汾河初设报告201009

11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。2后谢翟庄邓襄万金召陵青年老沃黑龙潭周口市驻马店市图例县、区市界县区界河、闸比例1：300000召陵区穆杨新集寇官后谢井庄朱庄周陈葛胡袁庄万金张东坡李西坡李小汾河汾河幸福沟马沟汇入汾泉河图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。3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4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HCvCs/Cv251020汾河241030.483.52422011691362.4.1.2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。75.0aKRFQ（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5P+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（%）251020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）5102050综合折减系数a1.000.90.80.7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）20105公路桥21+20027.5皇甫店17+30043.3荒庄12+40063.16西白马沟入汾河口处4+900122汾支入汾河口处1+200195幸福河排涝闸处0+8002101.5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。KQQ'其中：ccQQK/'；'Q，Q——设计流域的非汛期和汛期的洪峰流量，m3/s；'cQ，cQ——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)1979-198011.71987-19883.52000-200113.91980-198123.61988-198926.42001-200212.91981-19823.81989-199030.62002-200340.81982-19835.381990-1991552003-20047671983-198412.61991-19928.92004-200574.51984-198513.51992-199302005-200629.31985-1986581993-199402006-200715.61986-198799.71994-199514.6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)QCvCs/Cv20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）20105公路桥21+20027.5皇甫店17+30043.3荒庄12+40063.1西白马沟入汾河口处4+900122汾支入汾河口处1+200195幸福河排涝闸处0+80021082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）。93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103.4.1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：jf21112222hhg2g2VZVZα＝α式中：Z2、Z1—上下游断面水位；g2g2211222VVα、α—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