永丰河

河道治理工程可行性研究报告

设计证书号：建设部乙级XXXXX

XXXXXX水利勘测设计研究院

二0一0年十月

附： 1、**县北川河（西山段）河道治理工程平面布置图

2、**县北川河（西山段）河道治理工程横断面图

3、**县北川河（西山段）河道治理工程纵断图

4、**县北川河（西山段）河道治理工程防洪堤标准断面图。

1、综合说明

1.1项目区概况

**县位于山西省西部，吕梁山中段西翼，地理位置介于东经111o2'50″-111o34'30″,北纬37o36'58″—38o10'27″之间。

**县南北长62公里，东西宽46公里，总土地面积为1440平方公里，地势东北高，西南低，位于县城东部与交城县横尖镇交界处的关帝山主峰南阳山（孝文山）最高，海拔2831米，大武镇武回庄村河谷最低，海拔987米，相对高差1844米。

地貌东北部属土石山区，西南部为黄土丘陵沟壑区。土石山区面积1170.3平方公里，占总面积的81.6%，该区山势雄伟，岩石裸露，峡谷陡峻，森林茂密，地势险要，沟壑密度为1.7—3.3km/km2。天然草灌丛生，植被覆盖完好，共有天然林68.47万亩，其中乔木林41.28万亩,灌木林27.46万亩，天然草地4.22万亩，林草覆盖率为51.8 %。黄土丘陵沟壑区面积263.8平方公里，占总面积的18.4%。该区梁峁众多，谷深坡陡，沟坡植被很少，土壤贫瘠，沟壑密度为3.8km/km2，林草覆盖率为30%。

**县共辖5镇2乡，169个行政村。截至2009年底全县有3.28万户，14.45万人，其中农业人口11.2万人，农村劳动力4.92万个，其中男劳力2.586万个。人口密度为每平方公里98人，人均土地面积14.8亩，人均耕地面积2.93亩。

**县国民生产总值2009年达到120350万元，农业总产值8058万元。2009年粮食总产量2520万公斤，油料产量为221.2万公斤。农民人均纯收入1485元。农村经济走上了协调发展的轨道，农村产业结构初步趋向合理，农业基础地位得到明显巩固。

1.2水文

1.2.1河道概况

北川河是三川河的一级支流，位于吕梁山脉中段西侧，地理位置介于东经111°2′50″-111°34′30″，北纬37°36′58″—37°10′27″之间。发源于**县最北部的麻地渠村，由北向南纵贯**县。

北川河流域地形东部、西部为山地和丘陵，中部切割下陷为河川。地势东北高，西南低，以关帝山为最高，海拨2831米，流域中部为北川河河谷，平均坡降5.65‰,滩谷宽在1—2公里之间，滩面平坦，人口相对密集，是本流域主要的工农业生产区域。

本次治理的河段为**县圪洞镇的西山村至桑家会村河段，全长2400m，西山村断面处控制流域面积639.7km2，桑家会村断面处控制流域面积767.8km2。

1.2.2设计洪水成果

设计洪峰流量计算河段为圪洞镇的西山村至桑家会村。由于中间有圪洞沟的汇入，将设计河段从圪洞沟的汇入口分为上下两段，上段为西山村段、下段为桑家会村段。

根据《防洪标准》，确定设计河段乡村防护区的防洪标准为20年一遇。

本次分析采用了三种计算方法，水文比拟法、《山西省暴雨洪水计算实用手册》（以下简称《手册》）中的经验公式法和推理公式法。同一断面三种结果互相对照检验，上下游断面纵向比较，同时采用资料系列的延长更能反映流域的真实状况，使分析成果较之以前更为合理。

各断面不同方法设计洪峰流量计算结果表

单位：m3/s

在推理公式法、经验公式法、水文比拟法三种计算方法所得结果中，推理公式法与其他方法所得成果相差较大，而经验公式法在面积较小的流域应用效果较好，故本次分析各断面设计洪峰流量采用水文比拟法计算结果。

1.3工程建设内容

1.3.1河道治理任务

工程建设范围为**县圪洞镇的西山村至桑家会村，全长2400m，主要建设内容包括:河道清淤2400 m、浆砌石河堤4800m(其中西山村段1000m，桑家会村段3800 m),堤顶防洪道路4800m，安全防护栏4800m。

1.3.2防洪标准和工程等级

根据《防洪标准》（GB50201—94）及《堤防工程师设计规范》（GB50286—98）中的规定，按20年洪水标准。

1.4工程规划

1.4.1工程规划

设计中,按照因地制宜,就地取材,结合工程地质条件、水流条件、施工条件、投资、管理运行因素，确定规划方案。

北川河河道治理工程主要包括河槽疏浚工程、堤防工程、堤顶防洪道路工程、安全防护栏工程。

1.4.2河道纵坡和过水断面设计

河道纵坡:根据实测本段河道上段纵坡为0.0095、下段纵坡为0.0069。

过水断面：河道设计底宽采用山西省水利水电勘测设计研究院1999年5月提出的60米的宽度，采用明渠均匀流公式计算各段设计水深。

1.5工程管理设计

为加强河道工程管理，保证河道行洪顺畅和工程安全运行。由**县水利局和镇政府共同组建管理机构，由专人负责对工程进行维护、保养。

结合工程所在地的实际情况，交通工具考虑配置工具车一辆，生产管理通讯采用无线通讯方式。

为了工程维修及防汛抢险的需要，在堤防工程的重要堤段及险工段的背水侧设堆料平台，并储备一定量的砂卵石料及堆石料，河槽整治的砂卵石开挖料直接运至堆料平台，用于防汛抢险备用。

1.6施工组织设计

1.6.1施工条件

建筑材料：砂石骨料、块石、卵石混凝土料可就近购买，施工用水可抽取河水，施工用电采用自备电源。工程沿线有209国道，进入施工各地段，可利用现有乡村道路通行。施工点范围内可沿河道修临时便道满足施工材料及弃料的运输要求。

1.6.2施工导流

本工程河槽段的施工安排在非汛期施工，以减小导流费用。堤防工程布置在河道两岸，临近主河槽施工时需进行导流。

1.6.3主体工程施工

本工程采用机械化或半机械化施工。选择有相应施工经验的专业施工队伍承担，严格按施工技术要求进行。

1.6.4施工交通运输

工程区沿线有209国道，对外交通比较方便，沿河两岸有乡村道路相通，沿堤线地段需修筑临时施工道路，用于工程建筑材料的进出施工现场。

1.6.5施工进度计划

本工程总工期二年，第一年的10月至第二年3月为施工准备期，完成施工道路、临建、水电及施工围堰等项目，第二年3月至10月为上段主体工程施工期，完成该主体工程的施工任务；第二年10月至第三年的7月为下段主体工程施工期，第三年的7月至10月为完建期，完成工程验收和其它扫尾工程。

1.7环境影响分析

河道整治工程是一项社会公益性质的项目,其对环境的不利影响主要表现在施工期，这些不利影响不仅是短暂的，而且通过采用相应的环境保护措施，这些不利影响可最大限度地减小或避免。河道整治工程完成后，河道防洪能力将大大提高，周边环境将会有大的改观，对社会和谐和安定起到保障作用，因此，从环境影响方面来看，本区河道整治工程是必要和可行的。

1.8工程投资估算

本工程主要包括河道疏浚工程、堤防工程、堤顶防洪道路和安全防护栏。

主要工程量为：河卵石开挖40.5万m3，河卵石回填4.78万m3，浆砌石5.049万m3，伸缩缝0.101万m2。

主要材料量为：柴油254.6T，块石5.453万m3，砂2.35万m3，水泥0.73万 T。

工程建设工期2年，总用工59.59万工时，折合工日7.45万工日。

工程估算总投资2940.59万元，其中：建筑工程2443.05万元，独立费用230.21万元，基本预备费267.33万元。

2010年总投资1305万元, 争取省补650万元,市配套325万元,县配套330万元；2011年总投资1635.59万元。

1.9经济评价

本次经济评价的基本依据为：

1、国家计划委员会和建设部联合下发的计投资[1993]的530号《建设项目经济评价方法与参数》（以下简称《方法与参数》

2、水利部1994年3月发布的《水利建设项目经济评价规范》SL72—94进行项目经济评价。

该项目经济分析期取30年, 由于本工程属于社会公益性质的水利建设项目，按照规范社会折现率采用7%，基准点为开工第一年年初。

经计算该工程运行期的年运行费为52.93万元，年效益为345万元。

计算结果为：

经济净现值：653万元

经济内部收益率：9.14%

投资回收期：19.78年

1.10结论

该项目的实施，不仅可以提高河道的防洪标准，而且还可以改善当地生态环境，促进各行业的全面发展，因此，该项目的实施是非常必要的。

项目实施期为二年，总投资2940.59万元；当社会折现率为7％时，经济内部收益率为9.14％，经济净现值为653万元，投资回收期19.78年。

根据以上分析，该项目的建设是十分必要的，在技术、社会、环境上是可行的，经济上是合理的，各级政府和人民群众对此非常重视，建议尽快立项实施。

2．水文

2.1流域概况

北川河是三川河的一级支流，位于吕梁山脉中段西侧，地理位置介于东经111°2′50″-111°34′30″，北纬37°36′58″—37°10′27″之间。发源于**县最北边的麻地渠村，由北向南纵贯**全县，在**县境内流长80公里，流域面积1315.4平方公里，出大武流进离石区，在柳林县汇入黄河。多年径流总量为6951万m3。

北川河流域地形东部、西部为山地和丘陵，中部切割下陷为河川。地势东北高，西南低，以关帝山为最高，海拨2831米，山上多为花岗岩和古老变质岩分布，森林茂密，天然草灌丛生，1800米以下为不同厚度的黄土覆盖，植被稀疏，支离破碎，水土流失严重。流域中部为北川河河谷，平均坡降5.65‰,滩谷宽在1—2公里之间，滩面平坦，人口相对密集，是本流域主要的工农业生产区域。

2.2气象

**县属于暖温带大陆性季风气候区，四季分明。由于夏季多受副热带海洋气团影响，冬季受极地大陆性气团控制，四季气候差异悬殊，形成春季干旱、多风少雨；夏季炎热，多暴雨；秋季凉爽，阴雨连绵；冬季寒冷，雨量稀少的气候特点。

1、温度

多年平均气温介于4—9℃之间，无霜期90—150天，冰冻期4—5个月。全年≧0℃的活动积温2800—3700℃，≧10℃积温2200—3100℃。年均日照时数为2738小时，春季日照时数最多，在作物生长期的平均日照时数为6—10小时，属短日照地区。

2、降水

多年均降雨量为440—650毫米，均值524.9毫米，雨量分布受地形地貌的影响十分明显，其分布规律是东北部最多，西南部最少。雨量年际变化悬殊，最多年和最少年相差473毫米。雨量季节变化较大，降雨主要集中在七、八、九三个月，占年降雨量的63%，形成了年际、季节旱涝交错的气候状态。

3、风向、风速

最大风力6—7级，多年平均大风日数6—7天，最多13天，最少2天。多年平均风速为2.9米/秒，最大风速为28.7米/秒，其特点为：深秋至初春多为西北风，春夏多为东南风。

4、蒸发量

年平均蒸发量1907mm，为年降水量的3倍多。最大年蒸发量为2039.9 mm，最小年蒸发量为1770.5 mm，年平均蒸发量为1852.3mm。

2.3设计洪峰流量的计算

设计河段下游约1km处设有1处圪洞水文站，控制面积749km2。

结合设计河段两岸实际情况，根据《防洪标准》，确定设计防洪标准为20年一遇。

2.3.1 计算方法

《北川河**段设计洪峰流量分析计算报告》中指出，推理公式法与其他方法所得成果相差较大，而经验公式法在面积较小的流域应用效果较好，故本次分析各断面设计洪峰流量采用水文比拟法计算。

2.3.2计算公式

计算公式：

式中：Q设参—设计断面频率为P时的洪峰流量（m3/s）；

Q设P—参证站频率为P时的洪峰流量（m3/s）；

F设—设计断面控制流域面积（km2）；

F参—参证站控制流域面积（km2）。

2.3.3参证站不同频率洪峰流量的推求

由于设计断面距离圪洞水文站较近，各断面的流域特征（流域面积、下垫面等因素）与圪洞水文站相近，所以可以将圪洞水文站做为各设计断面的参证站进行设计洪峰流量计算。

2.3.3.1 水文站基本情况

圪洞站设立于三川河的一级支流北川河中游，属黄河流域黄河水系。位于山西省吕梁市**县圪洞镇圪洞村，地理坐标为东经111°14′，北纬37°53′。1957年1月由黄河水利委员会设立峪口水文站，测验断面位于**县峪口镇南村（F=1133km2），1960年4月，上迁20km至圪洞镇，改名为圪洞水文站，1965年4月移交山西省水文总站。

2.3.3.2历史和实测洪水资料

收集到1957年～2007年实测系列洪水资料51年，其中1957年～1959年系峪口水文站实测，1960年～2007年系圪洞水文站实测。历史调查洪峰流量为1196m3/s（1875年）、 852m3/s（1917年）。圪洞水文站与峪口水文站两站观测断面流域面积相差384km2，但形成洪水的下垫面自然环境条件基本一致。峪口站1957年～1959年实测洪峰流量按面积的三分之二次方修正；经修正与圪洞水文站实测洪峰流量系列合并为一个样本系列进行频率计算。

2.3.3.3 水文资料的合理性检查分析

1、可靠性分析

实测洪水资料来源于《中华人民共和国水文年鉴》及刊印成果，圪洞水文站历史洪水资料来源于《山西省洪水调查资料》。

2、 一致性分析

资料系列的一致性，就是要求所使用的资料系列必须在同一类型或在同一条件下产生的。该流域气象成因不存在差异，一般情况下洪水是在暴雨的情况下形成的。

人类活动对水文的影响是十分复杂的，要搞清楚其影响规律及影响程度，是比较困难的，也是水文研究的重要内容。我们曾对圪洞水文站年降水量与年径流深点绘双累积曲线分析，其关系基本成直线，一定程度上说明人类活动影响是存在的，但不重要。

3、代表性分析

水文资料系列的代表性是样本相对于总体而言，一般资料系列越长，丰平枯齐全，其代表性也愈高。圪洞水文站实测洪水资料系列长达48年，具有一定的代表性。

4、独立性分析

上述资料系列（洪峰流量）都是按照年最大值法取样所得，所以该资料系列具备独立性。

2.3.3.4 推求方法

1、经验频率计算

将特大洪水与一般洪水构成的不连续系列，作为一个（不完全）样本，有下列计算公式：

特大洪水:

式中：

PM—历史特大洪水流量或实测系列中的特大洪水流量经验频率（%）；

M—历史特大洪水流量或实测系列中的特大洪水流量在调查期内的序位；

N—调查期年数。

一般洪水:

式中：

Pm—实测洪水流量经验频率（%）；

a—特大洪水的项数；

l—实测洪水流量系列中按特大洪水流量处理的项数。

2、统计参数的计算

统计参数按矩法计算

计算公式：

2.3.3.5 设计洪峰流量推求结果

按皮尔逊P—Ⅲ型曲线，离差平方和最小准则进行适线，使其点线拟合最佳（见图2-1），以此推求各种频率的设计洪峰流量值，推求结果为：

圪洞水文站：Qp,5%=511m3/s。Qp,10%=348m3/s。

图2-1 圪洞水文站洪峰流量频率曲线图

2.3.4 各设计断面洪峰流量计算

在设计河段下游设有圪洞水文站，流域内各计算断面的流域特征与圪洞水文站基本相同，因此，各断面设计洪峰流量计算，以圪洞水文站为参证站，选取圪洞水站相应频率的洪峰流量计算，比拟法计算结果见表2-1。

水文比拟法计算各断面设计洪峰结果表

表2-1 单位：km2、m3/s

2.4 成果合理性分析

目前，我省设计洪峰流量的常用计算方法有《淤地坝工程技术规范》规定的方法、经验公式法、推理公式法和水文比拟法4种计算方法。每种计算方法各有其适用范围。

1、《淤地坝工程技术规范》是山西省企业标准，于1986年1月1日起实施，适用于我省水土流失地区，流域面积小于50km2的小流域淤地坝工程。其计算结果与其他方法（经验公式法）接近。

2、经验公式法对产汇流这一比较复杂的随机物理过程进行了简化甚至予以忽略，使其经验参数不稳定，其变幅较大，加之设计河段流域有几种地类组成，故一般不宜采用。而面积较小的流域，经验公式法所求得值效果还比较好。

3、推理公式法的理论虽然比较完备，在我省有一套完整的运算系统，参数分析所选水文站资料均来自省内成果。但推理公式法与其他方法所得成果相差较大，其原因主要是流域产流地类的面积仅仅考虑地质条件，对流域植被、地形条件基本没有考虑。在具体的设计洪峰流量分析中，由于资料所限，流域地类划分难度大，亦不宜采用。

4、水文比拟法的首要条件，要求参证站的水文下垫面条件与设计断面以上流域水文下垫面基本相近。选用圪洞水文站作为参证站，为同一流域，其地类、暴雨等主要影响因素有着一致性，虽然二者面积有差异，但计算公式本身考虑了面积差异，故采用圪洞水文站作为参证站的水文比拟法比其它方法推算值更为合理。

3、工程地质

3.1地形地貌

该段河床主要为砂、砾石，河床稳定性较好。河流受地质构造的控制，在东西背斜之间循着褶皱走向，由北向南流去，由于谷狭坡大，河漫滩、二级阶地和洪积扇发育不好，一级阶地是河谷地貌的主要单元。河漫滩土质偏砂，并夹有砾石和砂滩，宽度在50米左右。一级阶地高出河床2-6米，阶面较平坦，微向河床倾斜，宽约100米，为近代河流洪积冲积物，上面是1-3米深的砂性黄土状物质，下部为砂砾石层，二元结构明显，保存完好。

3.2地层岩性

该区处于吕梁块隆的芦芽山赤坚岭梭形掀背斜南端，关帝山穹状隆起西缘，离石中阳菱形复向斜北端。自然地貌为变质岩褶皱断裂、岩浆岩剥露穹隆中山、山间黄土谷地和梁峁状黄土丘陵四种类型。区内出露地层由老至新为：

①中太古界界河口群奥家滩组（Ar2a）和上太古界吕梁山群赤坚岭组（Ar3c）、杜家湾组（Ar3d）、宁家湾组（Ar3n）及混合杂岩带（Mr）。

②下元古界野鸡山群的青杨树湾组（Ptlqy）和白龙山组（Ptlb）。

③震旦亚界长城系的汉高山组（Zchn）。

④古生界寒武系（ε）、奥陶系（O）、石炭系（C）及二迭系（P）。

⑤新生界第三系（N）和第四系（Q）。

3.3水文地质

**县地质发展史与整个华北大陆一致，前震旦系地层为巨厚的混合花岗岩及其它古老变质岩，分布在东部关帝山周围，为隆起褶皱区。大武杨家会以北大部分地区以太古界、元古界地层为主，主要有吕梁山群野鸡山群变质岩、混合花岗岩。古生界寒武系、碳酸岩和石炭二迭系碎屑岩分布于石站头，张家塔及杨家会以南地区。新生界、第三纪地层覆盖于各地层之上。第四系地层沉积于北川河河道与沟谷地带。

3.4区域地质构造

据山西省地震活动资料,本区在离石以东田家会附近于1829年4月发生5.25级地震一次，据1：400万《中国地震烈度区划图（1990）》（山西部分），本区地震烈度为6度。

3.5天然建筑材料

本工程建设需用建筑材料种类为：块石、水泥和清砂。

水泥：在**县水泥厂购买。**县水泥厂位于**县大武镇东坡村。

块石：在潘家坂石料厂购买，潘家坂石料厂位于**县圪洞镇潘家坂村。

清砂：项目区上游有采砂场，产量能满足要求。

4、工程任务和规模

4.1社会经济概况和工程建设的必要性

4.1.1社会经济概况

项目区共涉及**县圪洞镇的西山和桑家会两个行政村，共192户，636口人，劳动力288个，现有耕地面积1272亩。

区内以农业生产为主，2009年农业产值57.24万元，生产粮食38.2万kg，农民人均纯收入1450元。

4.1.2河道治理现状及存在的主要问题

（1）治理情况

该区群众历来就有治河造地的习惯，虽然治理标准低、规模小、系统性差，但在开发滩地促进经济发展方面确实起到了积极作用。

（2）、河道现状及存在的主要问题

1、河段大部分河道的行洪能力不足5年一遇的防洪标准。

2、支流汇入口没有工程设施，水流紊乱，破坏堤防。

3、河道淤积严重。

4.1.3工程建设的必要性

经过多年治理，项目区防洪除涝工作已取得巨大成绩，但由于自然地理特点和经济社会条件限制，防洪减灾体系尚不完善，防洪能力偏低，防洪保护区的防洪标准与社会和经济发展的要求还不相适应。

随着经济的快速发展，社会的不断进步，资产与财富也在快速积累。人民群众对于提高防御洪涝灾害的能力，享有防洪安全保障的要求不断提高。

项目区河段的这一现状与两岸群众生命财产及社会经济发展越来越高的防洪保安的要求形成了十分尖锐的矛盾。对河道进行彻底整治，解决河道两岸的防洪问题已势在必行，刻不容缓。

4.2河道整治指导思想和规划原则

以邓小平理论和“三个代表”重要思想为指导，以科学发展观为统领，针对北川河突出的洪涝问题和防洪最薄弱环节，以保障人民群众生命财产的安全为根本，以提高城乡防洪减灾能力为目的，以河道疏浚防护等工程措施为手段，通过河道治理，保障区域防洪安全和粮食安全，促进社会主义新农村建设，支撑区域经济社会可持续发展。

4.3河道治理的目标

本次治理的目标是：通过治理，使洪水威胁严重、洪涝灾害较频繁、损失较大、严重影响区域经济社会发展的重点河段的防洪能力得到增强，区域内人民生命财产和经济社会发展的防洪安全保障问题得到初步解决。

5工程设计

5.1设计依据

5.1.1设计标准

根据《防洪标准》（GB50201—94）及《堤防工程师设计规范》（GB50286—98）中的规定，设防标准如表4—1，按20年重现期设防。

表4—1

5.1.2设计依据

1中华人民共和国国家标准《防洪标准》GB50201-94；

2中华人民共和国国家标准SL44-93《水利水电工程设计洪水计算规范》；

3中华人民共和国行业标准《公路工程水文勘测设计规范》JTGC30-2002；

4中华人民共和国国家标准《堤防工程设计规范》GB50286-98；

5中华人民共和国行业标准《城市防洪工程设计规范》；

6中华人民共和国水利行业标准SL379-2007《水工挡土墙设计规范》等。

5.2工程规划

根据现有堤防和河道建筑物工程水毁的各种经验教训，综合考虑地质条件，水流条件、施工条件、投资、管理运行等方面的因素，按照因地制宜，就地取材的原则，确定治理规划方案。

河道整治工程主要包括堤防工程、河槽疏浚工程。以20年一遇洪水标准设计，堤防等级为4级。

5.3河道整治规划设计

5.3.1河道治导线设计

河道治理的目标就是确定合理的治导线最终形成固定而平顺的河床，使两岸形成固定的河岸。治导线是否合理，直接关系到河道整治中工程规模，投资多少和整治后河流的稳定情况，因此治导线的确定是河道规划中一项重要内容，本次河道治理治导线的规划遵守了以下原则。

1、因势利导，顺应天然河流的流势，尤其是比较稳定的河段，它们是流域水沙和河床边界长期作用的产物,是确定治导线的基本依据。

2、河槽尽量顺直，但应遵循河流走势的自然规律，保持必要的弯道，不强求裁弯取直。

3、结合河道岸边的特点，在可能的情况下尽量使河道依托在基岩、陡岸，以便减少工程量，降低工程投资。

4、以河道主河堤间中心点和主要建筑物中点作为河道治理设计横断面的中心点。

5、尽可能利用已建堤坝，节约投资，但已建工程影响到行洪要求时，应予以拆除。

5.3.2河道纵坡设计

河道纵坡设计和河道中心线的设计皆为河道整治规划设计的重中之重，其设计的原则是：

1、规划的河道纵坡要和原河道纵坡基本一致，可以在局部地段进行调整，使河道纵坡变化趋小，纵坡趋于更合理。

2、河道纵坡设计要兼顾上下游，尽可能使河道纵坡变化小一些，较陡和较缓的坡段要给于适当的调整，以利水流平稳过渡，避免出现流态发生大的不均匀性，以利于河床的相对稳定。

3、考虑到近年来，降雨偏少，没有发生过较大的洪水，河道多数是淤积，而不是下切的情况，在设计纵坡时，尽可能不要填方或少数地点填方，挖深一般控制在2m左右。纵坡从上游到下游依次为0.0095、0.0069。

4、河道纵坡变化起始端不允许放在弯道内，尽可能远离弯道。

5.3.3河道过水断面的设计

河道设计采用明渠均匀流公式计算出设计水深。计算结果见表5—1。

计算公式：

式中：Q——河道设计洪水流量（m3/s）；

ω——河道过水断面积（m2）；

C——谢才系数；

n——过水断面糙率，河床为砂砾或卵石组成，底坡较均匀n=0.04；

R——水力半径；

I——河道纵坡；

5.4河堤工程设计

5.4.1堤顶高程

根据《堤防工程设计规范》，堤顶高程为设计水深加堤顶超高确定。堤顶超高按计算公式为：

Y=R+e+A

式中：Y ——堤顶超高（m）

Rp——设计波浪爬高（m）

e——设计风壅增水高度（m）

A——安全加高，根据《堤防工程设计规范》（GB50286—98）表2.2.1， 4级堤防安全加高为0.6m。

5.4.1.1设计波浪爬高

公式采用：

河坝内坡比m=0.1故采用m≤1.25时，Rp =K△KvKpR0word/media/image13_1.png（c.3.1—2）进行计算。

式中：K△——斜坡的糙率及渗透性系数，查表C.3.1—1 K△=0.8

Kv——经验系数，可根据风速V=13（m/s）、水深（m）、重力加速度g=9.8（m/s2）组成的无维量V/查表C.3.1—2得：d=2.0时 Kv =1.213 d=2.5时 Kv =1.176

Kp——爬高累积频率换算系数，据word/media/image15_1.png和累计频率查表求得。

R0——无风情况下,光滑不透水护面(K△=1)、=1m时的爬高值，按表C.3.1—4确定。查表得：R0=1.282

——堤前波浪的平均坡高（m）

word/media/image17_1.png

式中：

d——水深（m）

V——计算风速（m/s），取13m/s

F——风区长度（m），取60m

g——重力加速度，取9.81m/s2

经计算d=2.0时 =0.0612 d=2.5时 =0.0614

d=2.0时word/media/image15_1.png=0.0612/2.0=0.0306

d=2.5时word/media/image15_1.png=0.0614/2.5=0.0246

word/media/image15_1.png＜0.1故：Kp=2.07

计算得：d=2.0时Rp=0.8×1.213×2.07×1.282×0.0612=0.16m

d=2.5时Rp=0.8×1.176×2.07×1.282×0.0614=0.15m

5.4.1.2风雍水面高度

计算公式：word/media/image18_1.png(c.2.1)

式中：e——计算点的风壅水面高度（m）；

K——综合壅阻系数，可取K=3.6×10-6；

V——设计风速，按计算波浪的的风速确定, V =13m/s；

F——计算点逆风向量到对岸的距离(m)，取60m；

d——水域平均水深；

β——风向与垂直于坝轴线法线的夹角，取45°。

将以上数据代入公式计算得：

d=2.0时，风雍水面高度为：e=0.0009m

d=2.5时，风雍水面高度为：e=0.0007m

5.4.1.3堤顶超高

西山段，d=2.0，Y=0.16+0.0009+0.6=0.7609 m

桑家会段，d=2.5，Y=0.15+0.0007+0.6=0.7507 m

取Y=0.8m。

5.4.1.4河堤高度

堤高=设计水深+堤顶超高。计算结果见下表

表 5-2

5.4.2、坝基埋深

1、水流平行于岸边的冲刷计算。

计算公式采用《堤防工程设计规范》（D2.2-1）

word/media/image19_1.png

式中：hB——局部冲刷深度（m），从水面算起；

hp——冲刷处的水深（m）；

Vcp——平均流速（m/s）；

V允——河床面上允许不冲流速（m/s），河槽水深在2.5m左右。河床按小卵石考虑，查《水力计算手册》表2-1-10，取Vh=1.5m3/s;

n——与防护岸坡在平面上的形状有关，一般取n=1/4。

计算结果见表5-3

2、基础深度的确定

基础埋深应为计算局部冲刷深度加上安全深度。

即：H基= h冲深B+△，安全深度△可取2～2. 5m，各段河坝的基础确定见表5—4

坝基埋深表

表5-4

5.4.3、坝型、结构

浆砌石堤防型式为重力式，共规划堤防工程4800m，其中:西山段堤防长1000 m，桑家会堤防3800 m，堤防工程顶宽0.5 m，迎水坡直立,背水坡1:0.4，具体结构尺寸详见附图。

5.4. 4稳定计算(以桑家会村段为例进行计算)

1、土压力计算

土压力Pa2=1/2γH2KaB （《土力学》P103）

式中：H—坝后回填土高度，取H=4.9m;

γ—坝后回填土容重，取γ=1.7T/m3

B —计算长度，取B=1.0m

Ka—主动土压力系数，Ka=tg2(35°-Φ/2)=0.271

Φ—回填土摩擦角，取Φ=35°

2、坝体受力计算，具体计算结果见表5-5。

3、地基应力验算

word/media/image20_1.png

式中：word/media/image21_1.png——河坝基底应力的最大值或最小值（kpa）；

ΣG——作用在河坝上全部垂直于水平面的荷载（kN），

ΣG= 28.64kN，

ΣM——作用于河坝上全部垂直于水平面平行前墙墙面方向形心轴的力矩之和（kN·m）。ΣM=12.04kN·m；

A——河坝基底面的面积（m2），A=2.66m2；

W——河坝基底面对于基底面平行前墙墙面方向形心轴的截面矩（m3），word/media/image22_1.png

B=2.66×1=2.66m2 , W=1×2.662/6=1.18m3

word/media/image20_1.png=28.64/2.6612.04/1.18=20.97/0.564＜［σ］=25t/m2　地基满足要求。

4、抗滑验算：

word/media/image24_1.png

式中：Kc——河坝沿基底面的抗滑稳定安全系数；

f ——河坝基底面与地基之间的摩擦系数，取0.35；ΣG——同上，ΣG= 28.64kN，

ΣH——作用于河坝上全部平行于基底面的荷载（kN），

ΣH=5.53 kN；

word/media/image25_1.png=0.35×28.64/5.53=1.813>［Ke］=1.15—1.05，

抗滑满足要求。

5、抗倾验算

word/media/image26_1.png

式中：K0——河堤抗倾覆稳定安全系数；

ΣMv——对河堤基底前趾的抗倾覆力矩（kN·m），

ΣMv=35.08 kN·m

ΣMH——对河堤基地前趾的倾覆力矩（kN·m），ΣMH=9.03 kN·m。

word/media/image26_1.png=35.08/9.03=3.885>［Ko］=1.3—1.4,

抗倾稳定满足要求。

5.4.5弯道设计

本次设计基本维持原河床弯道，只对局部地段稍作调整，并保证弯道半径不小于５倍水面宽。此次河道整治工程设计共有弯道3处。

5.4.5.1弯道横向水位差计算

弯道横向水位差是水流在弯道内作曲线运动时，引起的横断面上凹岸与凸岸水位之差，计算公式采用《水力计算手册》P565公式进行计算。

word/media/image27_1.png

式中：Δh——弯道横向水位差（m）

B——弯道水面宽度 (m)

R——弯道断面中心线的曲率半径(m)

v——断面中心平均流速（m/s）

具体计算见表5-6。

5.4.5.2弯道最大冲深值计算

计算公式采用《水力计算手册》P566公式进行计算：

word/media/image28_1.png

式中：word/media/image29_1.png——最大冲深值（m）（从水面算起）；

word/media/image30_1.png——计算断面平均水深（m）；

word/media/image31_1.png=ω/B，其中：ω为过水断面面积（m2）

B为河面宽（m）

word/media/image32_1.png——凹岸曲率半径（m）。

具体计算见表5-7。

5.4.5.3弯道左右堤长度计算

word/media/image33_1.png

式中：α——弯道弧度对应的园心角。

R——圆弧半径。

具体计算见表5-8。

5.4.7其它设计

1、 伸缩缝

砌石河堤每50m设一条伸缩缝，伸缩缝用沥青木板塞缝。

2、堤后排水

河堤后设两排排水管，分别在离河槽底1.0m、2.0m高处，排水管口设反滤料。

5.8清淤疏浚工程设计

对河道治理范围内河床进行清淤疏浚，清淤疏浚工程遵守了以下原则。

1、河道行洪能力达到20年一遇防洪标准。

2、设计河道清淤要尽量与上下游进、出口河段平顺连接，尽量维持河道自然坡度。不对河道作过多挖填，不过大改变河道自然纵坡。

3、对河道内部分地段进行裁弯取直，疏浚后的河底高程需满足现有桥梁基础的防护。

4、对河道内已有的但未经河道管理部门及防汛部门批准的影响行洪的建筑物予以拆除。

5.9堤顶防洪道路设计

堤顶防洪道路布置在河堤两侧,道路宽5m，长4.8km，先铺0.2m砂砾石垫层，再现浇C20混凝土0.3m，路面与堤顶同高。

5.10安全防护栏设计

由于堤防两岸是居民区，堤防工程较高，为了安全，在堤防工程顶部设安全防护栏4.8km。

6.工程管理

6. 1管理机构

为加强河道工程管理，保证河道行洪顺畅和工程安全运行。根据《水利工程管理单位编制定员试行标准》（SL705-81），本工程应建立专门的工程管理站，负责工程的正常安全运行、工程防汛、工程养护维修、开展绿化等综合经营工作，由**县水利局和圪洞镇镇政府共同组建管理机构，由专人负责对工程进行维护、保养。

6.2.2工程管理范围

堤防工程外坡脚20米以内为工程的管理范围。使用权为工程管理单位，管理范围的边界线和保护范围的边界线设置界限标志。任何单位和个人不得在其范围内从事任何危害工程安全的任何活动。

6.2.3工程观测

根据河道的水文、气象等条件，每年汛期都应对工程进行安全监测，对堤防工程应进行定期和不定期的检查，检查险工险段堤岸有无崩塌现象发生，检查河床冲刷情况，检查建筑物基础有无损坏，检查河床流路的摆动情况，特别是发生大洪水等非常情况时，要加大检查的频率和力度，及时发现存在问题，及时上报上级主管部门，及时补救、恢复。

6.3交通与通讯设施

结合工程所在地的实际情况，工程管理充分利用现有交通道路，不再新修，交通工具按有关规定，考虑配置工具车一辆。由于河道较长，未设内部通讯系统，生产管理通讯采用无线通讯方式。

6.4防汛抢险设施

为了工程维修及防汛抢险的需要，在堤防工程的重要堤段及险工段的背水侧设堆料平台，并储备一定量的砂卵石料及堆石料，河槽整治的砂卵石开挖料直接运至堆料平台，用于防汛抢险备用。

7．施工组织设计

7.1施工条件

工程所在地属暖温带大陆性季风气候区，四季分明。其气候特征是春季干旱、多风少雨；夏季炎热，多暴雨；秋季凉爽，阴雨连绵；冬季寒冷，雨量稀少。多年平均气温介于4—9℃之间，无霜期90—150天，冰冻期4—5个月,冻土厚100cm。多年均降雨量为440—650毫米，均值524.9毫米。

7.2建筑材料

河道整治工程，主要建筑材料是块石、砂、水泥和少量砼粗骨料。石料供应主要来源为潘家坂石料厂。潘家坂石料厂位于**县圪洞镇潘家坂村，石料厂的块石储量可满足施工用料。料场的石料为砂岩，经试验硬度强度抗风化均符合要求。平均运距20km。

砂子料场:横泉水库上游有采砂厂，储量可满足工程用料量的要求。平均运距10km。

水泥统一使用**县中盛水泥厂的32.5级国标水泥，年生产能力为70万吨。平均运距25km。

7.3施工导流

本工程河槽段的施工安排在非汛期施工，以减小导流费用。堤防工程布置在河道两岸，临近主河槽施工时需进行导流。

围堰采用土石围堰，堰高平均0.5～1m，堰顶宽0.5m，填筑坡度1:1.5，局部流速较大地段的纵向围堰需做防护，采用编织袋装土进行护坡、护底。

7.4主体工程施工

工程项目均可采用机械化或半机械化施工。选择有相应施工经验的专业施工队伍承担，严格按施工技术要求进行。

7.4.1浆砌石河堤工程

河堤基坑的土方开挖采用1.0 m的挖掘机开挖，土方运输配备自卸汽车拉运，基坑排水采用4吋水泵。在进行河堤基坑开挖时，应当有一定厚度进行人工开挖，以确保设计基底保持原状，不被扰动。基坑在排干渗水后，应把基底面夯实，方可进行砌石。

河堤浆砌石工程量较大，石料运输用自卸汽车与手推车，砌筑砂浆用移动式搅拌机拌制，胶轮车动输，人工浆砌石的方法施工。要将选取的砌石表面泥污、水锈等刷洗干净，采用挤浆法砌筑，即先在基础表面铺一层厚3cm的浆，再将石料放在砂浆上，石料放好后用脚踩或锤击，使之紧密结合，然后给竖缝灌砂浆，至缝深2/3厚后，向缝内挤片石并用铁锤捣实，使砂浆与石块紧密结合。砂浆配制必须按设计的配合比调和，稠度适中，过干不易捣实，过稀降低质量。砌筑时上、下两层竖缝必须错开8cm以上，砌石缝宽为3cm，石料较平整的一面放在迎水面，以利水流。浆砌石的外露砂浆，在砂浆未凝固前，应将虚浆挖去2—3cm深，再用水泥砂浆勾缝，勾缝前要先用水将接缝洒湿。灰缝初凝前不能填土，震动，更不能排水，以免水流冲去砂浆造成漏水。水泥砂浆砌石体要进行洒水养护，表面用草袋覆盖，洒水次数根据气温和风力而定，要使砌体经常保持湿润状态，暂不加砌的，至少要养护7天。正在砌筑的表面，严禁敲打、震动。

7.4.2河道清淤疏浚工程

河道清淤疏浚工程开挖范围为河道治理河段的全宽度河道内，施工场地开阔，采用推土机配合挖掘机、装载机挖装，3.5t或5t自卸汽车出渣，运至指定的弃料场。对于因河道开挖形成的深坑及低于设计河床处，必须用砂砾料回填，经碾压达到设计要求的密实度，不得留有淤泥夹层。

7.5施工交通运输

工程区沿线有209国道，对外交通比较方便，沿堤线地段需修筑临时施工道路，用于工程建筑材料的进出施工现场，临时施工道路长约1km。

7.6施工总体布置

施工场地布置主要指料厂、施工库房、工棚、工具房及搅拌机、水箱、发电机等的布置。地方材料场可以安排在河道内；搅拌机、发电机、水泥库房及工具房应安排在河道外。在进行施工场地布置时，一是要方便施工，二要保障施工安全。施工用料最好随用随进，按施工进度进料，以免造成二次搬运。

施工用水：在施工点设蓄水池，用水泵从北川河或水井抽水至蓄水池供施工及生活用水。

施工用电：各施工点配备一台柴油发电机作为施工用电。

临建房屋：施工人员的生活住房90%租赁民房，在施工点新建少量施工用房、仓库工棚等。

各施工点均分布在沿河两岸，场地开阔平坦，场内施工道路可自然形成，或稍平整即可，施工道路长约8km。

通信因工期短，不架设专用通信线路，指挥部与施工工区和施工点的联系用移动通信电话。

7.7施工进度计划

本工程总工期二年，第一年的10月至第二年3月为施工准备期，完成施工道路、临建、水电及施工围堰等项目，第二年3月至10月为上段主体工程施工期，完成该主体工程的施工任务；第二年10月至第三年的7月为下段主体工程施工期，第三年的7月至10月为完建期，完成工程验收和其它扫尾工程。

8、环境影响评价

8.1环境影响评价的目的与依据

8.1.1环境影响评价的目的

1.查清工程建设区环境特征、环境现状、主要污染和主要污染物的种类、分布等情况；

2．预测河道综合治理完工后对当地自然、社会和生态环境产生的影响及程度。

3．依据环保和水保的法规、标准和当地环境规划功能目标要求，制定防止、减免环境污染和破坏的对策措施，使工程对环境的负面影响降低至最低。

4．从环境角度阐述工程建设的可行性，为环保管理部门提供管理依据。

8.1.2环境影响评价的依据

1．《中华人民共和国环境保护法》1989年12月；

2．《建设项目环境管理条例》1998年11月；

3．《中华人民共和国水土保持法》1988年；

4．《开发建设基础工业环境影响管理实施指南》（山西省环保局）；

8.2环境影响分析

本工程为河道治理项目,建成后,可以提高河道的防洪标准,改善当地的生态环境,是一项公益性工程。

8.2.1工程兴建对环境的有利影响

1、河道治理后，防洪标准将提高到20年一遇洪水设计，沿河两岸人民群众的生命财产将得以保障，当地的社会环境将得以改善。

2、工程建成后，沿河地带水土流失量减少，局部气候得以改善，随着植被类型的多样化，生态环境必将得到改善。

8.2.2工程兴建对环境的主要不利影响

1、施工人员生活垃圾和生活污水的处理；

2、施工运输车辆产生的噪声、废水、废气的处理；

3、土方开挖工程及车辆运输产生的粉尘和飘尘的处理；

4、施工队伍驻地对当地社会治安影响的防治。因施工队伍主要来源是当地民工，只要加强管理，妥善处理与附近群众的关系，对当地社会治安影响也不大。

河道整治工程量较大，施工期也较长，这对当地的工业、商业、服务业、运输业将带来一定的商机，也为附近村民提供了很大数量的就业务工机会，应属有利的环境影响。

8.3环境保护措施

8.3.1施工期环境保护措施

施工期间，环境保护的主要措施有：

施工生活区建立临时性的公共卫生场所，粪便集中处理、定期外运，保证施工人员有一个整洁卫生的施工和生活环境；

弃渣堆放要统一规划，满足环境和水保的要求，不仅要采取工程措施防护，而且要采取生物措施进行防护和绿化美化；

在生活区和施工区之间要建立防护带，对受噪声影响较大的一线施工人员，要配戴防声头盔或隔声耳塞，把噪声危害降到最低程度；工程如果夜间施工，必须严格控制噪声污染，噪声等级不得大于夜间四类标准55dB，以免影响附近居民正常生活。

为防止粉尘污染，施工单位在混凝土拌和过程中，搅拌机除尘应采用高效除尘器，交通道路需定期洒水；

为保护施工区的大气环境质量，减少CO、NOX、SO2等有害气体的排放量，大型汽车、挖掘机、装载机等燃油机械应配备尾气净化器；

对施工人员定期检疫，发现传染病人立即进行隔离治疗；施工队伍要与当地卫生防疫部门积极配合，定期服用预防药或注射疫苗；加强卫生防疫，对饮用水和食品要严格管理，并积极宣传《食品卫生法》，防止传染病流行；

施工期基坑开挖废水要经过沉淀处理方可排出。

加强施工期水质、大气、噪声监测，发现异常及时处理；

作好环境监理工作，制定严格的规章制度，定期上报；

采取措施，作好施工迹地的景观恢复及绿化工作。

8.3.2运行期环境保护措施

1、水质保护措施

控制河道沿线工业和生活污染源的产生，不准新建、扩建向水体排放污染物的建设项目；

禁止向河道排放未经处理的污水，禁止在河道两岸堆置和存放工业废渣、生活垃圾、粪便及其它废弃物；

禁止在河道附近使用剧毒和高残留农药，不得滥用化肥，不得使用炸药，毒品捕杀鱼类；

禁止在河道内从事放牧、洗涤车辆、衣物等污染水库水质的活动；

大力开展植树造林活动，防治水土流失，减少水库泥沙淤积；

定期监测并分析水质污染状况，及时上报；

2、生态环境保护措施

贯彻《森林法》、《环境保护法》、《水土保持法》、等法律法规，采取各种方式进行广泛深入的宣传教育，增强河道两岸居民的环境保护意识；

强化各级政府和领导干部对生态平衡和水土保持工作重要性的认识，因地制宜地开展生态环境保护和水土保持工作；

从生物措施入手，结合工程措施，全面规划，综合治理，特别要推广投资少、见效快的户包小流域分区治理方法；

8.4结论

综上所述，该工程对环境的不利影响主要表现在施工期，这些不利影响不仅是短暂的，而且通过采用相应的环境保护措施，这些不利影响可最大限度地减小或避免。河道整治工程完成后，河道防洪能力将大大提高，周边环境将会有大的改观，对社会和谐和安定起到保障作用，因此，从环境影响方面来看，本区河道整治工程是必要和可行的。

9、投资估算及资金筹措

9.1 编制说明

9.1.1工程概况

本工程为河道整治工程，工程建设范围为**县圪洞镇的西山村至桑家会村，全长2400m，工程以20年一遇洪水标准设计，堤防等级为4级，主要建设内容包括:河道清淤2400 m、浆砌石河堤4800m(其中西山村段1000m，桑家会村段3800 m),堤顶防洪道路4800m，安全防护栏4800m。

9.1.2投资主要指标

本估算编制原则采用晋水规计（2003）716号文“关于发布《山西省水利水电工程设计概（估）算编制规定》的通知”。材料价格按2010年第二季度价格水平，施工总工期安排2年，总用工59.59万工时。工程估算总投资2940.59万元。

9.1.3编制原则和依据

⑴ 水利部文件水总（2002）116号文“关于发布《水利建筑工程预算定额》、《水利建筑工程概算定额》、《水利工程施工机械台时费定额》及《水利工程设计概（估）算编制规定》的通知”。

⑵ 山西省水利厅文件晋水规计（2003）716号文“关于发布《山西省水利水电工程设计概（估）算编制规定》的通知”。

⑶（2002）《水利建筑工程概算定额》；（2002）《水利建筑工程预算定额》。

⑷（2005）《山西省建筑工程预算定额》。。

⑸（2002）《水利工程施工机械台时费定额》。

⑹ 晋水规计（2002）589号文“关于水利水电工程勘测设计收费标准有关问题的通知”。

⑺ 《工程勘察设计收费标准》（2002年修订本）。

⑻ （1992）价费字479号文“国家物价局、建设部关于发布工程建设监理费有关规定的通知”。

⑼ 工程设计、施工组织设计及其它有关规定。

9.1.4编制办法

⑴ 人工工资预算单价：按晋水规计（2003）716号文计列，本工程为河道工程，人工基本工资标准为：工长385元/月，高级工350元/月，中级工280元/月，初级工190元/月，经计算人工工资为：工长5.36元/工时，高级工5.0元/工时，中级工4.29元/工时，初级工2.27元/工时。

河道治理工程可行性研究报告