巩义石河道初步设计报告

11水文1.1流域概况石河道发源于巩义市西南部山区，流经巩义市新老城区之间，在白沙村入伊洛河，流域面积约76km2，河道全长20km左右，河道平均比降为0.8%，属于黄河流域；流域所处地质从外形看，南高北低，岩石产状一般从西南倾向东北。规划区南山口以上为石山区，山高坡陡，植被不佳，南山口以下为黄土丘陵区。1.2气象巩义市属北温带半干旱季风气候，光照充足，年平均气温14.6℃。流域内多年平均降水量583mm，年内75%的降水集中在汛期，因受季风和地形的影响，气候的变率和地区性差异较大，气象性灾害较多，尤其干旱危害严重。一般是冬春干旱，风灾频繁，易遭伏旱，夏末秋初多雨。水资源的年际和季节性变化很大，可利用水资源不足。1.3水文计算由于石河道无实测径流资料，本次设计依据1/10000地形图，按照《河南省中小流域设计暴雨洪水图集》（河南省水利勘测设计院，1984年10月）对石河道水文进行分析计算。1.3.1设计洪水1.3.2.1设计暴雨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：2年最大24小时点雨量均值H24小时=，Cv=；年最大6小时点雨量均值H6小时=，Cv=；年最大1小时点雨量均值H1小时=，Cv=；年最大10分钟点雨量均值H10分钟=，Cv=。按Cs=3.5Cv，查PⅢ型曲线得值，用公式Hp=Kp×Ht计算出不同频率、不同历时的设计点雨量。公式中Hp为不同频率、不同历时的设计点雨量，Ht为相应时段点雨量的均值，Kp为相应频率下的模比系数，不同频率设计点雨量见下表2-2。表2-2各频率设计点雨量计算表1.3.2.2设计面雨量由万分之一地形图上量算出：河道综合坡降为0.8％，控制流域面积为76km2，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。根据流域所在水文分区（Ⅲ区），查短历时暴雨时面深（t—F—α）关系图，求得不同历时暴雨的点面折减系数α值，乘以设计点雨量即得设计面雨量。时段（h）P=1.0%P=2.0%P=5.0%P=10%P=20%KpHp(mm)KpHp(mm)KpHp(mm)KpHp(mm)KpHp(mm)10'16243各时段点面折减系数α：α1=0.876，α6=0.898，α24=0.920。不同频率、不同历时设计面雨量计算结果见下表2-3。表2-3各频率设计面雨量计算表时段（h）P=1.0%P=2.0%P=5.0%P=10%P=20%αHp(mm)αHp(mm)αHp(mm)αHp(mm)αHp(mm)16241.3.2.3暴雨递减指数暴雨递减指数采用下式计算：n1p=1-1.285lgppHH'101；n2p=1-1.285lgppHH16；n3p=1-1.661lgppHH624；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。4暴雨递减指数计算成果列于表2-4。表2-4暴雨递减指数计算成果表折减系数n设计频率P1.02.05.010.020.0n10.620.620.620.630.62n20.710.720.720.730.73n30.680.680.690.690.691.3.2.4产、汇流系数计算查《河南省中小流域设计暴雨洪水图集》，流域地表特征所属水文分区为Ⅴ区。（1）平均入渗率确定：依据μ分区数值表5，查得平均入渗率μ=5～8mm/h，本次采用μ=5mm/h。（2）汇流参数m值：通过《图集》中“推理公式汇流参数地区综合θ～m关系图”查算的m值，θ计算公式如下：4131FJL将流域特征值代入上式，得θ=33.9，查θ～m关系图，得出：m=2.13。1.3.2设计洪峰2.3.3.1设计净雨与洪量24小时净雨量由洪水图集P+Pa—R曲线求得，设计前期雨量Pa=Imax。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。5设计净雨及洪量计算成果列于表2-5。表2-524小时净雨与洪量计算表重现期(年)P(mm)Pa(mm)P+Pa(mm)R24p(mm)R6p(mm)W24洪量（万m3）备注5R6=R24(H6/H24)1020501002.3.3.2设计雨型净雨时程分配比例，按《图集》表三及n2、n3查用，见表2-6、2-7，各设计频率24小时净雨概化时程分配见图2-1～5。第12～17小时净雨量=R6p×分布系数。第6～11及第18～23小时净雨量=（R24p-R6p）×分布系数。2.3.3.3设计洪峰流量采用推理公式计算，计算公式为：式中：Qm──设计洪峰流量；ψ──洪峰径流系数；τ──洪峰汇流时间；4131027810278QmJLSFsnnm6F──流域面积，F=76km2；L──设计断面至分水岭的干流长度L=20km；J──河道的平均比降，J=0.008；S──设计最大1小时雨量平均强度；n──设计暴雨递减指数；μ──平均入渗率，μ=5mm/小时；m──汇流参数。经计算，100年一遇的洪峰流量为m3/s，50年一遇的洪峰流量为m3/s，20年一遇的洪峰流量为m3/s，10年一遇的洪峰流量为m3/s，5年一遇的洪峰流量为m3/s。各频率设计洪峰Qm见表2-8。表2-8设计洪峰计算成果表重现期N（年）1005020105径流系数（ψ）洪峰流量（Qm）汇流时间（τ）71.3.3成果的选用与合理性分析本次采用2005年《图集》计算成果与采用84年《图集》计算成果较小，其原因主要为各时段暴雨均值与离差系数均有所降低，而加上近期人文活动对流域内的影响，本阶段采用的计算成果是合理的，也与当地洪水调查情况符合。85.4河道治理工程设计石河道市区段河道按50年一遇洪水设计标准，防洪工程措施结合综合整治，利用跌水衔接调整河道纵坡，在河道两岸部分地段新建防洪堤，提高河道过水能力。5.4.1河道断面设计由于在桩号2+600以下河道两岸基本已成型，已经经当地水利部门进行过整治，两岸均为挡土墙护砌，矩形断面，本次综合治理不再对其护岸形式进行设计，仅对河道进行疏挖；2+600～5+700依照现状地形和两岸条件合理布设，并结合河道综合治理要求，多方案比较，采用主槽扩挖方案，并在河槽内通过橡胶坝及溢流堰蓄水，实现生态、环境、防洪等综合整治。5.4.1.1河道纵断面设计河道纵断面设计以河道天然坡降为依据、以已建河道交叉的重要建筑物控制高程为控制因素、以尽量减少挖方量为原则，以河道上下游合理连接为目的。河道纵断面设计参数见表5—2。5.4.1.2河道横断面设计一、河道横断面设计原则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首先要满足河道的防洪除涝要求，其次要兼顾河道的景观要求，因而在横断面设计时遵循以下两条原则。（1）河道断面设计必须结合河道的主要功能在河道横断面设计时要与河道景观设计相结合，但要以河道的主要功能即河道安全为主，河道景观设计为辅。近年来，由于城市建设的发展，在治理贯穿城市的河道时，只考虑河道防洪、排涝功能已经不能满足社会的需要。这个观点已逐渐被人们9所认识。但是，河道设计仍然要以河道主要功能既河道安全为主，河道断面设计要以满足河道防洪除涝为宗旨。表5-2河道纵断面设计参数表桩号设计河底(m)纵坡备注0-393～0-150104.50～105.000.00120-150105.000-150～2+300105.00～123.000.00670+300109.500+600111.500+900113.331+150115.031+400116.841+700119.021+900120.502+300~2+800123.50~126.000.052+300123.002+800126.002+800～3+100127.50～130.000.008343+100130.003+100～3+600133.00～135.500.0053+600~4+400135.50~147.700.015254+400～4+800147.70～150.200.006264+400147.704+800~5+700150.20～159.280.011635+582159.285+700159.28（2）河道断面设计要结合河道景观设计每条城市河道都有其自身的特点，在设计时应该因势利导，因地制宜。石河道原为郊区河道，现已成为新老城区的分界线，已经成为城区10河道，因而，在治理的时候不但要考虑防洪除涝，景观的设计也是不可获缺的，因此，在断面设计上要与景观设计充分结合，使河道不仅成为防洪除涝的载体，也将成为城市一道靓丽的风景线。二、河道横断面设计（1）“建成整修段”本段范围为桩号1+900至石河道入伊洛河口，本段河道已渐远市区，并且已进行了河道治理，河道断面较为规整，不宜进行规模较大的工程改造；另一方面，石河道入伊洛河口下游500.0m处正在修建橡胶坝，橡胶坝正常蓄水位109.8m，受橡胶坝回水影响，0+300以下河床将被淹没。考虑以上因素，本段治理分为两部分，0+300至入伊洛河口段进行简单疏挖，底宽和上游建成段相同，为50.0m，边坡考虑稳定因素采用1：3。对于桩号0+300至1+900，由于河道基本已经成型，不再作大的整修，但考虑到河道景观以及人们的亲水要求，对河底进行疏挖，并设溢流堰。采取矩形断面和梯形断面进行方案比较。方案一、矩形子槽，边坡采用浆砌石重力式挡土墙。方案二、梯形子槽，边坡采用1：3，常水位以上采用堆石护坡，常水位以下采用植草防护。通过对两种方案进行研究分析，矩形断面投资相对较大，而且施工难度也稍大，但是矩形断面侵占滩地少，有利于景观布置。梯形断面投资小，施工简单，但是侵占滩地稍多，不利于景观布置，但水面较宽。综合考虑，选用梯形断面。梯形子槽在设计时按10.0m、15.0m、35.0m等不同底宽从景观上、过流能力及投资上进行了比较。如果选择10.0m底宽，则在下游设置拦水建筑物时不能形成一定的水面，但滩地大，有利于生态河道布置。如果选择15.0m底宽，则在下游设置溢流堰时容易形成一定的水面，但水面较小；综合考虑，为了形成较大的水面，提高本次河道治理的品位，11底宽按35.0m左右控制，水面宽达到40m左右。（2）静态水面段本段范围为1+900～3+100，根据河道现状治理情况，1+900至2+700段由于河道基本已经成型，且两岸护砌结构良好。经计算，现状河槽能够满足50年一遇行洪能力，因而河道断面不再作大的整修，对河道河床进行疏挖，使之保持行洪通畅，同时为了满足河道的亲水性以及景观的协调性，对较高档土墙高出3m部分进行拆除；2+700至3+100段，现状河道还未进行治理，因而，河道断面形式需进行方案比较。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，发展果树、花木等经济林带或绿化植树，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。方案三、矩形断面。矩形断面占地少，挖方量小，是城市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。根据实地踏勘以及结合河道测量图，本段河道大部分为已建成段，采用的是重力式浆砌石直墙，河道左右岸已修建有滨河公园。为了不影响已建公园用地，并与已建河道衔接，因此，经过仔细比较，我们推荐采用方案三矩形断面，矩形断面顶高程为正常蓄水位加0.5m超高，挡土墙外设2.5m马道，马道外按实际地形放坡，坡外地面高程低于设计堤顶高程的按堤顶高程设堤防，坡外地面高程高于设计堤顶高程的不再对地面高度进行处理，只按设计坡度进行坡面处理。（3）景观湖段12本段范围桩号为3+100～3+600，根据现场查勘，本段河道处于城市中心区，河道右岸地势