堤防工程项目初步设计报告.docx

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堤防工程项目初步设计报告

堤防工程项目初步设计报告

1综合说明

1.1绪言

（1）工程背景

2009年10月，水利部、财政部联合印发了《全国重点地区中小河流近期治理建设规划》，规划确定的试点项目分3年实施，今年将启动部分试点项目。

****河堤防工程列入第一批试点项目，按照水利部《关于做好2009年全国重点地区中小河流近期治理项目有关工作的通知》以及省水利厅甘水发[2009]675号文《甘肃省水利厅关于做好我省重点地区中小河流近期治理项目有关工作的紧急通知》的精神，规划2010年**河治理任务为新建堤防7.95km。

受**水务局委托，我院对**河**至**段4.2km的范围进行了规划治理，于2009年11月完成了《****河**镇**段堤防工程初步设计报告》，本设计共布置河堤7.95km，其中左岸布置3.77km，右岸布置4.18km。

工程总投资960万元。

（2）工程概况

****镇**堤防工程区域位于****镇西部，**河流域中上游，**河为渭河一级支流散渡河通渭段，发源于通渭、定西、陇西交界处海拔2521m的牛营大山东麓，流经通渭马营、**、**、碧玉，流入甘谷境内为散渡河，散渡河流经甘谷县安远、在**镇流入渭河。

**河与西河交汇处以上集水面积为279.1km2,主河道长46.1km，河道平均坡降10.2‰，多年平均洪峰流量150m3/s，多年平均含沙量5.48kg/m3，年平均侵蚀模数2000～10000t/km2。

**河流域地处黄土高原的渭河和祖厉河分水岭（华家岭）以东，流域内地表植被稀少，沟壑纵横，具有明显的山区河流的水文特征：

洪水暴涨暴落，次数频繁而历时短暂，流量及水位的变幅较大。

由于流域内气候特征，年降雨70%以上多以暴雨形式集中出现，极易产生较大洪水。

治理段均为土质岸坡，河床横向极不稳定，河岸受洪水冲刷比较严重，部分地段已形成了垂直陡坎，高达4～15m，部分地段塌岸已逼近居民区，**河城区段有2007年批复建设****河**段堤防工程5.43km，已发挥防洪效益，而本治理段两岸均无任何防洪工程，对河道两岸农田及村民造成严重灾害。

1.2水文

本设计从**始，到**结束，治理河长4.2km，**河在西河河口以上集水面积279.1km2，河道平均坡降10.21‰，河床宽32m至56m，平均宽度42m，多年平均洪峰流量150m3/s。

堤防工程区干旱少雨，多年平均降雨量392.3㎜，平均蒸发量884㎜，多年平均气温6.8℃，稳定通过0℃活动积温2990℃，10℃积温2370℃，堤防保护区内具有发展农林生产的热量条件。

多年平均日照时数2240h，无霜期131天，历年最大冻土深101cm，最大风速16m/s。

**河上游建有**水库，坝址以上控制集水面积191km2；库区上游有**水文站，控制集水面积103km2，本次治理段以上集水面积297.1km2，本次洪水计算主要以上游**水文站实测资料推求，并以《甘肃省中小河流暴雨洪水研究报告》中暴雨公式加以参考验证。

根据实测资料代表站和地区经验公式法对比来看计算结果相差不大，经验公式只是在无资料情况下用来求小流域设计洪水，在有资料时尽量选用第一手资料进行计算，在此次计算中只作为校验参考；本地区上游有**水文站，该站有较长的径流资料，代表性较好，所以选用代表站法计算成果作为设计洪峰流量，即多年平均洪峰流量为70m3/s，10年一遇洪峰流量为169m3/s。

由于河堤上游18.8km处的**水库对河堤断面处洪峰流量有调蓄作用，经分析计算，水库大坝至河堤断面上游**河段区间流域集水面积88.05km2，根据**水文站实测资料推算法值，多年洪峰流量70m3/s。

根据省水电设计院完成的《****水库除险加固设计报告》，10年一遇水库汛限起调水位为2019.00m，水库入库洪峰流量为283m3/s，相应最大下泄流量228m3/s，考虑区间河段洪水波传播过程中的展开和扭曲作用，再加上区间洪水与下泄洪水的错峰作用，按照上游同频区间相加原则，将水库相应的10年一遇的最大下泄流量与区间多年洪峰流量叠加值作为治理段堤防断面10年一遇的洪峰流量，即治理段堤防断面设计洪峰流量为70+228=298m3/s。

施工期设防标准按**水库至治理堤防断面区间5年一遇洪水设防，设计洪峰流量为105m3/s。

1.3地质

拟建堤防堤防位于**河与西河汇合口上游。

堤防段所涉及的地貌为**河形成的I、II级阶地、河漫滩、河床。

I、II级阶地为内迭阶地，其中以II级阶地较为发育，II级阶地宽0.6～1.0km，阶面宽广、平缓、连续，为村舍农田所在地。

I级阶地断续分布,阶地面宽40～71m，而且I级阶地与河漫滩高差较小,河滩较为发育,阶段性河床位移较快,致使洪水泛滥容易成灾。

该工程的主旨在保护I、II级阶地勉受洪水的侧向侵蚀破坏,以确保地上附着物的防洪安全。

治理区域位于**河**至**,大部分治导线布置于河床及河漫滩上，局部地段直接与Ⅱ级阶地前缘相接靠，堤防地基的地层岩性无大的差异，除Ⅰ级阶地表层有1～2m的砂壤土及Ⅱ级阶地上部有1.2～10m中粉质壤土外,其余段均为砂砾石,砂砾石百分含量的差异主要是由于取样深度不同而致。

平均卵石含量1.7%,砾石含量70.2%、砂含量25.4%、粉粒含量2.7%。

**河地下水位在河床埋深0.3～1.0m，因地下水位受河水位控制，并随地形地貌、季节的变化而变化。

地表水（河水）对混凝土结构具硫酸盐弱腐蚀性，堤基河水位以下部分砌石砌筑砂浆要求采用抗酸酸水泥。

1.4工程任务和规模

工程建设的主要任务是：

在****至**段4.2km河道范围内修建防洪工程，保护河道两岸居民的生命财产安全和沿岸的农田免受洪水侵害。

本设计两岸均进行全线防护，从**开始，至西河汇合口结束，布置河堤7.95km，其中左岸布置3.77km，右岸布置4.18km。

该堤防工程在4.2km河道范围内，布置堤线长度7.95km,防护人口9050人，耕地782亩，根据《防洪标准》（GB50201-94）规定，确定保护对象等级为Ⅳ等；按《堤防工程设计规范》（GB50286-98）规定，****河**镇**堤防工程级别为5级，防洪标准按10年一遇洪水设计，设计洪峰流量为298m3/s。

根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），工程区地震动峰值加速度为0.2g，地震反映谱特征值为0.45s，工程地震设防烈度为Ⅷ度。

1.5工程设计及主要建筑物

本设计针对治理段现状和防护范围，根据河道的地形、地质条件，水文泥沙特性，河床演变特点，冲刷变化规律等自然因素，和两岸的居民区、村庄、农田等社会因素进行综合分析，上下游、左右岸统筹兼顾整体布置河堤。

设计治理段以防护村庄、耕地为主，共布置河堤7.95km。

其中两岸均进行全线防护从**，即河道中心桩1+230处开始，至西河汇合口河道中心桩5+400处结束，左岸布置河堤3.77km，右岸布置河堤4.18km。

治理段河堤形式通过技术经济比较，确定采用坡式护岸，堤防工程材料的选用浆砌石砌筑；通过计算治理段得各断面最大水深为2.69～3.98m，波浪爬高为0.4m，安全超高为0.5m，设计堤高为3.59～4.88m；治理河段基础埋深平冲段按1.7m，斜冲段按2.6m设计。

平冲段与斜冲段的衔接，采用10m渐变段，由斜冲深度过度到平冲深度。

堤防段河堤迎水面和背水面边坡均采用1∶1.25。

碾压砂堤及回填河床砂砾石须夯填密实，其相对密度要求不小于0.6。

设计护面层厚度从顶部0.3m渐变到底部0.4m；齿槽深1m,宽0.5m。

由于**河地表水和地下水受温泉水排泄水影响对普通混凝土具有腐蚀性,因此,对堤底至地表水位以上0.5m范围内的护面层采用抗酸水泥砂浆砌筑。

堤防纵向每隔10m设三毡四油伸缩缝一道。

**河治理段有已建过水路面2处，其中一处为张家庄至李家沟的跨河交通要道，另一处为潘家大庄通往县城公路的跨河要道，与**河段河堤左岸2+133和右岸2+332处相交，相交处需布置堤路交叉建筑物；区域内有穿河乡村农路，为了便与两岸交通，需布置堤路交叉建筑物，本设计布置5处堤路交叉建筑物；考虑到两岸居民的排污和排洪问题，河堤设有排洪涵管12座。

1.6工程施工

工程区域内公路沿线有10kv输电线路通过，村镇均有容量充足的变电设备，接线距离不超过1.0km，可作为本工程施工用电电源；施工用水可组织车辆从各自然村自来水供水点拉运,水源充足，水质良好，符合施工要求；工程所需的砂子,可到义陇河拉运，所需的石子需从碧玉峡人工碎石场购运，所需块石料,可就近在碧玉峡开采,均以自卸汽车运至施工现场堆放保管；水泥从高崖和永登水泥厂购买，工程所需三材，计划从县物资供应部门购买，均以汽车运至施工现场料库堆放备用。

导流围堰为临时性工程，建筑物级别为5级，采用区间流域5年一遇的洪水设防标准，治理河段区间5年一遇设计洪峰流量105m3/s。

导流采用分段围堰法，在施工时根据具体地形和水流趋势拟定围堰的修建形式和位置，而导流时段为10～12月份、3～6月份。

施工围堰采用土石围堰，围堰由基础开挖堆置而成。

技术供应主要包括各种建筑材料、各种施工机械和运输机械及水、电等各类设备的计划、采购和供应。

各施工单位应按施工进度计划作好采购、调运和供应，保证工程施工的需要，工程所需主要外来建筑材料及技术指标如下；

R32.5#水泥2048t，抗酸水泥1410t，砂子11379m3，块石3.18万m3。

工期为1年；劳动力为6.96万工日，其中普工5.57万工日。

1.7工程管理

根据水利工程建设的有关规定，堤防工程建设实行统一规划与分级管理相结合的管理体制。

由**水务局牵头组建项目法人，抽调技术骨干强化管理，靠实工作责任，并成立河道治理领导小组和项目办公室，对所承担工程建设的全过程负责。

严格建设程序全面实行“四制”，一是推行项目法人责任制；二是实行招标投标制；三是实行建设监理制；四是实行质量终身责任制。

管理机构应以精简高效为原则，合理设置职能机构或管理岗位，尽量减少非生产人员。

工程建成后，成立**河堤防工程管理所，隶属于**水务局。

工程管理人员编制为6人，其中生产人员4人，管理人员2人。

工程的管理范围和保护范围,堤防工程保护范围横向宽度在背水侧从护堤地边界线以外算起,按宽度20m划定为工程保护范围,临水侧的保护范围按国务院颁发的《河道管理条例》有关规定进行执行。

1.8环境保护

在工程施工过程中建筑材料开挖过程中产生的废渣，必须运往指定地点集中堆放并做淤渣堤处理，施工结束后及时进行场地清理，采取水土保持措施，绿化并恢复开挖面；对生活垃圾应设固定垃圾站，定时运出施工区，并进行卫生填埋；基础开挖产生的泥沙尽量集中堆放，不使其流入河道；机动车辆产生的流动噪音，控制措施是减少其高音鸣笛，对重型机车安装噪音消声器；对施工人员做好保护工作，一线工作人员轮换作业，采取防噪措施，避免施工人员长时间处在强噪声环境中；尽量避免夜间施工，减少机械噪音。

该工程建成后可保护人口9050人，耕地782亩，对减免洪水灾害带来的社会经济损失、稳定社会经济发展有重要意义，其社会、经济、生态效益十分显著。

该工程施工期间对环境有不同程度的影响、但不利影响是短暂的、轻微的，工程施工结束后，不利影响将消除，其工程效益远大于不利因素。

因此，从环境保护的角度分析，该工程的建设是可行的。

1.9节能分析

****河**镇**堤防工程能源消耗主要包括施工期的油料消耗、电能消耗和水资源消耗，该工程建成运行过程中基本无能源消耗，节能主要从水、电、燃料三方面分析。

该工程共计消耗柴油95t，汽油245t，电能0.58万kw.h，耗水1.13万t。

1.10投资概算

根据省水利厅、省发改委、省物价局甘水发[2009]424号文《甘肃省水利水电工程设计概（估）算编制规定》进行编制。

经概算，该项目总投资960.0万元。

其中，建筑工程投资862.21万元，占一至三部分的94.3%；临时工程投资14.88万元，占一至三部分的1.6%；其他费用37.2万元，占一至三部分的4.1%；基本预备费45.71万元。

1.11经济评价

从国民经济评价指标来看，按动态投资计算时，项目经济内部回收率9.86%，高于社会折现率8%，经济净收益现值（当=8%时）为169.02万元，经济效益费用比1.12，大于1.0。

本项目实施后，将在防洪、综合经营管理等方面取得较大的经济效益，而且对改善当地生态环境具有良好的社会效益。

因此应尽快兴建，及早发挥效益。

1.12工程特性

工程特性见表1-1。

表1-1工程特性表

序号

项目

单位

指标

备注

一

工程概况

1

工程名称

****河**镇**堤防工程

2

建设地点

**河段

**至西河河口

二

河流特性

1

河流名称

**河

2

流域面积

km2

279.1

3

河流比降

‰

10.2

4

多年平均洪峰流量

m3/s

242

5

设计洪峰流量（10%）

m3/s

460

三

工程效益

1

保护居民

人/村

9050/8

2

保护耕地

亩

782

3

新增土地

亩

212

工程特性表

续表1-1

序号

项目

单位

指标

备注

四

河堤

1

护坡型式

M10浆砌石坡式护坡

2

河堤长度

km

7.95

左岸

km

4.10

右岸

km

3.85

五

主要工程量

1

开挖土方

万m3

3.24

2

开挖砂砾石

万m3

3.9

3

回填砂砾石及土方

万m3

7.37

4

浆砌块石

万m3

2.7

六

主要材料

1

水泥

t

3459

2

块石

万m3

3.18

3

砂子

m3

11379

4

钢筋砼管

m

114

七

劳动力

1

总劳力

万工日

6.96

普工

万工日

5.57

八

工期

年

1

九

总投资

万元

960

十

经济指标

1

益本比

1.12

2

内部收益率

%

9.86

3

净效益现值（当=8%时）

万元

169.02

2水文

2.1水文气象

本设计从**开始，到**结束，治理河长4.2km，**河在西河河口以上集水面积279.1km2，河道平均坡降10.21‰，河床宽32m至56m，平均宽度42m，多年平均洪峰流量150m3/s。

根据**气象站资料堤防工程区干旱少雨，多年平均降雨量392.3㎜，平均蒸发量884㎜，多年平均气温6.8℃，稳定通过0℃活动积温2990℃，10℃积温2370℃，堤防保护区内具有发展农林生产的热量条件。

多年平均日照时数2240h，无霜期131天，历年最大冻土深101cm，最大风速16m/s。

2.2流域概况

由于**河流域上游建有**水库，受水库调蓄作用的影响，改变了原河道的天然水文特征，将流域分为受水库控制的水库流域和不受水库控制的区间流域，流域的特征在发生变化的同时，洪水的特点也发生了变化。

**河为渭河一级支流散渡河通渭段，西河河口以上**河集水面积为279.1km2，上游各支流均发源并流经黄土丘陵沟壑区，由于干旱少雨气候特征，人为破坏等因素水土流失比较严重，年平均侵蚀模数2000～10000t/km2。

流域特征值见表2—1。

表2—1流域特征参数表

流域名称

断面名称

流域面积

河长

坡降

（km2）

（km）

（‰）

**河

西河河口

279.1

46.1

10.21

**河至**水库

西河河口

88.05

18.8

7.004

2.3设计洪水标准

堤防工程主要保护对象为**镇**河两岸村民及耕地，保护对象为Ⅳ等。

参照《防洪标准》GB50201—94及《堤防工程设计规范》GB50286—98等有关规定，工程级别为5级，主（次）要建筑物均为5级，防洪标准采用10年一遇。

2.4设计洪峰流量

由于**河上游设有**水文站，控制集水面积103km2，现有31年实测资料。

水文站下游建有**水库，坝址集水面积191km2，规划堤防位于**水库下游，堤防工程规划断面流域面积279.05km2。

本设计采用两种方法计算洪峰流量，即**水文站实测资料推算法和《甘肃省中小河流暴雨洪水研究报告》介绍的暴雨公式法，在考虑**水库的调蓄作用后，进行了校核分析。

2.4.1**水文站实测资料推算法

**河上游设有**水文站，与堤防工程断面同属**河流域，水文气象要素相同，可选用**站作为参证站来计算堤防工程处的洪峰流量。

**水文站实测各年洪峰流量见表2-2。

表2—2**水文站实测洪峰流量资料

年份

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

洪峰流量（m3/s）

81.4

63.5

419

11.0

67.9

48.1

11.6

6.15

97.8

7.52

年份

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

洪峰流量（m3/s）

42.6

59.7

31.9

135

107

10.6

8.49

135

14.9

119

年份

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

洪峰流量（m3/s）

117

29.1

351

60.7

16.7

106

46.2

34.6

7.08

76.4

0.547

①资料的审查

资料可靠性审查：

现有**水文站1978-2008年间31年的实测洪峰流量，将特大值419m3/s与特小值0.547m3/s对水文站工作人员询问调查可知，1980年的特大值419m3/s符合实际，参与计算统计，而2008年没有洪水发生，所以特小值0.547m3/s不参与计算。

资料一致性审查：

用单累计曲线法检查资料的一致性。

由图一可知该直线误差系数R2=0.97,呈单一的直线关系。

所以该资料系列的一致性很好。

资料代表性分析：

用累积平均值过程线法对资料的代表性进行分析，由图二可知累积平均值接近系列均值74.93m3/s，所以该系列的代表性较好。

②特大洪水的处理

实测系列中1980年洪峰流量419m3/s与2000年洪峰流量351m3/s比一般洪水大得多，作为特大洪水予以处理。

又此次计算没有调查到其它更大洪水，所以将419m3/s与351m3/s作为大一大二型洪水进行频率计算，其它实测系列的经验频率仍按连续系列经验频率进行计算。

特大洪水经验频率计算公式为：

PM=M/（N+1）

PM—实测系列第M项的经验频率

M—特大洪水由大致小排列的序号

N—自最远的调查考证年份至今的年数。

据此公式计算得P11980年特大洪水频率为3.23%：

P22000年特大洪水频率为：

6.45%

③频率曲线推求洪峰流量

总体分布曲线选用皮尔逊Ⅲ型曲线，适线结果见频率曲线（图三）与频率计算成果表2-3。

图三**PⅢ曲线

表2—3**频率曲线成果表

参数

Cv

Cs/Cv

不同频率洪峰流量（m3/s）

1%

2%

5%

10%

适线结果

77.43

1.2

2.5

453.7

370.1

263.3

187.4

用矩法初估

为77.43、Cv值分别为1.21，初次配线选用Cs/Cv为3.5，发现频率曲线中段与经验频率点据配合尚好，但头部和尾部与经验频率相距较远，故减小Cs/Cv值为2.5，调整Cv值为1.2。

再次配线绘出频率曲线，该线与经验点据配合较好，取为最后采用的频率曲线。

④设计断面处洪峰流量的推求

因**、**水库、设计断面同属**河流域，下垫面情况基本相同，气候条件一致所以用面积比拟法推求设计断面洪峰流量，计算公式为：

Q2=（F2÷F1）n×Q1

Q2—设计断面洪峰流量Q1—参证站峰流量

F2—设计断面流域面积F1—参证站流域面积

n—面积折算系数，取2/3。

计算结果见表2-4。

表2—4设计断面各频率洪峰流量计算成果

流域名称

断面

F（Km2）

不同频率洪峰流量（m3/s）

1%

2%

5%

10%

20%

50%

**河

**

103

77.4

454

370

263

187

116

41.0

**河

**水库

191

117

685

559

397

283

175

61.9

**河

**

279

150

882

719

512

364

226

79.8

**河至**水库

**

88.1

69.7

409

333

237

169

105

37.0

2.4.2暴雨洪水公式法

甘肃省抗旱防汛指挥部办公室、甘肃省水利工程建设监理咨询中心编制的《甘肃省中小河流暴雨洪水研究报告》中给出了中小河流暴雨洪水计算公式，用该公式所求结果对代表站法计算成果进行校验。

该暴雨洪水公式筛选了流域面积（F）时段暴雨量（Hp）河道平均坡降（J）流域形状系数（f）4个因素作为影响洪峰流量的主要因素，建立起来的洪峰流量经验公式为：

Qmp=RF

H

J

f

式中：

Qmp—某频率最大洪峰流量（m3/s）

R—直线斜率

F—流域面积（Km2）

H

—某频率流域平均时段暴雨量（mm）

J—河流坡度

f—流域形状系数

b—直线截距

n、m、α、β—指数

本堤防建于渭河流域北部通渭段**河上，属Ⅰ型黄土沟壑区，查《甘肃省中小河流暴雨洪水研究报告》中附表15得相应频率的各参数值见表2-5。

表2-5小流域暴雨洪水公式选用参数

n

m

α

β

不同频率R取值

均值

1%

2%

5%

10%

20%

0.60

1.14

0.73

0.60

14.2

23.5

20.9

16.6

16.6

16.6

区间流域面积为88.05Km2，所以选用年最大1小时点雨量均值进行计算，由《甘肃省暴雨洪水图集》可知该地区年最大1小时点雨量为18mm。

计算结果见表2-6。

表2-6小流域暴雨洪峰流量计算成果

河流

名称

断面

名称

流域面积

（Km2）

不同频率洪峰流量（m3/s）

**河

**

88.05

1%

2%

5%

10%

20%

Qm

65

408

315

192

152

111

2.5洪峰流量分析计算

由《甘肃省中小河流暴雨