黄龙渠初步设计报告.docx
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黄龙渠初步设计报告
1水文
1.1流域概况
黄龙渠位于临颍县中部，上游西起老颍河，流经杜曲、城关、瓦店、三家店四乡镇后注入清异河。
河道全长27.4km，流域面积203.7km2。
属平原地貌，地势由西向东倾斜,自然坡度为1/3000-1/4000，地面高程在58.5-60.5m，平均地面比降为1/3500。
黄龙渠水系示意图见图2-1。
表2-1黄龙渠主要支流
名称
汇入点
河长（km）
流域面积（km2）
青阳渠支流
28+650
24.9
48.1
1.2水文气象
黄龙渠所在区域属北温带季风型大陆性气候，四季分明、气候温和、雨量适中。
多年平均气温14.5℃,年积温5259.2℃,年极端最高气温43.4℃,年极端最低气温零下13℃,多年平均日照2365.3小时,日照率为54%,无霜期225天,年平均降水量741mm,年最大降水量1118.2mm,年最小降水量375.9mm,汛期多年平均降水量为465.3mm,占全年降水量的62.8%,多年平均陆面蒸发量为610mm,多年平均地表径流131.5mm,多年平均水面蒸发量1117mm,干旱指数1:
51。
流域内全年降水量分布不均，汛期（6-9月份）因受夏季季风的影响，水气充沛，降雨集中，经常发生大暴雨，多年平均汛期雨量为499.3mm,占全年降水量的62.2%，3-5月份多年平均雨量为169.5mm，占全年降水量的21.1%,10月份至次年2月份多年平均降水量为134.2mm,占全年降水量的16.7%,夏季降雨集中，雨量大，历时长，一遇暴雨，极易造成洪灾。
1.3设计洪水分析
由于研究区域无实测径流资料，本次设计按照《河南省水利工程水文计算常用图》对黄龙渠水文进行分析计算。
1.3.1设计暴雨
查《河南省水利工程水文计算常用图》确定各时段年最大降水量均值及离差系数，按Cs=3.5Cv，查PⅢ型曲线得各时段不同频率设计点雨量如表2-2。
表2-2不同重现期最大24h设计点雨量表
时段
参数
不同重现期设计雨量（mm）
H
Cv
Cs/Cv
50年
20年
10年
5年
24小时
该研究区域流域面积较小，故无需进行点面折算，直接采用设计点雨量作为设计面雨量。
1.3.2设计洪水
设计暴雨由暴雨图集中查取，排涝洪峰流量利用平原区排涝模数公式计算。
根据河流的产汇流条件，对黄龙渠各设计断面排涝流量进行计算，计算公式采用平原区排水模数公式：
式中：
Q—设计洪峰（m3/s）；
K—峰量系数，取0.035；
F—汇水面积（km2）；
R—设计净雨（mm），由暴雨图集查降雨径流相关图获取；
a—综合折减系数。
各设计断面汇流区域内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2-3。
表2-3综合折减系数表
重现期（年）
5
10
20
50
a
1.00
0.90
0.80
0.70
（1）研究区域流域面积较小，汇流时间短，经分析，选用最大24小时暴雨进行分析计算较为合理。
经水文计算，得5年一遇设计频率最大24小时暴雨量P=134mm；20年一遇设计频率最大24小时暴雨量P=198mm；
（2）查《河南省水利工程水文计算常用图》，5年一遇设计频率采用Pa=Im/2=50mm；10年及20年一遇采用Pa=2Im/3=75mm；50年一遇采用Pa=Im=100mm。
（3）径流深R：
根据设计频率、最大24小时暴雨量、前期影响雨量，查《河南省水利工程水文计算常用图》中“降雨径流关系曲线第Ⅳ线型”，查得径流深（查平原区）如表2-4。
由于本次规划的河流较长，且各规划段的下垫面特性差别较大，沿程有支流汇入处流量变化较大，故将规划河流按支流汇入情况分为多段进行排涝分析。
各控制断面以上的汇流面积由航测图量取，设计排涝流量成果见表2-5。
表2-4设计最大24h净雨成果表
重现期
50年
20年
10年
5年
P（mm）
239
198
167
134
Pa（mm）
100
75
75
50
P+Pa（mm）
339
273
242
184
R（mm）
175
140
122
78
表2-5黄龙渠最大24h设计排涝流量计算成果表
桩号
流域面积
（km2）
不同重现期设计流量（m3/s）
50年
20年
10年
5年
21+610
22
28+650
145.8
31+800
203.7
1.3.3施工期设计洪水
黄龙渠流域内径流资料缺乏，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。
周庄水文站位于颖河支流汾河下游周庄境内，集水面积1320km2，径流资料齐全，与研究区域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。
黄龙渠河道治理工程工期为8个月，从09年9月份至次年4月份，河道主槽疏浚工程工期为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2-6），进行频率分析计算，设计流量成果表详见表2-7。
表2-6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）
1979-1980
11.7
1987-1988
3.5
2000-2001
13.9
1980-1981
23.6
1988-1989
26.4
2001-2002
12.9
1981-1982
3.8
1989-1990
30.6
2002-2003
40.8
1982-1983
5.38
1990-1991
55
2003-2004
76
1983-1984
12.6
1991-1992
8.9
2004-2005
74.5
1984-1985
13.5
1992-1993
0
2005-2006
29.3
1985-1986
58
1993-1994
0
2006-2007
15.6
1986-1987
99.7
1994-1995
14.6
表2-7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）
Q
Cv
Cs/Cv
20年
10年
5年
3年
经水文比拟法计算，黄龙渠施工期设计洪水成果见表2-8。
表2-8黄龙渠施工期五年一遇设计洪水
桩号
流域面积
（km2）
不同重现期设计施工期洪水（m3/s）
20年
10年
5年
3年
21+610
22
28+650
145.8
31+800
203.7
黄龙渠河道治理工程为小型工程，施工期设计洪水采用五年一遇.
2工程任务与规模任务
2.1工程任务
本次规划工作的主要任务为：
1、根据《防洪标准》及现行的《堤防工程设计规范》，本次规划黄龙渠防洪标准为20年一遇，除涝标准达到5年一遇，进行综合治理。
一是对河槽加宽加深，二是对境内黄龙渠段堤防进行全线培堤，加高加固现有堤防，三是维修现有工程设施。
2、为促进本县流域经济社会的发展，维护河流健康，加强对黄龙渠临颍段的管理，既要强化相应的建设管理机构，又要多方筹措资金用于河道的养护。
2.2工程规模
通过重点地区中小河流的近期治理，使黄龙渠的防洪能力得到增强、流域所涉及的主要乡镇，基本设施，基本农田等防洪保护对象的防洪标准有较大提高。
本次河道治理范围为：
上游自龙堂闸（桩号4+400）起，下游至清异河入口（桩号31+800），全长27.4km。
本次黄龙渠治理的工程内容主要包括：
（1）27.4km（桩号4+400～31+800）长河道疏浚、扩挖工程和40.8km，堤防加固（桩号4+400～24+800）工程；
（2）6座涵闸维修加固（瓦店闸、南江东闸、南江西闸、罗庄闸、卜庄闸及崔庄闸等），新建7座涵闸（大墓罗闸、刑庄闸、北关闸、十里头闸、后徐闸、尚庄闸及崔庄闸等）等；（3）桥梁维修25座，拆除重建桥梁7座（小郑庄桥、罗庄桥、环乡路桥、叶庄桥、东关桥、北街桥及樱桃郭桥）。
根据黄龙渠流域防洪保护区的重要性及未来发展预测，依据<防洪标准>等规范要求，并参考其上一级河道的防洪标准，确定黄龙渠的规化治理标准为20年一遇，排涝标准达到5年一遇。
根据《防洪标准》（GB50201-94）、《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）和《堤防工程设计规范》（GB50286-98）等有关规范的规定，黄龙渠河道治理工程属三等工程，堤防级别为Ⅳ级，主要建筑物按Ⅲ级建筑物设计，次要建筑物按Ⅳ级建筑物设计，临时建筑物按Ⅴ级建筑物设计。
3工程设计
3.1工程等别
根据《防洪标准》（GB50201-94）、《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）和《堤防工程设计规范》（GB50286-98）等有关规范的规定，黄龙渠河道治理工程属三等工程，堤防级别为Ⅳ级，主要建筑物按Ⅲ级建筑物设计，次要建筑物按Ⅳ级建筑物设计，临时建筑物按Ⅴ级建筑物设计。
3.2设计依据
3.2.1主要规程规范
1）《防洪标准》（GB50201-94，国家技术监督局、中华人民共和国建设部）；
2）《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000，中华人民共和国水利部）；
3）《堤防工程设计规范》（GB50286-98，国家技术监督局、中华人民共和国建设部）；
4）《堤防工程管理设计规范》（SL171-96）；
5）《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）；
6）《水工混凝土结构设计规范》（SL/T191-96）；
7）《砌体结构设计规范》（GB50003-2001）；
8）《水利水电工程设计工程量计算规定》（SL328-2005）；
9）《水闸设计规范》（SL265—2001）；
10）其它相关的规范、规程、标准及文件。
3.2.2有关文件和资料
1）《临颍县黄龙渠近期治理建设规划报告》（临颍县水利局）；
2）临颍县水利局提供的河道平面图及纵、横断面测量图。
3）其它有关河道管理、规划、设计的资料。
3.3设计原则
根据黄龙渠的特点，本次黄龙渠治理工程应贯彻“全面规划、统筹兼顾、标本兼治、综合治理”的原则，以防洪除涝为主，兼顾上下游和左右岸关系。
本次设计对严重影响汛期行洪的全段河段进行疏浚治理，对面上积水严重，无法汇入黄龙渠的排水沟新建穿堤排水涵闸。
3.4工程设计
3.4.1堤防工程设计
由于本次黄龙渠治理范围内上游现状没有堤防，但为了汛期安全，本次设计堤防。
（1）堤身土料填筑标准
黄龙渠堤身填筑时，按照经济实用、就地取材、便于施工，并满足防汛和管理的要求，选用河道开挖土筑堤。
在土质的选用上应优先选用亚粘土，粘粒含量为15～30%，塑性指数为10～20，且不得含植物根茎、砖瓦垃圾等杂质。
如果所用土料含水率高且粘粒含量过多，则应采取相应的处理措施。
土料填筑标准为压实度不小于0.92。
（2）堤顶高程确定
河道两岸高程防洪要求，为20年一遇设计洪水位加超高。
超高计算采用《堤防工程设计规范》（GB50286—98）中6.3.1式：
式中Y——堤顶超高（m）；
R——设计波浪爬高（m），按莆田实验站公式计算平均爬高；
k△——斜坡的糙率渗透系数，根据护面类型查草皮护坡为0.85～0.90，取0.9；
kw——经验系数，由风速W、坡前水深H、重力加速度组成的无维量，取1.23；
K——综合摩阻系数，取3.6×10-6；
V——设计风速，取汛期多年平均最大风速的1.5倍，汛期多年平均最大风速为15.2m/s，则V=22.8m/s；
F——吹程，最长弯道之间长度500m；
D——平均水深；
β——风向与垂直堤轴线的法线的夹角，β=0；
A——安全超高，按不允许越浪情况取为0.6m。
经计算，黄龙渠堤顶超高为xxxm，设计时取为xxxm。
（3）堤防结构设计
根据《堤防工程设计规范》（GB50286—98），本工程为4级堤防，设计堤顶高程为20年一遇洪水位加1.0m超高，堤顶宽3.0m，并向外侧倾斜，坡度为2%，堤防内侧边坡为1：
2.0，外侧边坡为1：
2.0。
另外，本次设计对40.8km堤顶路面（4+400~24+800）进行整治，堤顶路面采用泥结石路面（厚15cm），路面宽2.5m。
3.4.2河道工程设计
3.4.2.1河底比降设计
根据临颍县水利局2008年提供的河道测量成果进行分析，在保证河道行洪安全的情况下，以河道挖方量最小的原则确定河道比降。
经最终分析研究确定黄龙渠的比降如下：
桩号4+400～6+000之间河底比降为0.0018，桩号6+000～21+600之间河底比降为0.00053，桩号21+600～31+800之间河底比降为0.00044。
3.4.2.2河道横断面设计
河道横断面设计是河道治理的重要内容，在河道横断面设计时主要考虑满足河道的防洪除涝要求。
为了确定最佳的河道断面，本次进行了三种方案的必选：
方案一、梯形断面。
梯形断面占地较小，结构简单实用，是中小河道常用的断面形式。
在河道两岸保护范围内，设置保护带，防止岸边边坡耕作，便于河道管理，确保堤防安全。
方案二、复式断面。
复式断面适用于河滩较开阔的河道。
枯水期流量小，水流在中槽主河道。
洪水期流量大，允许洪水漫滩，过水断面大，洪水位低，不需要修建高大的防洪堤。
方案三、矩形断面。
矩形断面占地少，挖方量小，是河道使用较多的形式，但由于矩形断面需筑挡土墙，因而投资大，施工相对困难，因而在条件允许的情况下尽量不采用。
通过方案对比，结合黄龙渠的特点推荐采用方案一。
本次设计黄龙渠采用梯形断面，桩号4+400～6+000之间河底宽4.0m，桩号6+000～6+200之间河底宽度由4.0m渐变至6.0m；桩号6+200～21+600之间河底宽6.0m，桩号21+600～21+800之间河底宽度由6.0m渐变至8.0m；桩号21+800～28+600之间河底宽8.0m，桩号28+600～28+800之间河底宽度由8.0m渐变至10.0m；桩号28+800～31+800之间河底宽10.0m。
河道两岸边坡均为1：
2.0。
3.4.2.3河道设计过流能力计算
河道过流能力按明渠均匀流进行计算，公式如下：
ν=Q/A
式中Q——设计流量（m3/s）；
A——过水断面面积（m2）；
C——谢才系数（m2/s）；
i——水力坡度；
R——水力半径（m）；
b——设计渠底宽度（m）；
h——设计水深（m）；
χ——湿周（m）；
n——渠道糙率，参照《水工设计手册》第一册选取为0.03；
m——边坡系数；
ν——流速（m/s）。
黄龙渠过流能力计算结果见表5-1。
表5-1黄龙渠设计过流能力计算成果表
河名
桩号
5年一遇
20年一遇
流量（m3/s）
流速
（m/s）
流量（m3/s）
流速
（m/s）
黄龙渠
21+600
27.73
1.05
39.82
1.14
28+650
114.55
1.39
164.48
1.54
31+800
147.2
1.48
211.36
1.63
3.4.2.4河道水面线推求
河道水面线采用水力学中明渠恒定非均匀渐变流水面线计算法计算，公式如下：
ｆ（Zu）＝Zu+（α+ξ）Q2/（2gAu2）-ΔSQ2/（2Ku2）
Ψ（Zd）＝Zd+（α+ξ）Q2/（2gAd2）+ΔSQ2/（2Kd2）
式中ｆ（Zu）——上游断面水位函数；
Ψ（Zd）——下游断面水位函数；
Zu——上游断面水位；
Zd——下游断面水位；
α——动能修正系数；
ξ——局部水头损失系数；
Q——流量（m3/s）；
g——重力加速度；
Au——上游断面面积（m2）；
Ad——下游断面面积（m2）；
ΔS——断面间距（m）；
Ku——上游断面流量系数；
Kd——下游断面流量系数；
Ku、Kd取值：
式中参数含义同明渠均匀流公式。
起始端水位采用黄龙渠入清异河处的规划水位，5年一遇水位为53.20m，20年一遇水位为55.31m。
黄龙渠水力要素见5-2。
表5-2黄龙渠治理工程水力要素表
河名
控制地点
桩号
除涝断面设计
防洪断面设计
河线距（m）
5年除涝水位（m）
底宽（m）
边坡
河底
比降
设计河底（m）
20年防洪水位（m）
边坡
堤顶高程（m）
堤顶宽（m）
黄龙渠
老颍河
4+400
64.06
67.51
1600
4
1：
2
0.00018
1：
2
3
6+000
61.14
64.61
15600
6
1：
2
0.00053
1：
2
3
21+600
52.89
56.81
7000
8
1：
2
0.00044
1：
2
3
28+600
49.83
55.49
3200
10
1：
2
0.00044
1：
2
3
清异河口
31+800
48.43
56.31
不同控制点水位计算结果详见表5-3。
表5-3黄龙渠水力要素设计成果
桩号
设计河底
5年除涝水位
20年除涝水位
设计堤顶高程
4
+
400
64.06
4
+
600
63.70
4
+
800
63.33
5
+
0
62.97
5
+
200
62.60
5
+
400
62.24
5
+
600
61.87
5
+
800
61.51
6
+
0
61.14
6
+
200
61.03
6
+
400
60.93
6
+
600
60.82
6
+
800
60.72
7
+
0
60.61
7
+
200
60.51
7
+
400
60.40
7
+
600
60.29
7
+
800
60.19
8
+
0
60.08
8
+
200
59.98
8
+
400
59.87
8
+
600
59.77
8
+
800
59.66
9
+
0
59.55
9
+
200
59.45
9
+
400
59.34
9
+
600
59.24
9
+
800
59.13
10
+
0
59.02
10
+
200
58.92
10
+
400
58.81
10
+
600
58.71
10
+
800
58.60
11
+
0
58.50
11
+
200
58.39
11
+
400
58.28
11
+
600
58.18
11
+
800
58.07
12
+
0
57.97
12
+
200
57.86
12
+
400
57.76
12
+
600
57.65
12
+
800
57.54
13
+
0
57.44
13
+
200
57.33
13
+
400
57.23
13
+
600
57.12
13
+
800
57.01
14
+
0
56.91
14
+
200
56.80
14
+
400
56.70
14
+
600
56.59
14
+
800
56.49
15
+
0
56.38
15
+
200
56.27
15
+
400
56.17
15
+
600
56.06
15
+
800
55.96
16
+
0
55.85
16
+
200
55.75
16
+
400
55.64
16
+
600
55.53
16
+
800
55.43
17
+
0
55.32
17
+
200
55.22
17
+
400
55.11
17
+
600
55.01
17
+
800
54.90
18
+
0
54.79
18
+
200
54.69
18
+
400
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