灰河治理工程初步设计报告.docx
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灰河治理工程初步设计报告
存档编号
华北水利水电大学
NorthChinaUniversityofWaterResourcesandElectricPower
毕业论文
题目河南省舞阳县灰河
治理工程水文计算
学院水利学院
专业水文与水资源工程
姓名张涛
学号201103310
指导教师和吉陈海涛
完成时间
教务处制
独立完成与诚信声明
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导师签名:
签字日期:
签字日期:
摘要:
本文就舞阳县境内灰河河道的工程治理中的水文分析计算做了详细的计算
1气象水文
1.1流域概况
1.1.1地理位置、地形、地貌
沙河、澧河横贯舞阳全境,灰河、泥河、唐河、骂子河、卷河、干江河等流域覆盖舞阳全境,境内地势总体西高东低,地形分岗区、平原、洼地。
舞阳县土壤系西南山前坡积、堆积和河流冲积土。
据资料显示:
全县土壤计分4个土类,7个亚类,13个土层,26个土种。
分布广泛的土种主要有粘性土和砂性土。
1.1.2河流水系
灰河古称昆水,又名万泉河,发源于鲁山县楼桃山,流经鲁山、叶县于舞阳县章化乡湾杨村入境,经章化乡、北舞渡镇,至北舞渡镇汇入沙河。
北舞渡镇有灰河拦河闸一座。
用于向灰河灌区提供灌溉水源。
1.2河道概况
灰河防洪标准不足二十年一遇,河床宽20m,河深10m左右,河床比降为1/5000,现有堤防16.2km,堤顶宽3m左右,堤高不足3m。
现有涵闸6座(需维修),拦河闸1座(需维修)。
灰河河道现状存在的问题具体表现在:
①河道工程包括堤防、涵闸、桥梁、疏浚等项目绝大部分为上世纪五、六十年代所建,由于运行时间较长,运行次数频繁,加上运行期间整修加固的力度较小,致使河槽堤防、涵闸、桥梁等工程均遭受了不同程度的损坏和损毁。
②河槽淤积严重,过水断面减小。
③过堤涵闸上下游连接段损坏,钢闸门板变形,钢筋砼闸门板几何图形不完整,止水损坏,启闭机锈蚀。
④跨河桥梁宽度较小,设计荷载标准较低,桥面板和桥墩、拦杆都有严重损坏。
⑤堤防受雨水常年冲刷,堤顶高程降低,顶部缩窄,边坡冲刷严重。
1.3流域概况
灰河古称昆水,又名万泉河,发源于鲁山县楼桃山,流经鲁山、叶县于舞阳县章化乡湾杨村入境,经章化乡、北舞渡镇,至北舞渡镇汇入沙河。
全流域面积506km2,舞阳境内流程9.169km。
灰河流域水系情况见图2-1。
表2-1灰河主要支流
桩号
名称
起止地点
河长(km)
流域面积
(km2)
0+650
湾李沟入口
章化郭庄~湾李
6
12
1+200
朱左沟入口
章化魏楼~朱左
6
5.3
3+110
岭谢沟入口
章化榆林~王桥
4.5
3.5
3+160
湾刘沟入口
马村黄林~北舞渡湾刘
4
6
4+100
塚张沟入口
北舞渡西魏~塚张
3
3
1.4水文气象
舞阳属温带大陆性季风气候,温暖多雨,光照充足,四季分明,夏季多偏南风,冬季多偏北风。
由于季风河流的转换,四季气温高低,降水多不同。
常发生涝灾和旱灾。
一般旱灾多于涝灾。
舞阳多年平均气温14.8℃,最高气温43,8℃,最低气温-16℃,平均日照2278小时,无霜期220天;平均年降雨量812.8毫米,年际分配不均,最高年降雨量1373.6毫米(1975年马湾站),最低年降雨量401.2毫米(1966年,何口站),年降雨量变差系数Cv值为0.245,年内分配亦不均匀,6~9月份占全年平均降雨量的60.7%,年均径流量208毫米,6~9月份占全年平均径流量的79%。
平均水蒸发量为1120毫米,干旱指数r=1.38,陆面蒸发(假定地下水无越流渗透)605毫米,舞阳属季风气候,夏季、受太平洋高温高湿控制,多偏南风,冬季,受西伯利亚冷高压控制,多偏北风,春、秋季为季风转换的过渡季节,风向变化无常。
图2-1灰河流域水系示意图
1.5设计洪水分析
由于工程区无实测径流资料,本次设计按照2005年《河南省暴雨参数图集》及《河南省水利工程水文计算常用图》对灰河水文进行分析计算。
1.5.1设计点雨量
流域内无实测降雨资料,由《河南省暴雨参数图集》(河南省水文水资源局2005年12月编制出版)查得流域内:
其中84图集中所得下表
时段
10'
1
6
24
点雨量均值
Ht(mm)
17.5
45
92
123
变差系数
Cv
0.43
0.55
0.66
0.67
由于资料的缺失73图集里只有平均年最大24小时雨量图,因此由73图集得:
时段
点雨量均值
变差系数
24
128
0.48
设计点雨量计算公式:
式中:
——t时段设计频率为P的点雨量;
——t时段点雨量均值;
——频率为P的模比系数,由雨量变差系数
查皮尔逊Ⅲ型曲线
值表求得,偏态系数
84图集,不同频率设计点雨量表:
时段
P=1%
P=2%
P=5%
P=10%
P=20%
Kp
Htp(mm)
Kp
Htp(mm)
Kp
Htp(mm)
Kp
Htp(mm)
Kp
Htp(mm)
10'
2.434
42.595
2.18
38.15
1.839
32.1825
1.572
27.51
1.296
22.68
1
2.962
133.29
2.588
116.46
2.096
94.32
1.719
77.355
1.343
60.435
6
3.482
320.344
2.973
273.516
2.32
213.44
1.838
169.096
1.363
125.396
24
3.536
434.928
3.013
370.599
2.343
288.189
1.848
227.304
1.365
167.895
73图集,不同频率设计点雨量表:
时段
P=1%
P=2%
P=5%
P=10%
P=20%
Kp
Htp(mm)
Kp
Htp(mm)
Kp
Htp(mm)
Kp
Htp(mm)
Kp
Htp(mm)
24
2.652
339.456
2.352
301.056
1.946
249.088
1.636
209.408
1.322
169.216
1.5.2设计面雨量
按下式计算设计面雨量:
式中:
α为不同暴雨历时的点面关系系数,由“84图集”第IV水文分区暴雨时面深(t—F—α)关系图查得。
当流域面积大于50km2时候,需要作点面修正。
灰河总流域面积506km2,故计算设计面雨量时需要考虑不同历时暴雨的点面折减系数。
各时段点面折减系数α:
时段
10'
1
6
24
α
1
0.714
0.755
0.797
由万分之一地形图上量算出:
河道综合坡降为1/5000,流域面积为506km2,大于50km2,因此,设计面雨量采用设计点雨量乘以点面折减系数计算。
由此可得84图集的四种暴雨历时在不同频率下的设计点雨量如下:
时段
P=1%
P=2%
P=5%
P=10%
P=20%
Hp
Hp
Hp
Hp
Hp
10'
42.59
38.15
32.18
27.51
22.68
1
95.16
83.15
67.34
55.23
43.15
6
241.85
206.50
161.15
127.67
94.67
24
346.64
295.37
229.69
181.16
133.81
73图集中24小时的暴雨历时在不同频率下的设计点雨量如下:
时段
P=1%
P=2%
P=5%
P=10%
P=20%
h
Hp
Hp
Hp
Hp
Hp
24
270.55
239.94
198.52
166.90
134.87
1.5.3暴雨递减指数
暴雨递减指数采用下式计算:
n1p=1-1.285lg
;
n2p=1-1.285lg
;
n3p=1-1.661lg
;
式中H10
p──同一设计频率年最大10分钟点雨量;
H1p──同一设计频率年1小时点雨量;
H6p──同一设计频率年6小时点雨量;
H24p──同一设计频率年24小时点雨量;
α──暴雨点面折减系数。
暴雨递减系数
时段
折减系数
P=2%
P=3%
P=6%
P=11%
P=20%
10'
1
n
n
n
n
n
n1
1
0.714
0.551359
0.565181
0.587923
0.611036
0.641043
n2
6
0.755
0.479488
0.492355
0.513087
0.532397
0.561502
n3
24
0.797
0.740366
0.741826
0.744351
0.747553
0.789461
1.5.4暴雨时程分配、净雨时程分配表
时间(h)
1-6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
时段雨量ht
Ht=(H24-H19)/6
H16-15
H14-13
H12-11
H10-9
H8-7
H6-5
H4-3
H2-1
H1
H3-2
H5-4
H7-6
H9-8
H11-10
H13-12
H15-14
H17-16
H18-17
4.27
6.50
7.21
8.12
9.35
11.14
30.67
38.14
57.91
133.2
44.93
33.78
12.39
10.15
8.68
7.63
6.83
6.21
5.95
雨型
P=1%时的雨型
P=5%的雨型
时间(h)
1-6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
时段雨量ht
Ht=(H24-H19)/6
H16-15
H14-13
H12-11
H10-9
H8-7
H6-5
H4-3
H2-1
H1
H3-2
H5-4
H7-6
H9-8
H11-10
H13-12
H15-14
H17-16
H18-17
2.78
4.25
4.71
5.31
6.12
7.30
19.17
24.21
37.86
94.32
28.85
21.26
8.13
6.65
5.68
4.99
4.47
4.06
3.88
雨型
P=2%的雨型
时间(h)
1-6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
时段雨量ht
Ht=(H24-H19)/6
H16-15
H14-13
H12-11
H10-9
H8-7
H6-5
H4-3
H2-1
H1
H3-2
H5-4
H7-6
H9-8
H11-10
H13-12
H15-14
H17-16
H18-17
3.62
5.52
6.11
6.88
7.93
9.45
25.57
31.99
49.11
116.46
37.84
28.23
10.52
8.62
7.36
6.47
5.79
5.27
5.04
雨型
P=10%时的雨型
时间(h)
1-6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
时段雨量ht
Ht=(H24-H19)/6
H16-15
H14-13
H12-11
H10-9
H8-7
H6-5
H4-3
H2-1
H1
H3-2
H5-4
H7-6
H9-8
H11-10
H13-12
H15-14
H17-16
H18-17
2.17
3.32
3.77
4.15
4.78
5.71
14.61
18.61
29.61
77.36
22.33
16.27
6.36
5.20
4.44
3.89
3.49
3.16
3.03
雨型
P=20%时的雨型
时间(h)
1-6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
时段雨量ht
Ht=(H24-H19)/6
H16-15
H14-13
H12-11
H10-9
H8-7
H6-5
H4-3
H2-1
H1
H3-2
H5-4
H7-6
H9-8
H11-10
H13-12
H15-14
H17-16
H18-17
1.34
2.08
2.32
2.63
3.06
3.69
10.19
13.15
21.47
60.44
15.94
11.41
4.14
3.35
2.83
2.47
2.19
1.98
1.89
雨型
当p=2%时
R6(mm)
n
170.06
0.49
R24(mm)
n
243.24
0.74
净雨时程分配表如下
1-4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
R6
17.01
20.41
27.21
64.62
23.81
17.01
R24-R6
4.39
7.32
8.79
8.79
11.73
8.79
7.33
7.33
4.40
4.40
当p=5%时
R6(mm)
n
113.47
0.51
R24(mm)
n
161.73
0.74
净雨时程分配表如下:
1-4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
R6
9.08
11.35
18.16
49.93
13.62
11.35
R24-R6
2.90
4.83
5.79
5.79
7.72
5.79
4.83
4.83
2.90
2.90
当p=10%时
R6
n
85.72
0.53
R24(mm)
n
121.64
0.75
净雨时程分配表如下:
1-4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
R6
6.86
8.57
13.72
37.72
10.29
8.57
R24-R6
2.16
3.59
4.31
4.31
5.75
4.31
3.59
3.59
2.16
2.16
当p=20%时,
R6
n
47.76
0.56
R24(mm)
n
67.51
0.79
净雨时程分配表如下
1-4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
R6
3.82
3.82
7.64
21.02
5.73
4.78
R24-R6
1.19
1.98
2.37
2.37
3.16
2.37
1.98
1.98
1.19
1.19
1.5.5设计洪水
(1)设计净雨与设计洪量
具体计算步骤如下:
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84图集读数及水文计算,得5年一遇设计频率最大24小时暴雨量P=133.8123mm;20年一遇设计频率最大24小时暴雨量P=229.6866mm;经73图集读数及水文计算,得5年一遇设计频率最大24小时暴雨量P=134.8652mm;20年一遇设计频率最大24小时暴雨量P=198.5231mm
2.根据5年一遇设计频率查《河南省水利工程水文计算常用图》采用Pa=Im/2=50mm;10年及20年一遇采用Pa=2Im/3=66.7mm;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)。
24小时设计洪量W24用下式计算:
W24=1000×R×F
式中R──设计净雨量,单位为mm;
F──流域面积,单位为km2。
由此得84图集的设计净雨成果表如下
重现期
50年
20年
10年
5年
P(mm)
295.3674
229.6866
181.16129
133.8123
Pa(mm)
100
66.7
66.7
50
P+Pa(mm)
395.3674
296.3866
247.86129
183.8123
R24(mm)
243.245
161.73
121.642
67.509
R6(mm)
170.0635
113.4691
85.723226
47.76352
W(万m3)
12308.2
8183.538
6155.0852
3415.955
73图集的最大24小时设计净雨成果表
重现期
50年
20年
10年
5年
P(mm)
239.9416
198.5231
166.8982
134.8652
Pa(mm)
100
66.7
66.7
50
P+Pa(mm)
339.9416
265.2231
233.5982
184.8652
R(mm)
197.6
136.066
109.057
68.2864
W(万m3)
9998.56
6884.94
5518.28
3455.29
(2)设计洪峰流量
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,对灰河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
综合折减系数表
重现期(年)
5
10
20
50
a
1.00
0.90
0.80
0.70
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下表。
84图集的灰河设计排涝流量计算成果表
桩号
河流
流域面积
(km2)
不同重现期设计洪水(m3/s)
控制断面
50年
20年
10年
5年
0+650
湾李沟入口
481.6
612.6675
465.5469
393.9208
242.9095
1+200
朱左沟入口
488
618.7638
470.1793
397.8405
245.3266
3+160
湾刘沟入口
494.5
624.9348
474.8685
401.8082
247.7733
4+100
塚张沟入口
500.1
630.2352
478.8961
405.2162
249.8747
9+169
入沙河河口
506
635.8035
483.1272
408.7963
252.0824
73图集的灰河设计排涝流量计算
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