楠桠河栗子坪防洪治理实施项目工程方案.docx
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1、楠梗河栗子坪防洪治理实施项目工程方案1.1 水文楠梗河洪水主要由暴雨形成。由于集水面积大,流域形状狭长,支流多沿干流对称发育,汇流不集中,加之植被较好以及地表有利于滞流等原因,形成的洪水具有量大,峰不高,缓涨缓落,历时较长的特点。过程多呈复峰型,且涨落缓慢,大中洪水一次历时一般57天,最大洪峰17小时,若遇大面积和长历时降雨可形成特大洪水,洪水历时会更长。本流域主汛期为69月,年最大流量多出现在6、7月份,以7月份出现的机会最多,约占50%左右,8月份出现年最大流量的机会较少,约占10%左右,9月份又相对较多,约占20%左右。楠梗河是一条以发电为主,开发目标单一的河流,从冶勒岔河至河口,属全省
2、近期中型水电站开发的重点河流之-O上游冶勒乡,属高原温带川西山地湿润气候区,年平均气温7.1,极端气温最高24.7C,极端最低气温-17。多年平均降雨量高达207.6毫米,年降雨日数200天,年平均相对湿度80%以上,植被覆盖良好,并有融雪补给河水,径流丰富、稳定。工程河段位于石棉县南部栗子坪场镇,距离石棉县城35km,据石棉气象站观测资料统计,其多年平均气温为16.5;多年平均降水量801.3mm;多年平均蒸发量1616.9mm;极端最高气温39.2,极端最低值一3.9;最大风速20ms;相对湿度69%。1.1.1 设计洪水LLLl设计洪水标准根据防洪标准(GB5020194),本堤防整治工
3、程位于石棉县栗子坪乡场镇,确定该堤防设计标准为10年一遇的洪水;参照堤防工程设计规范(GB/T5028698)确定该防洪堤工程的级别为V级。LLL2洪水特性楠梗河流域洪水主要由暴雨形成。流域属川西高原山地湿润气候区,暴雨发生次数较少,暴雨历时短、强度中等。洪水发生的时间与降雨季节一致,年最大流量发生在69月,多数集中在79月。根据南瓜桥水文站19631978年、楠梗河水文站19561959年实测资料分析,洪水过程陡涨陡落,峰型尖瘦。主要洪水过程一般为小于Id,全过程一般不超过2do洪水过程线以单峰为主,复峰较少,由于受电站影响峰形不规则,洪水年际变化小。据南瓜桥水文站实测资料统计,实测多年最大
4、洪水最大流量值为377m3s(1992年7月16日)、多年最大洪水最小流量值为179m3s(1977年9月18日),两者之比为2.11倍。南瓜桥水文站年最大流量各月发生频次统计表见43-1。表4.3-1南瓜桥水文站年最大流量各月发生频次统计表项目6月7月8月9月合计次数545519频率(%)26.321.126.326.3IOOLLL3设计洪水计算方法楠秘河流域源头龙头水库冶勒水库为年调节水库,水库具有削减洪峰的作用,由于该水库集水面积小,距离堤防工程较远,沿途汇入支流中,100km2以上就有6条,龙头水库对堤防河段洪水的削峰作用十分微小。楠秘河流域其余梯级电站均为径流式电站。因此,本次设计按
5、天然情况计算河道治理工程设计洪水。本堤防工程整治设计洪水拟采用南瓜桥面积修正法及推理公式法两种方法进行推求。(一)面积修正法(1)历史洪水调查及重现期确定根据四川省洪水调查资料,成勘院曾于1967年组织专业技术人员对楠梗河作全流域调查,先后进行过五次调查,四川省洪水调查资料上坝河段的调查洪水成果是以1962年和1981年两次成果为主,综合历次调查进行整编,其中的洪水年份及其顺位,以及流量成果,基本上采用1981年的复查成果,洪水调查位置分别在上坝河段及洗马姑河段。上坝河段处于高山峡谷地带的少数民族地区,人烟稀少,访问条件极差,根据四川省洪水调查资料,当时共访问了40多位老人,访问到洪水年份,调
6、查河段首大洪水1909年,一个洪痕;二大洪水1919年,无洪痕;三大洪水1934年,一个洪痕,精度较差;较大洪水年份还有1947年、1954年,均无洪痕。1960年、1962年两次调查的洪水年份1910年、1933年,经论证,分别改为1909年、1934年。上坝推流河段顺直长约100m,向下游趋向扩散,中枯水水面不连续,右岸高水温滩后为死水位,上坝河段调查洪水整编成果见4.3-2。表4.3-2上坝河段调查洪水整编成果表年份190919191934水位(m)999.0997.65流m3s769463量可靠度供参考供参考洗马姑至南瓜桥约6km范围内进行访问,沿河原住居民较少,多集中在洗马姑附近,访
7、问条件差,共访问老人十多人,大多居住较高,只有两个老人在河边,可提供一些洪水情况。调查到首大洪水为1963年,无洪痕;二大洪水1909年,洪痕一个;三大洪水为1919年,无洪痕;1934年洪痕一个;较大洪水有1947年,无洪痕,洪痕的可靠性较差。洗马姑推流河段顺直长约200m,河道断面呈喇叭形,左岸基岩出露,河底由卵石组成,右岸为斜坡,坡势平缓。洗马姑河段调查洪水整编成果见表4.3-3o表4.3-3洗马姑河段调查洪水整编成果表年份1863190919191934水位(m)986.24984.26流量m3s1030484可靠度供参考供参考根据四川省洪水调查资料,因无法考证1909年以前的洪水情况
8、,1909年以后未发生大洪水,暂定1909年的洪水重现期为97年。(2)年最大洪峰流量系列插补延长在南瓜桥水文站上游楠梗河干流上曾经有楠桃河水文站,楠梗河水文站控制集雨面积735km2,有19561959年实测流量资料,1960年3月撤站。在邻近的松林河流域、田湾河流域中分别有安顺场水文站、大泥口水文站,将南瓜桥水文站与安顺场水文站同期年最大洪水点绘相关图,其相关系数R=0.1927,相关性较差。大泥口站与设计流域距离相对较远,且大泥口水文站与南瓜桥水文站仅有5年并行观测时间,无法确定相关性,故不采用大泥口水文站资料进行移用。康定水文站处于折多河流域,气候及下垫面条件与南瓜桥流域有较大差异。石
9、棉水文站控制集水面积与楠梗河集水面积相差很大。经综合比较,采用位于南瓜桥水文站上游的栗子坪雨量站实测年最大24小时降雨量,与南瓜桥水文站对应年份实测流量资料建立相关关系,插补南瓜桥水文站缺测年份年最大流量资料,组成南瓜桥水文站19561959、19652005年(共计45年)不连续系列资料,19601964年无降雨资料,故未进行插补。由于点暴雨的代表性、洪水产、汇流条件等不尽一致影响,由暴雨推求年最大流量与实测流量的时间相应性不是很好,推求值与实测值相对误差较大,但暴雨推求的年最大系列与实测系列中的均值较为接近,故仍采用暴雨洪水相关法插补出南瓜桥水文站19651970、19791984、198
10、7、1989、19942005年共计26年的年最大洪峰流量,组成南瓜桥水文站19652005年连续41年系列资料。(3)南瓜桥洪峰流量系列代表性根据南瓜桥水文站1965年2005年连续年最大洪水系列资料点绘南瓜桥水文站年最大流量差积曲线,从附图2中可知,南瓜桥水文站1965年2005年连续年最大洪水系列已包括完整的大、中、小水年,且峰谷交替出现,系列具有代表性。(4)南瓜桥站设计洪水频率计算按年极大值独立取样法,采用南瓜桥水文站插补延长后的年最大流量资料,加入1909年、1934年两场调查洪水,按照不连续系列资料进行频率分析。以矩法计算统计参数初值,用PIII频率曲线适线、曲线和点距配合较好,
11、用目估法适线,确定其洪峰流量系列的统计参数。南二288m3/s、CV=O.43、Cs=50Cv)及洪水设计成果。南瓜桥水文站设计洪水成果见表4.3-4,南瓜桥水文站最大洪峰流量频率曲线见附图3。表4.3-4南瓜桥水文站年最大流量系列设计洪水成果表资料系列。南(m3/S)CvCs/Cv频率P(%)1210/3510插补后2880.435.0744654588536447(5)堤防工程设计洪水南瓜桥水文站处于堤防工程河段上游干流河道,将南瓜桥水文站设计洪水成果以面积比的三分之二次方移用到堤防工程河段,南瓜桥水文站控制断面以上集雨面积940km2,堤防工程河段以上集雨面积为677km2,洪水成果移用
12、公式为:F堤Q防二丘南23Q南式中:F堤一一-工程区防洪堤以上集雨面积F南南瓜桥水文站以上集雨面积整治堤防工程设计洪水成果计算见表4.3-5o表4.3-5整治堤防工程设计洪水成果表(面积修法)频率P(%)1210/3510洪峰流量597520467426355(6)设计洪水成果合理性为了论证设计洪水在地区分布上的合理性,将南瓜桥水文站设计洪水成果的统计参数与大渡河干流的泸定、石棉水文站、支流的康定水文站的统计参数对比:总体上大渡河干流上泸定、石棉站的CV和CS小于支流上折多河康定站、松林河安顺场站的CV和Cs值,同时流域面积愈小暴雨强度越大的,其CV和CS值相应也越大,南瓜桥站年最大流量统计参
13、数符合地区参数一般分布规律,成果合理可以取用。南瓜桥站和邻近站设计洪峰流量特征值比较见表4.3-6o表4.3-6南瓜桥站和邻近站年最大流量频率统计参数比较表河名站名集雨面积(Km2)均值(m3s)CvCs/Cv楠梗河南瓜桥9402880.435.0松林河安顺河14522330.224.0瓦斯河康定13541780.395.0大渡河泸定5894333700.213.5大渡河石棉6594648200.213.5因此,面积修正法计算的堤防工程设计洪水成果是合理的。(二)推理公式法推求设计洪水前述洪水计算中,对楠梗河流域年最大洪水资料系列插补较长(26年),已有19年实测年最大流量资料亦不连续,故为了
14、保证设计成果的合理可靠,近一步采用楠梗河流域栗子坪雨量站暴雨资料推求设计洪水,以作对比。各频率暴雨计算采用栗子坪雨量站实测雨量资料,通过频率计算推求,并采用四川省中小流域暴雨洪水计算手册(以下简称“手册”)中推荐公式计算堤址设计洪水,其计算洪水推理公式如下:SQ=O.278x-FQ最大流量一一-洪峰径流系数S暴雨雨力,即最大Ih暴雨量(mmh)流域汇流时间(h)n暴雨公式指数F集雨面积(Km2)(1)流域特征值F、L、J从万分之一地形图量算楠梗河栗子坪乡防洪治理河段以上的集雨面积F、河流长度L、平均坡降J、计算流域特征系数。等参数。见表4.3-7。表4.3-7防洪堤控制断面以上流域特征值表F(
15、Km2)L(km)J(%o)6774448.523.65(2)设计暴雨楠桃河流域有栗子坪雨量站19652005年共计41年实测暴雨资料,以点雨量代替流域雨量。以矩法计算统计参数初值,用P-In频率曲线适线、曲线和点距配合较好,用目估法适线,确定其洪峰流量系列的统计参数。年最大6、最大24小时暴雨资料参数。防洪堤各时段设计暴雨成果见表4.3-8o表4.3-8防洪堤设计点雨量成果表时段(h)均值(mm)CvCs/Cv最大6小时38.50.414.0最大24小时50.80.333.5(3)产、汇流参数根据工程自然地理情况及流域下垫面情况在四川省中小流域暴雨洪水计算手册选取综合产、汇流计算公式:产流参
16、数:=6F-0,9汇流参数:m=0.31802w;夕=LJ13F14代入本流域特征参数值计算得:。防二36.73,m防二0.737各频率洪峰流量计算成果见表4.3-9o表4.3-9整治堤防工程设计洪水成果表(推理公式法)频率P(%)1210/351020洪峰流量856723628539417321(4)设计洪水成果的合理性分析设计洪水成果与本地区实测洪峰模数相比,成果偏大,主要是因为推理公式主要适用于500km2以下的小流域,本工程集雨面积为677km2,集雨面积过大,暴雨不同频率的可能性增大,导致计算成果偏大。1.1.1.4整治堤防工程设计洪水成果取用参证站南瓜桥水文站与评价河段位于楠桃河的
17、上下游,经整理后,南瓜桥水文站具有19年实测年最大流量资料(含楠梗河水文站4年实测资料),缺测年份年最大流量资料采用楠桃河流域上游栗子坪雨量站的暴雨资料进行插补,统计参数与邻近大渡河上干支流站点比较,成果合理。推理公式法成果偏大,故以面积修正法将南瓜桥设计洪水成果移用至堤防工程。堤防工程设计洪水成果见表4.3-10。表4.3-10堤防工程设计洪水成果表频率P(%)1210/3510洪峰流量5975204674263551.1.2分期洪水由于南瓜桥水文站没有实测分期洪水资料,故采用邻近松林河流域安顺水文站实测资料推求。在施工分期洪水计算方法是:用冶勒水库至堤防工程区间的分期洪水加上冶勒水库发电最
18、大发电下泄流量48m3s069月分期洪水,按天然情况设计。堤防工程施工分期洪水成果见表4.3-11:表4311楠梗河分期洪水成果时段51020备注124月41.232.719.811一3月65.457.942.15月87.175.266.369月42635527810月88.274.967.41.1.3代表性断面水位流量关系曲线楠桃河栗子坪防洪治理河段代表性断面水位流量关系曲线按明渠稳定流中的曼宁公式即比降法计算,即:Q=A-R2,ijy2n式中:Q流量,以m3s计;A过水断面面积,以m2s计;R一水利半径,以m计;n河床糙率;j水面比降。计算中的有关参数,如过水面积,水力半径,根据河道断面资
19、料逐级水位计算。糙率值的选用,则根据已获审批的同类工程糙率值的实测资料分析,同时参照有关天然河道糙率表,综合分析选用。断面水位流量关系见下图所示。栗子坪防洪堤(踪牌枷顿)械流联系曲线图4-6楠梗河栗子坪防洪堤水位流量关系曲线1.1.4 河流泥沙L1.4.1泥沙来源楠桃河上游植被良好,人烟稀少,雨强小,地表冲刷较小,但流域内常有规模不大的滑坡、崩塌发生,另外由于人类活动影响也增加河流中泥沙来源。1.1.4.2悬移质泥沙楠桃河流域南瓜桥水文站有19711973、1986、19911993年悬移质泥沙实测资料,经统计分析,多年平均含沙量0.720kgm3,汛期多年平均含沙量0.81kgm3,多年平均
20、输沙率307kgs,多年平均输沙量97.4万吨。悬移质最大粒径1.73mm,中数粒径0.057mm,平均粒径0.025mm。表4.3-12南瓜桥水文站悬移质输沙量年内分配表月份1456789101112年输沙量(万t)0.101.0714.7136.8230.8812.471.360.1097.40占年输沙量(%)0.11.115.137.831.712.81.40.1100表4-13南瓜桥水文站悬移质颗粒级配表粒径(mm)0.0070.010.0250.050.10.250.51.02.0小于某粒径0.6612.32.47.60.74.83.92.10沙重百分比(%)873006201.1.
21、4.3推移质泥沙南瓜桥水文站及邻近流域均无推移质实测资料,推移质颗粒级配选用邻近松林河流域河床挖沙取样实验资料,其最大粒径为270mm,中粒粒径为135mm,床沙颗粒级配成果见表4.3-14o表4.3-14松林河河口床沙颗粒级配成果表粒径(mm)1.03.05.010204080100200300小于某粒径沙重百分数(%)02.04.88.013.521.033.229.068.6100工程河段推移质计算采用推悬比法估算,即:W推=PW悬,楠城河为山区河道,参考四川省水文手册取4=0.2,计算评价河段推移质多年平均输沙量为9.36万to1.1.5 排洪排涝规划1.1.5.1 排洪排涝规划标准楠
22、桃河穿行于深山峡谷之间,河流蜿蜒曲折,水流湍急,两岸岩石陡峭,河谷狭窄,多呈“V”型谷。栗子坪场镇局部地势较低,防洪工程实施之后,抗御楠柳河洪水基本上可以解决,但在防洪保护区内,汛期雨水和城市污水如不设法及时排出,势必将形成内涝。城市排洪排涝标准目前尚无统一的规定,城建部门设计地下排水管网通常依据室外排水设计规范(GBJI487),水利部门进行农田除涝排溃设计则主要依据水利工程水利计算规范(SLIO495)和水利动能设计手册(治涝分册)。参照类似工程,并结合涝区实际情况,确定排洪设计标准采用5年一遇(P=20%)。1.1.5.2 排洪排涝规划修建防洪堤后,带来两岸内涝问题,由于工程保护区地面高
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