计算得出水面线沿程流量，公式如下：
式中QDM-i——xxDM-i断面设计洪峰流量（m3/s）；
Q漫——漫水河站设计洪峰流量（m3/s）；
FDM-i——xxDM-i断面以上汇流面积（km2）；
F漫——漫水河站汇流面积（km2）；
n——面积指数，本次计算取n=0.67。
由此算得本治理河段设计沿程流量，见表2.5-1。
表2.5-1xx水面线沿程设计流量计算表
断面
编号
桩号
10年一遇流量
（m3/s）
20年一遇流量
（m3/s）
DM-1
0+081.805
0.829
1078～1095
1741～1768
DM-2
0+575.267
0.831
DM-3
1+449.772
0.834
DM-4
2+082.514
0.836
DM-5
2+972.094
0.839
DM-6
3+413.560
0.84
DM-7
3+973.832
0.842
DM-8
5+082.193
0.909
1182～1206
1909～1948
DM-9
6+238.351
0.913
DM-10
7+114.920
0.915
DM-11
7+952.259
0.918
DM-12
8+636.011
0.92
DM-13
9+163.236
0.922
DM-14
10+154.476
0.925
DM-15
10+923.672
0.928
DM-16
11+924.087
0.98
1274～1296
2058～2094
DM-17
12+995.613
0.983
DM-18
13+786.325
0.986
DM-19
14+847.154
0.989
DM-20
15+913.509
0.992
DM-21
16+509.479
0.994
DM-22
17+502.426
0.997
DM-23
18+508.810
1
1300
2100
DM-24
19+409.905
1
DM-25
20+202.280
1
DM-26
20+824.701
1
DM-27
21+423.990
1
DM-28
23+251.630
1
DM-29
24+412.480
1
DM-30
26+126.013
1
DM-31
27+877.993
1
DM-32
29+293.391
1
注：
F漫—漫水河站集水面积、FDM—本断面集水面积。
2.5.2计算方法及成果
河道稳定缓变流的能量方程式为：
式中：
Z－断面水位（m）；
V－断面流速（m/s）；
α－取决于断面流速分布的不均匀程度，一般情况下取值为1.05～1.1，本报告采用1.1；
下标1和2分别表示上断面和下断面；
hf－沿程水头损失，按下式计算：
hi－局部水头损失，按下式计算：
式中，ξ为河段平均局部阻力系数。
对于收缩河段，其局部水头损失可以忽略不计，即ξ=0；对于扩散河段，水流常与岸壁分离形成回流，产生局部水头损失。
由此，河道稳定缓变流的能量方程式可写为：
水面线由下游向上游推求，已知Z2便可由上式试算求得Z1。
由于xx来水含沙量较小，本工程河段河道冲淤变化较小，本次暂不考虑河道冲淤变化的影响，xx现状河道与整治后设计水面线成果见表2.5-2及图2.5-1。
表2.5-2xx现状河道与整治后设计水面线成果表
断面号
桩号
现状河道
设计河道
河底高程（m）
回水水位（m）
河底高程（m）
回水水位（m）
10年一遇
20年一遇
10年一遇
20年一遇
DM-1
0+081.805
149.15
153.92
155.09
148.06
152.78
153.79
DM-2
0+575.267
148.53
152.16
153.23
147.71
151.54
152.48
DM-3
1+449.772
145.40
149.14
150.34
144.52
147.93
148.77
DM-4
2+082.514
141.80
147.16
148.45
141.58
144.84
146.09
DM-5
2+972.094
137.80
143.13
144.42
137.45
142.67
144.32
DM-6
3+413.560
137.71
142.23
143.51
136.88
141.86
143.49
DM-7
3+973.832
135.44
140.41
141.66
135.15
138.85
140.20
DM-8
5+082.193
130.84
135.32
136.33
127.41
134.03
135.07
DM-9
6+238.351
125.50
131.77
132.89
124.40
130.33
131.40
DM-10
7+114.920
121.80
128.56
129.84
121.57
127.71
128.80
DM-11
7+952.259
119.20
125.10
126.43
119.21
124.43
125.34
DM-12
8+636.011
116.71
122.39
123.70
116.99
120.57
121.66
DM-13
9+163.236
115.10
120.64
121.93
114.60
118.38
119.63
DM-14
10+154.476
112.70
116.84
118.08
111.39
115.63
116.83
DM-15
10+923.672
109.60
113.03
114.13
109.22
113.08
114.07
DM-16
11+924.087
105.80
110.12
111.35
105.42
109.94
111.07
DM-17
12+995.613
102.58
106.96
108.16
101.96
106.90
108.11
DM-18
13+786.325
99.69
104.55
105.53
98.78
104.35
105.22
DM-19
14+847.154
95.56
99.72
100.60
94.75
99.40
100.27
DM-20
15+913.509
91.75
96.82
97.75
91.40
96.20
97.09
DM-21
16+509.479
91.26
95.30
96.18
91.40
95.10
95.84
DM-22
17+502.426
86.98
93.08
93.89
86.91
91.21
92.07
DM-23
18+508.810
86.09
89.67
90.13
83.42
87.25
87.91
DM-24
19+409.905
81.39
84.89
85.68
81.40
84.32
85.32
DM-25
20+202.280
77.44
82.29
83.31
77.44
81.29
82.64
DM-26
20+824.701
73.15
79.60
80.89
74.50
78.61
79.69
DM-27
21+423.990
69.89
75.48
77.25
71.00
75.03
76.28
DM-28
23+251.630
66.64
71.74
72.49
64.18
70.24
71.36
DM-29
24+412.480
65.99
68.10
68.59
63.15
68.16
69.24
DM-30
26+126.013
53.62
57.48
58.54
55.34
58.35
59.53
DM-31
27+877.993
48.98
51.81
52.41
47.61
50.89
51.47
DM-32
29+293.391
44.45
47.76
48.32
44.45
47.69
48.23
图2.5-1xx10年一遇、20年一遇水面线
3工程地质
3.1概述
根据工程实际情况，本阶段勘察工作主要是收集、分析已有地质资料，结合现场查勘来完成。
地质资料主要参考xx上最近所建道路、桥梁等邻近工程地质勘察成果。
本项工作主要执行以下规范：
1）《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-99）
2）《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）
3）《北京地区建筑地基基础勘察设计规范》（DBJ01-501-92）
4）《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）
3.2区域构造背景与场地地震效应
工程区在大地构造上位于华北断块的西北部，处于次级断块构造太行断块和冀鲁断块的交接部位。
总体看，工程区受不同构造体系的影响，经受了多次复杂的构造运动，形成了本区独特的地质构造形迹，并控制了岩浆活动、变质作用以及地层的分布特征。
近场区内存在北东向和近南北向的区域性断裂，均隐伏于第四系冲洪积物之下，其最新活动主要为新第三纪。
第四纪特别是晚更新世以来没有活动迹象。
场区30km范围内，历史震级上限为东部地区1057年北京南6
级地震，1970年以来，无4级以上地震。
根据《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001）附录A“我国主要城镇抗震设防烈度、设计基本地震加速度和设计地震分组”及2002年2月2日发布的《中国地震动峰值加速度区划图》（GB18306－2001图A1），工程区设计地震分组为第一组，地震基本烈度为Ⅷ度，地震动峰值加速度值为0.20g。
3.3工程区工程地质评价
3.3.1地形地貌
xx为大清河水系北拒马河支流，属于海河流域。
本次治理河段地处北京西部山区和永定河冲积平原交汇处，工程区地貌可划分为西部山地和东部平原两个大的地貌单元。
山区段河流两岸为低山和丘陵地貌，高程在20
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