汾河初设报告.docx

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汾河初设报告

1气象水文

1.1流域概况

1.1.1地理位置、地形、地貌

汾河项目区位于漯河市召陵区，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。

汾河流域内地势由西北向东南方向倾斜，自然坡降上游段较陡约1/3500，下游段较缓1/4600，海拔高程在58.3-50.1m之间，属平原洼地，北部局部为岗区，海拔86m。

1.1.2河流水系

汾河在召陵区中部穿境而过，全长120.8km，总流域面积1598km2，属于汾泉河水系，南与洪汝河水系毗邻，北边为沙颍河水系。

汾河发源于漯河市召陵区翟庄乡柳庄村，流经召陵区区翟庄、姬石、召陵、邓襄、万金、青年等6乡镇，长28.5Km，流域面积210Km2，主要支流有幸福河、汾河支流、西白马沟。

其中幸福河在青年乡朱庄西（桩号0+800）汇入汾河，流域面积15km2，流量10m3/s，其断面以上流域面积为210km2；汾河支流位于汾河本干北部，主要排泄姬石、召陵、老窝、青年等乡镇农田涝水，其长度19.5km，在青年乡朱庄（桩号1+200）汇入汾河，流域面积73km2，设计流量40m3/s，其断面以上流域面积为195km2；西白马沟位于我召陵区中南部，主要排泄万金、青年两乡镇大部涝水，长10.5km，在青年乡河崔（桩号4+900）汇入汾河，流域面积31km2，流量Q=25m3/s，其断面以上流域面积为122km2。

图2-1召陵区汾河流域水系图

1.2河道概况

汾河在1972年按五年一遇除涝标准进行了疏浚，设计流量为150m3/s。

汾河现有河道长28.5Km，桥梁25座，涵闸1座，下游有7Km长（桩号0+000～7+000）堤防，高2.2-2.5m，顶宽2.5-3m，内外坡比1：

2。

现经运行二十多年，河道连年淤积，过水断面减小，无法保证区域内涝水及时排出，造成流域内涝灾现象十分严重。

据不完全统计自1988-2005年出现年均13.5万亩涝灾现象，2000年近5.5万亩耕地绝收。

幸福河退水闸建成后发挥极大作用，但因年久失修，损坏严重，启闭机无法启闭，启闭机梁、闸门、消力段损坏已无法正常使用。

原配套桥梁，年久失修，损毁较重，又加上耕作机械越来越多，桥梁近几年损毁更加严重，已有5处桥梁进行了重建，11座桥梁已无维修价值，其余9座需整修或重建，以满足当地农业生产及生活需要。

1.3气象、水文特征

1.3.1气候特征

汾河流域位于亚热带向暖温带过渡地带，属于大陆性季风气候，年平均气温14.6℃，年极端最高气温43.1℃，年极端最低气温-15℃；年平均日照2291小时，无霜期220天。

年多年平均水面蒸发量（E601）为1120毫米。

多年平均干旱指数1.35，多年平均陆面蒸发量为663.5mm。

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2.8m/s，平均值3月份最大为3.3m/s，8月份最小为2.2m/s，瞬间最大风速为25m/s，一般风速不超过3.4m/s。

1.3.2暴雨特征

汾河流域冷暖气团交替非常频繁。

当夏季风的暖气流登陆北上，与北方南下的冷空气相遇时，形成锋面雨。

降水范围大，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。

汾河流域降水时空分布很不均匀，灾害性天气较多，经常发生春旱秋涝，旱涝交替的现象。

多年平均年降水量802.7mm，降水量年内分配极不均匀，汛期（6-9月份）雨量占全年降水量的62.2%，3-5月份占全年降水量的21.1%，10月至次年2月为年降水量的16.7%。

降水量年际变化大，据1952—1986年水质料统计，最大年降水量为最小年降水量的3.78倍。

冬季降水量占全年降水量很少。

1.3.3洪水特性

汾河是召陵区的主要排涝河道，处于召陵区低洼易涝区，由于汾河防涝标准低，在汛期经常处于高水位，排涝河道入汾河时受汾河河水顶托，不仅内涝积水难以排入汾河，而且极易受汾河洪水倒灌，造成更加严重的洪涝灾害。

根据1995年至2005年11年统计资料显示，该区几乎年年受灾，其中受灾面积在15万亩以上的灾害5次，其它年份受灾面积最少的也有3.3万亩。

1.4设计流量

1.4.1设计流量

2.4.1.1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》），按汾河流域所在位置，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设计面雨量表

河名

历时（h）

参数

不同频率（%）设计面雨量

Cv

Cs/Cv

2

5

10

20

汾河

24

103

0.48

3.5

242

201

169

136

2.4.1.2设计洪峰流量

汾河流域较小，召陵区水系无实测水文资料，故本次规划采用平原区排水模数公式进行洪水分析。

（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+Pa～R曲线图查得，Pa为设计前期影响雨量，50年一遇以上暴雨Pa=Imax，5～20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（%）

2

5

10

20

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）

5

10

20

50

综合折减系数a

1.00

0.9

0.8

0.7

本次汾河治理河道主要支流有三条：

西白马沟、汾支、幸福河。

西白马沟支流入汾河口处桩号为：

4+900，流域面积31km2，其断面以上流域面积为122km2；汾支入汾河口处桩号为1+200，流域面积73km2，其断面以上流域面积为195km2；幸福河支流入汾河口处桩号为0+800，流域面积15km2，其断面以上流域面积为210km2。

其他桩号及汇流面积、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

河流控制断面

桩号

汇流面积

（km2）

不同重现期（年）设计洪峰流量（m3/s）

20

10

5

公路桥

21+200

27.5

皇甫店

17+300

43.3

荒庄

12+400

63.1

西白马沟入汾河口处

4+900

122

汾支入汾河口处

1+200

195

幸福河排涝闸处

0+800

210

1.5施工期设计流量

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：

；

，

——设计流域的非汛期和汛期的洪峰流量，m3/s；

，

——参政流域的非汛期和汛期的洪峰流量，m3/s；

K——修正系数。

周庄水文站位于颍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。

汾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）

1979-1980

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2.5-2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）

Q

Cv

Cs/Cv

20年

10年

5年

3年

表2.5-3汾河口施工期设计洪水

河流控制断面

桩号

汇流面积

（km2）

不同重现期（年）设计洪峰流量（m3/s）

20

10

5

公路桥

21+200

27.5

皇甫店

17+300

43.3

荒庄

12+400

63.1

西白马沟入汾河口处

4+900

122

汾支入汾河口处

1+200

195

幸福河排涝闸处

0+800

210

2工程任务与规模

2.1工程现状及存在的问题

2.1.1工程现状

汾河在1972年进行过治理，经过近四十多年的运行，河道严重淤积，过流断面明显减小。

汾河全长28.5km，仅下游0+000～7+000有7km长堤防，堤防高在2.2～2.5m之间，顶宽2.5～3m，内外坡约为1：

2。

防洪标准不足10年一遇，现有涵闸桥梁大多年久失修，缺乏管理，已不能很好发挥作用。

2.1.2存在问题

工程标准低、质量差、年久失修、不配套、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，彻底根治汾河。

2.2工程任务

针对汾河存在问题，采取的措施：

一是河道疏浚；二是改建、新建涵闸。

因此本次汾河治理的工程内容主要包括：

（1）28.0km长河道疏浚及扩挖工程（桩号0+000～28+000）；

（2）改建涵闸1座（幸福河排涝闸），新建涵闸两座（汾支闸、西白马沟闸）；（3）8座桥梁重建，1座桥梁维修等。

2.3工程规模

根据《防洪标准》（GB50201-94），结合汾河防洪工程现状，依据保护的对象的重要性及经济发展趋势，确定汾河有堤防段（桩号0+000～7+000）治理采用20年一遇防洪标准，5年一遇除涝标准；无堤防段按5年一遇除涝标准治理（桩号7+000～28+000）。

3工程设计

3.1工程等别

根据《防洪标准》（GB50201-94）、《堤防工程设计规范》（GB50286-98），汾河堤防等别为4等，建筑物级别为4级，临时工程为5级。

3.2设计依据

3.2.1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。

3.2.2有关文件和资料

《召陵区汾河近期治理建设规划报告》召陵区水利局2008.8。

3.3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。

3.4工程设计

3.4.1河道工程设计

河道工程设计主要包括28.0km长河道疏浚及扩挖工程（桩号0+000～28+000）。

2.4.1.1河道水面线推求

（1）水面线计算

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。

（2）起始水位确定

汾河为汾泉河的上游段，水面线的推求应采用下游某控制河段水位向上推求。

一九七二年河南省周口、许昌、驻马店共同编制了泉河干支流扩大初步设计书，并以此为依据对河道进行了治理。

但该次治理后运行至今已近40年，其间未进行系统的整治，目前河道淤积严重，按七二年设计资料作为水面线推求的控制数据是不合理的。

本次工程治理范围为召陵区汾河全段，因此，选取召陵区汾河出口处以下800m处较顺直的河段，采用实测断面，用恒定均匀流公式计算其水位，作为水面线推算的起始水位。

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；

（3）水面线推算成果

采用按照5.4.1.3节拟定的疏浚断面推求水面线，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（桩号-0+800）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汾河该段设计水位，详见表5.4-1。

由表中数据对比可知，清淤后河道出口处不会由于壅高水位影响两岸。

表5.4-1水面线计算成果表

桩号

（m）

5年一遇流量（m3/s）

20年一遇流量（m3/s）

设计河底高程

（m）

底宽

（m）

边坡

比降

复式断面下部深（m）

平台宽

（m）

清淤后5年一遇水位

（m）

清淤后20年一遇水位

（m）

0+000

45.26

37

2

1/3000

3.5

4

0+200

45.33

37

2

1/3000

3.5

4

0+400

45.39

37

2

1/3000

3.5

4

0+600

45.46

37

2

1/3000

3.5

4

0+800

45.53

35

2

1/3000

3.5

5

1+000

45.59

35

2

1/3000

3.5

5

1+200

45.66

25

2

1/3000

3.5

5

1+400

45.73

25

2

1/3000

3.5

5

1+600

45.79

25

2

1/3000

3.5

5

1+800

45.86

25

2

1/3000

3.5

5

2+000

45.93

25

2

1/3000

3.5

5

2+200

45.99

25

2

1/3000

3.5

5

2+400

46.06

25

2

1/3000

3.5

5

2+600

46.13

25

2

1/3000

3.5

5

2+800

46.19

25

2

1/3000

3.5

5

3+000

46.26

25

2

1/3000

3.5

5

3+200

46.33

25

2

1/3000

3.5

5

3+400

46.39

25

2

1/3000

3.5

5

3+600

46.46

25

2

1/3000

3.5

5

3+800

46.53

25

2

1/3000

3.5

5

4+000

46.59

25

2

1/3000

3.5

5

4+200

46.66

25

2

1/3000

3.5

5

4+400

46.73

25

2

1/3000

3.5

5

4+600

46.79

25

2

1/3000

3.5

5

4+800

46.86

25

2

1/3000

3.5

5

5+000

46.93

15

2

1/3000

4.16

/

5+200

46.99

15

2

1/3000

4.16

/

5+400

47.06

15

2

1/3000

4.16

/

5+600

47.13

15

2

1/3000

4.16

/

5+800

47.19

15

2

1/3000

4.16

/

6+000

47.26

15

2

1/3000

4.16

/

6+200

47.33

15

2

1/3000

4.16

/

6+400

47.39

15

2

1/3000

4.16

/

6+600

47.46

15

2

1/3000

4.16

/

6+800

47.53

15

2

1/3000

4.16

/

7+000

47.59

15

2

1/3000

4.16

/

7+200

47.66

15

2

1/3000

4.16

/

7+400

47.73

15

2

1/3000

4.16

/

7+600

47.79

15

2

1/3000

4.16

/

7+800

47.86

15

2

1/3000

4.16

/

8+000

47.93

15

2

1/3000

4.16

/

8+200

47.99

15

2

1/3000

4.16

/

8+400

48.06

15

2

1/3000

4.16

/

8+600

48.13

15

2

1/3000

4.16

/

8+800

48.19

15

2

1/3000

4.16

/

9+000

48.26

15

2

1/3000

4.16

/

9+200

48.33

15

2

1/3000

4.16

/

9+400

48.39

15

2

1/3000

4.16

/

9+600

48.46

15

2

1/3000

4.16

/

9+800

48.53

15

2

1/3000

4.16

/

10+000

48.59

15

2

1/3000

4.16

/

10+200

48.66

15

2

1/3000

4.16

/

10+400

48.73

15

2

1/3000

4.16

/

10+600

48.79

15

2

1/3000

4.16

/

10+800

48.86

15

2

1/3000

4.16

/

11+000

48.93

15

2

1/3000

4.16

/

11+200

48.99

15

2

1/3000

4.16

/

11+400

49.06

15

2

1/3000

4.16

/

11+600

49.13

15

2

1/3000

4.16

/

11+800

49.19

15

2

1/3000

4.16

/

12+000

49.26

15

2

1/3000

4.16

/

12+200

49.33

15

2

1/3000

4.16

/

12+400

49.39

12

2

1/3000

3.76

/

12+600

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50.