【正文】 華北水利水電大學(xué) 23 第 5 章 工程的規(guī)模與任務(wù) 工程現(xiàn)狀及存在的問題 工程現(xiàn)狀 黃龍渠在 1956 年進(jìn)行治理，經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的運(yùn)行，河道嚴(yán)重淤積，過流斷面明顯減小，堤防殘缺、高度下降。 ⑶ 投入嚴(yán)重不足，問題日益突出 長期以來，黃龍渠治理缺乏投資機(jī)制和渠道，治理資金嚴(yán)重不足。 根據(jù)黃龍渠流域防洪保護(hù)區(qū)的重要性及未來發(fā)展預(yù)測，依據(jù) 防洪標(biāo)準(zhǔn) 等規(guī)范要求，并參考其上一級(jí)河道的防洪標(biāo)準(zhǔn)，確定黃龍渠的規(guī)化治理標(biāo)準(zhǔn)為 20 年一遇，排澇標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到 5 年一遇。本次黃龍渠治理工程充分考慮上下游和左右岸關(guān)系，按照輕重緩急要求，集中力量，確保重點(diǎn)，選取技術(shù)可行、防洪效益突出的河段進(jìn)行治理。 方案二、復(fù)式斷面。 河道兩岸邊坡均為 1： 。計(jì)算公式為： 水位 H=Δh+h， 其中 Δh為河底高程。土料填筑標(biāo)準(zhǔn)為壓實(shí)度不小于 。 表 58 堤防工程頂部安全加高 (m) 防浪條件 堤 防 級(jí) 別 1 2 3 4 5 不允許越浪 允許越 浪 經(jīng)計(jì)算，左右堤超高為 y=R+e+A=+=。 直接按《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》附表確定 表 風(fēng)浪要素參數(shù)表 堤防 F（ m） V（ m/s） d（ m） H（ m） T（ s） L（ m） 華北水利水電大學(xué) 33 左右堤 500 ⑵ 波浪爬高 波浪爬高按下式計(jì)算 HLm KKKR PVP 21 ? ??? ? 式中 ： RP—累積頻率為 P 的波浪爬高 ， m； KΔ—坡面系數(shù) ； KV—風(fēng)速系數(shù)； KP—爬高累積頻率換算系數(shù)； m—斜坡坡率。 堤防工程設(shè)計(jì) 由于本次黃龍渠治理范圍內(nèi)上游現(xiàn)狀沒有堤防，但為了 汛期安全，本次設(shè)計(jì)堤防 。 計(jì) 算 成 果 見 表 54 。 方案三、矩形斷面。 河道橫斷面 設(shè)計(jì) 河道橫斷面設(shè)計(jì)是河道治理的重要內(nèi)容，在河道橫斷面設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮滿足河道的防洪除澇要求。 （ 7）其它有關(guān)河道管理、規(guī)劃、設(shè)計(jì)的資料。 ⑵ 為促進(jìn)本縣流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，維護(hù)河流健康，加強(qiáng)對(duì)黃龍渠臨潁段 的管理，既要強(qiáng)化相應(yīng)的建設(shè)管理機(jī)構(gòu)，又要多方籌措資金用于河道的養(yǎng)護(hù)。一些中小河流流域水土流失嚴(yán)重，加上不合理的采砂以及攔河設(shè)障，向河道傾倒垃圾，違章建筑等侵占河道的現(xiàn)象日漸增多，多年未 實(shí)施大規(guī)模清淤，致使河道萎縮嚴(yán)重，行洪能力逐步降低，對(duì)縣鄉(xiāng)的防洪安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。 根據(jù)表 22 中 43 中 ① 、 ② 兩欄的對(duì)應(yīng)數(shù)值點(diǎn)繪曲線， ⑵ 、調(diào)整參數(shù)大小，使曲線與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)擬合。 ⑷ 、 根據(jù)三個(gè)統(tǒng)計(jì)參數(shù)查 K 值表，計(jì)算出各頻率對(duì)應(yīng)的變量值，用水文頻率分析軟件，繪出一條皮爾遜 III 型理論頻率曲線。計(jì)算公式： cK? 其 中： cFFK /? ； Q ， cQ ——分別為設(shè)計(jì)流域和參證站集水區(qū)域的徑流量 ， m3/s； F ， cF ——分別為設(shè)計(jì)流域的流域面積和參證站的集水區(qū)域， km2； K ——為修正系數(shù) 。 根據(jù)河流的產(chǎn)匯流條件，對(duì)黃龍渠各設(shè)計(jì)斷面排澇流量進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式采用平原區(qū)排水模數(shù)公式： FQ ? 式中： Q—設(shè)計(jì)洪峰 （ m3/s） ； K—峰量系數(shù)，取 ； F—匯水面積 （ km2） ； R—設(shè)計(jì)凈雨 （ mm）， 由暴雨圖集查降雨徑 流相關(guān)圖獲?。? a—綜合折減系數(shù)。 表 313 24 小時(shí)凈雨與洪量計(jì)算表 重現(xiàn)期 50 年 20 年 10 年 5 年 備 注 P(mm) R6=R24(H6/H24) Pa(mm) 100 75 75 50 P+Pa(mm) R24(mm) 190 131 108 62 R6(mm) W24洪量 （ 萬 m179。 表 34 暴雨遞減指數(shù) n n1p n2p n3p p=% P=% p=% p=10% p=20% 24 小時(shí)設(shè)計(jì)雨型 采用長 短歷時(shí)雨量同頻率相包形式，雨型時(shí)程分配見表 35 至 表 39， 表中各時(shí)段雨量由上面給出的各式計(jì)算。 表 33 各頻率設(shè)計(jì)洪水面雨量表 “84 圖集 ” 時(shí)段 t（ h） 折減 系數(shù) P=1%(100) P=2%(50) P=5%(20) P=10%(10) P=20%(5) Htp tpH Htp tpH Htp tpH Htp tpH Htp tpH 1039。 其他不同歷時(shí)的設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量通過暴雨遞減指數(shù)由下列各式計(jì)算： t1 小時(shí) Htp=H1p? t1n1 t=1—6 小時(shí) Htp=H1p? t1n2 t=1—6 小時(shí) Htp=H24p? 24n31? t1n3 其中 H1p、 H24p 為設(shè)計(jì) 24 小時(shí)點(diǎn)雨量， t 為設(shè)計(jì)歷時(shí)， n n n3 為設(shè)計(jì)點(diǎn)暴雨遞減指數(shù)。在實(shí)際工作中十分重視對(duì)洪水系列的資料審查，資料審查主要包括可靠性審查、一致性審查和代表性審查。河道全長 ，流域面積 。 施工階段 施工階段水文計(jì)算的任務(wù)是確定臨時(shí)性水工建筑物的規(guī)模，提供施工期設(shè)計(jì)洪水。 治澇標(biāo)準(zhǔn)是指河道疏浚后的排水標(biāo)準(zhǔn)，通常采用 3—5 年一遇標(biāo)準(zhǔn)，少數(shù)重要地區(qū)采用 10 年一遇排水標(biāo)準(zhǔn)。水利計(jì)算成果是選擇河流治理和開發(fā)方案、確定工程任務(wù)、工程規(guī)模、工程開發(fā)程序、工程運(yùn)用方式等的依據(jù)。計(jì)算內(nèi)容有各種設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（包括可能最大暴雨）時(shí)段的點(diǎn)雨量、面平均雨量等。通常治水前，都要事先制定水利規(guī)劃的方案，估算治水工程的投入與產(chǎn)出。 本論文的分析計(jì)算主要包括 五 個(gè)方面： 設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量、面雨量的計(jì)算； 推求設(shè)計(jì)洪峰流量與洪量；推求施工期設(shè)計(jì)洪水；水面線的計(jì)算；確定堤頂高程。 在第一部分，由于 黃龍渠 沒有實(shí)測降雨資料，所以要借助于暴雨圖集 中的數(shù)據(jù) ， 計(jì)算 不同設(shè)計(jì)頻率的點(diǎn)雨量，再由點(diǎn)面折算關(guān)系得出治理河渠的面雨量， 最后 根據(jù)降雨徑流關(guān)系推求出設(shè)計(jì)凈雨； 在 第 二 部分，設(shè)計(jì)凈雨已經(jīng)計(jì)算出來，采用平原區(qū)排水公式公式即可計(jì)算出不同斷面面積的 洪峰 流量 與洪量 ； 在 第 三 部分中，由于 黃龍渠 沒有實(shí)測資料，所以 運(yùn) 用水文比擬法，對(duì)參證站年平均徑流量進(jìn)行頻率計(jì)算， 再 采用適線法選擇理論頻率曲線，根據(jù)規(guī)范上的規(guī)定選擇設(shè)計(jì) 頻 率，計(jì)算設(shè)計(jì)年徑流；在第 四 部分中 ， 根據(jù)河道的特點(diǎn)， 將河道劃分為適宜計(jì)算河段后 ,以 恒定非均勻漸變流的能量方程為理論基礎(chǔ)，即可 從治理末端 開始，由下游向上游逐段推算 ；為了河道汛期的安全，所以第 五部分是根據(jù)堤防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算堤頂高程。編制規(guī)劃的方法是在實(shí)地勘測調(diào)查研究 的基礎(chǔ)上，擬定各種治理方案，通過水文、水利計(jì)算和經(jīng)濟(jì)效益分析，從中選出最優(yōu)治理方案。然后通過等流時(shí)線、單位過程線等方法求出設(shè)計(jì)洪水過程線。 水利計(jì)算比較復(fù)雜，可分為防洪計(jì)算、治澇計(jì)算、城鎮(zhèn)生活和工業(yè)供水計(jì)算、灌溉計(jì)算和水庫泥沙計(jì)算等，本文只前兩方面的計(jì)算，現(xiàn)分述如下： ⑴ 防洪計(jì)算。按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)求出按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)求出設(shè)計(jì)洪峰和設(shè)計(jì)洪水過程線后 ,可進(jìn)行排水河道斷面設(shè)計(jì)。水利工程工期一般較長，往往需要一個(gè)季度甚至幾年，在施工期間必須對(duì)施工期水文情勢有所了解。屬平原地貌，地勢由西向東傾斜 ,自然坡度為 1/30001/4000，地面高程在 ，平均地面比降為 1/3500。 資料的可靠性是指資料的正確與否，要從流量資料的測驗(yàn)方法、水位流量關(guān)系、整編精度和水量平衡等方面。 計(jì)算出四種暴雨歷時(shí)在不同頻率下的設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量，計(jì)算結(jié)果見表 31。 1 6 24 “73 圖集 ” 24 不同時(shí)期所依據(jù)的水文資料年限不同、所采用的研究方法不同，都可能導(dǎo)致各時(shí)期設(shè)計(jì)洪水成果的差異。 華北水利水電大學(xué) 5 表 35 P=1%時(shí)的 24 小時(shí)雨型分配 時(shí)間 (h) 1—6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 時(shí)段雨量Ht 雨型 華北水利水電大學(xué) 6 表 36 P=2%時(shí)的 24 小時(shí)雨型分配 時(shí)間 (h) 1—6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 時(shí)段雨量Ht 雨型 華北水利水電大學(xué) 7 表 37 P=5%時(shí)的 24 小時(shí)雨型分配 時(shí)間 (h) 1—6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 時(shí)段雨量Ht 雨型 華北水利水電大學(xué) 8 表 38 P=10%時(shí)的 24 小時(shí)雨型分配 時(shí)間 (h) 1—6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 時(shí)段雨量Ht 雨型 華北水利水電大學(xué) 9 表 39 P=20%時(shí)的 24 小時(shí)雨型分配表 時(shí)間 (h) 1—6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 時(shí)段雨量Ht 雨型 華北水利水電大學(xué) 10 設(shè)計(jì)凈雨與洪量 設(shè)計(jì)凈雨計(jì)算 ⑴ 、 研究區(qū)域流域面積較小，匯流時(shí)間短，經(jīng)分析，選用最大 24 小時(shí)暴雨進(jìn)行分析計(jì)算較為合理 。） 設(shè)計(jì)雨型 凈雨時(shí)程分配比例，按《圖集》表三及 n n3查用 ， 見表 314， 各設(shè)計(jì)頻率 24小時(shí)凈雨概化時(shí)程結(jié)果見表 315。 各設(shè)計(jì)斷面匯流區(qū)域內(nèi)下墊面條件對(duì)匯排水有不同的滯蓄作用，洪水標(biāo)準(zhǔn)越高，洪峰消減越明顯，經(jīng)分析，選用綜合折減系數(shù)見表 317。 參證流域的選擇 參證流域的選取應(yīng)遵循以下原則： ⑴ 、參證流 域與設(shè)計(jì)流域必須在同一氣候區(qū)，且下墊面條件相似： ⑵ 、 參證流域應(yīng)具有實(shí)測徑流資料系列，且代表性好； ⑶ 、 參證流域與設(shè)計(jì)流域面積相差不能太大。 ⑸ 、分析理論曲線頻率曲線與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)的擬合情況，如果滿意，則該曲線對(duì)應(yīng)的三個(gè)統(tǒng)計(jì)參數(shù)就作為總體參數(shù)的估計(jì)值。在 調(diào)整參數(shù)時(shí)應(yīng)遵循一下原則： Cv華北水利水電大學(xué) 20 越 大，隨機(jī)變量相對(duì)于均值越離散，頻率曲線變得越來越陡； Cs 越大，頻率曲線曲率越大即頻率曲線的上端愈陡，下端愈平緩，中部愈向左偏。 黃龍渠多年來未得到治理，河道窄小，河床淤積嚴(yán)重，堤防損壞嚴(yán)重，除澇和防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低，洪澇災(zāi)害頻發(fā)；另外，由于水資源的無序開發(fā)和污染物、雜物的堵塞，造成河流基本功能衰退，使流域內(nèi)居民生命健康受到威脅。 工程規(guī)模 通過重點(diǎn)地區(qū)中小河流的近期治理，使黃龍渠的防洪能力得到增強(qiáng)、流域所涉及的主要鄉(xiāng)鎮(zhèn)，基本設(shè)施，基本農(nóng)田等防洪保護(hù)對(duì)象的防洪標(biāo)準(zhǔn)有較大提高。 設(shè)計(jì)原則 ⑴ 、 貫徹 “全面規(guī)劃，統(tǒng)籌兼顧，標(biāo)本兼治，綜合治理 ”的原則。 為了確定最佳的河道斷面，本次進(jìn)行了三種方案的必選： 方案一、梯形斷面。矩形斷面占地少， 挖方量小，是河道使用較多的形式，但由于矩形斷面需筑擋土墻，因而投資大，施工相對(duì)困難，因而在條件允許的情況下盡量不采用。華北水利水電大學(xué) 30 表 54 黃龍渠治理工程水力要素表 河名 控制地點(diǎn) 樁號(hào) 除澇斷面設(shè)計(jì) 防洪斷面設(shè)計(jì) 河線距（ m） n 底寬（ m） 邊坡 河底 比降 流量 Q (m3/s) 流速 V （ m/s） 5 年除 澇水 深 （ m） 流量 Q (m3/s) 流速 V （ m/s） 20 年防洪水 深 （ m） 黃龍渠 老潁河 4+400 1600 4 1： 2 6+0 15600 6 1： 2 21+600 7000 8 1： 2 28+600 3200 10 1： 2 清異河口 31+800 華北水利水電大學(xué) 31 河道水