某某河流域防洪初步设计报告.doc

1 1 综合说明综合说明 1.1 绪言绪言 1.1.1 工程地理位置工程地理位置 xx 河流域（以下简称“xx 河流域” ）位于 xx 天山北坡经济带的重要区域， 地处天山北麓准噶尔盆地南缘。东至塔西河，西至巴音沟河，南靠依连哈比尔 尕山与和静县相连，北接古尔班通古特沙漠。地理位置东经 850186 32，北纬 43274521，径流总面积 19800km2。 xx 河发源于天山北麓依连哈比尔尕山，流向由南向北，是准噶尔盆地南缘 最大的一条溶雪型山溪河流，干流全长 324km，多年平均径流量 13.15 亿 m3， 主要支流有清水河和呼斯台郭勒河。 本次防洪工程改造段位于红山嘴引水渠首至夹河子水库河段之间，起点位 置在 xx 河二级电站以南，xx 河河谷水源地管线起点处，以此向下游修建，改 造长度为 4.21km，主要防护对象为河谷水源地取水设施和输水管线、二级电站 引水渠，右岸 0.1 万亩耕地和 0.5 万人生命财产安全。 1.1.2 兴建缘由兴建缘由 xx 河流域总面积 1.98 万 km2，经过兵、地人民五十多年的开发建设，奇迹 般的将亘古荒原变成了绿洲，建立了辉煌的业绩。自 1959 年至今，修建了一系 列的水利水电工程，对保障地区经济发展和人民生命财产安全，发挥了重要的 作用。 xx 河流域包括行政区为：农八师石河子市、xx 县、沙湾县、农六师新湖总 场和克拉 xx 依市的小拐乡，总人口 124.87 万人，总耕地面积 486.025 万亩。 沿 xx 河两岸有许多重要的防护对象，如：xx 河的梯级电站、河谷水源地工程、 东岸大渠、xx 县火电厂、石河子开发区和石河子飞机场等。近年来，xx 河遭遇 连续丰水年，洪峰流量有加大趋势，河床泥沙淤积抬升、主流游荡，洪水灾害 频繁发生，对两岸的防护对象造成很大的危害和威胁。 xxxx 自治区水利水电勘测设计研究院于 2005 年 12 月完成了xxxx 河防洪 规划 ，此次防洪规划任务以堤防工程和河道治理规划为重点，对指导 xx 河防 洪工作具有重要的意义。 本次堤防工程位于二级电站引水渠首至红山嘴引水渠首 10km 之间，主要防 2 洪对象为 2009 年2010 年新建的 xx 河河谷水源地，河谷水源地不属于防洪总 体规划中防洪对象，但在原防洪规划中包含本段堤防规划内容，当时规划的防 洪对象主要为电站引水渠、各类渠系建筑物、xx 河伴行路、二级电站、三级电 站，两岸村庄，河谷耕地等。随着 2010 年河谷水源地的建成，本段的防洪任务 变得较重，且紧迫程度增加。故在资金有限的情况下，本段堤防优先进行建设。 1.1.3 编制依据编制依据 （1） xxxx 河防洪规划 ，xxxx 自治区水利水电勘测设计研究院 2005 年 12 月编制； （2） 防洪标准gb5020194； （3） 堤防工程设计规范gb5028698； （4） 堤防工程管理设计规范sl17196； （5） 水利水电工程初步设计报告编制规程dl502193； （6） xx 河管理章程 ； （7）工程可行性研究阶段上级主管部门审查评审意见。 按照xxxx 河防洪规划中的指导思想和原则，结合 xx 河洪水特性和防 洪工程现状，经过多方案比较，拟定 xx 河总体规划方案为：山区水库与堤防相 结合、近期与远期相结合的防洪总体方案。 在此防洪规划中，将肯斯瓦特水库坝址至二级电站引水渠首河段防洪标准 定为重现期 10 年一遇。将二级电站引水渠首至红山嘴引水渠首河段根据防洪对 象不同划分为不同的防洪标准，其中东岸二级电站引水渠及各类渠系建筑物防 洪标准确定为重现期 30 年一遇。东岸 xx 河伴行路、二级水电站、三级水电站、 输电线路等防洪对象均布置在二级台地上，位置较高，基本不存在洪水威胁， 防洪标准均不超过重现期 30 年一遇。 1.1.4 可行性研究报告主要结论可行性研究报告主要结论 受自治区水利厅 xx 河流域管理处的委托，我院承担本次河谷水源地防洪工 程的设计工作，可研阶段的设计工作已于 2011 年 6 月完成，并于 6 月 29 日通 过水利厅组织的专家评审，基本同意可研报告成果，主要审查意见结论如下： （1）xx 河是 xx 天山北坡经济带最大的一条河流，暴雨洪水，融雪洪水时 有发生。本次河道治理工程，可遏制河段水流的侵蚀，提高河道行洪能力，降 3 低河谷水源地、电站引水渠、村庄及耕地防洪风险，促进流域内经济可持续发 展，xx 河河谷水源地东岸防洪工程的建设是必要的。 （2）基本同意设计洪峰流量分析计算成果，工程断面 20 年一遇设计洪峰 流量为 945m3/s。下阶段应规范洪水计算方法及肯斯瓦特水库调洪演算出库洪水 的设计成果，并进一步分析红山嘴水文站洪水与肯斯瓦特水文站洪水的关系， 复核工程断面洪峰流量成果。 （3）原则同意报告提出的各控制性节点断面的水位流量关系分析计算成果。 应补充大洪水的水面线调查，结合调查成果对洪水位进行合理性分析。 （4）同意报告区域稳定性评价，地震动峰值加速度为 0.2g，对应地震基 本烈度为，区域稳定性差。基本同意防洪堤的工程地质条件评价。基本同意 天然建筑材料的评价意见，应进一步落实天然建筑材料的储量、质量及运距。 （5）同意工程的任务为通过建设永久性防洪堤工程，保护河段右岸水源地、 电站引水渠、耕地及人口等。基本同意本次选择 xx 河右岸 2+24012+040 段新 建堤防，建设长度 9.8km。基本同意按保护对象确定的防洪堤工程的洪水标准， 采用 20 年一遇的洪水标准进行设计，抵御洪水能力为 945m3/s。 （6）同意管理机构的设置及管理办法，本工程建设期项目法人为 xx 河管 理处，工程建成后仍由 xx 河流域管理处进行管理；基本同意工程管理范围和保 护范围；同意工程采用公开招标的形式，委托招标单位组织进行进行招标工作。 （7）基本同意施工期导流方式及施工排水措施；基本同意施工期交通布置 方案和施工总体布置；基本同意施工总进度及工期安排。 （8）工程临时占地和永久占地均在喝道管理范围内，不考虑占地赔偿问题。 （9）基本同意工程建设对环境影响的预测评价结论。对环境无大的不利影 响，且造成的不利影响可通过适当的环保措施进行减免。 （10）基本同意水土流失预测评价及所采取的水土保持措施与布局，应进 一步复核防治责任范围，细化水土保持设计。 （11）同意工程投资估算编制依据，基本同意编制原则及方法，同意按照 第二季度价格水平，总投资 2995.33 万元。 4 （12）基本同意国民经济评价原则和方法，本工程国民经济评价经济内部 收益率大于社会折现率，经济净现值大于零，经济效益费用比大于 1，在经济 上市合理可行的。 审查意见说明：审查意见说明：可研阶段的建设内容为整个河谷水源地 2+24012+040 段共 计 9.8km，工程概算为 2995.33 万元。由于受 2012 年度批复资金的限制，本工 程分期实施，2012 年具体实施 2+2406+450 段，共计 4.21km。 1.2 水文水文 1.2.1 水文水文 xx 河发源于天山北麓依连哈比尔尕山，流向由南向北，是准噶尔盆地南缘 最大的一条溶雪型山溪河流，干流全长 324km（河源至小拐） 。山区（红山嘴水 文站以上）集水面积 5156km2，河长 190km。 xx 河径流年内分配，主要集中在 69 月，水量占全年径流量的 80.3。 其中 7 月份和 8 月份水量占年径流量的 55.48。从历年实测的径流资料分析， 这部分洪水量主要来自高山区的积雪和冰川消融。也与春季气温回升的快慢有 关，春洪往往给下游各业造成较大的损失。冬季水量来源于泉水和地下水潜流 补给，水量小而且稳定，持续时间较长。 xx 河洪水主要集中于 7、8 月份，根据肯斯瓦特水文站实测洪水资料，历 史最大洪峰流量发生于 7、8 月份的占到绝大多数，仅 1976 年和 1984 年出现在 6 月下旬。洪水类型主要为冰川融雪型洪水、暴雨型洪水和混合型洪水。洪水 主要有峰不高但量大、持续时间长、时间和水量集中等特点。 xx 河属于一条多沙河流，泥沙来自于降雨溶雪对流域面的侵蚀和水流对河 道的冲刷。从河源至出山口，泥沙随高程的递减而逐渐增加。泥沙的特征，与 xx 天山北坡同类型河流的产沙情况基本一致，主要有年际变化很大、年内分配 集中、含沙量集中等特点。 由于红山嘴水文站断面以上泉水的汇入，根据红山嘴站的冰情观测资料 (1955 年1978 年)可以看出，河道开始结冰结日期在 11 月中旬，最早在 11 月 1 日(1957 年)，最晚为 12 月 20 日(1958 年)。全部融冰日期为 3 月中下旬， 最早为 1 月 13 日(1957 年)，最晚为 4 月 13 日(1957 年)，但是河道基本不封冻， 只是在 19651966、19661967 和 19701971 河道封冻了。自 1979 年电站引 5 水渠建成后，红山嘴断面以下河段冬季基本没有流水，也就没有冰情了。 xx 河水体比较洁净，物理性质为无色无味，在流量平稳期呈澄清状态。水 的类型以 ca+为主，ph 值一般为 8.0，矿化度约 0.2g/l，历年平均总硬度在 2.5mg/l 左右。红山嘴水文站平均离子总量为 257mg/l，离子径流量为 34.2104t。肯斯瓦特水文站平均离子总量为 1937mg/l，离子径流量为 20.6104t。根据石河子市环境保护部门对 xx 河肯斯瓦特水文站和红山嘴水文 站水质监测结果，采用内梅洛污染指数法，评价标准为地表水环境标准 gb38382002 第二类标准，评价结果为：水体属于一级清洁水质，多年水质变 化不大，相对比较稳定。 1.2.2 气象气象 xx 河流域属于典型的大陆性干旱气候区，系统的天气过程主要受强大的蒙 古高压和西风气流控制,其特点是：四季气温悬殊，干燥少雨，冬季长而夏季短； 气温年较差和日较差都很大，并有春季升温快、秋季降温迅速等特点。现以工 程所在地附近红山嘴水文站作为参证站，将其主要气象因子简述如下： 根据红山嘴水文站实测资料分析，红山嘴水文站多年平均气温 6.5，7 月 平均气温为 23.7，1 月平均气温为14.8，极端最高气温 39，极端最低 气温33.8。降水主要集中在春夏两季，多年平均降水量为 230.1mm，年最 大、最小降水量分别为 349.9mm 和 152.0mm。多年平均蒸发量(蒸发器为 20cm 型)为 2107.5mm。最大冻土深度为 137197，最大积雪深度 2540， 平均相对湿度在 4865之间。 1.3 工程地质工程地质 拟建的防洪规划河段位于天山褶皱带北麓乌鲁木齐山前坳陷内，受构造作 用，山前坳陷区形成了一系列与天山大致平行、走向 nww 的断裂。 根据中国地震动峰值加速度区划图gb183062001，地震动峰值加速度 为 0.2g，地震基本烈度为度。 工程区区内地下水埋深不等，对防洪堤工程影响不大，本河段地表水矿化 度较低，对钢筋混凝土及钢结构无腐蚀性。 根据水工建筑物抗冰冻设计规范 （sl21198）中对土的冻胀性的判别 标准，本次河道段筑堤及堤基均为属于非冻胀性土，不用采取抗冻胀措施。 6 工程区砂石料场，混凝土粗细骨料、卵石料储量丰富，各项技术指标均符 合要求。 1.4 工程任务和规模工程任务和规模 本期防洪工程的任务是建设 xx 河水源地 2+2406+450 段右岸防洪堤，解 决该河段水源地工程设施面临的防洪问题，并解决该河段右岸电站引水渠，1 千亩河谷耕地、5 千人农村人口等免受洪水威胁。 xx 河水源地由取水设施及输水管道等部分组成，取水区共设置 36 眼井， 单井深度为 90m，输水管道长度为 15.9km，直径为 1.4m。工程设计取水流量为 4m3/s。xx 河水源地工程为等中型工程，主要建筑物级别为 3 级。设计防洪标 准为 2o 年一遇，校洪防洪标准为 5o 年一遇。 根据防洪标准gb50201-94 及水利水电工程等级划分及洪水标准 sl2522000，并结合防护对象的工程等别及建筑物级别，确定本次堤防工程防 洪标准同水源地防洪标准，设计防洪标准为 20 年一遇，校核防洪标准为 5o 年 一遇。根据堤防工程设计规范gb50286-98 中的堤防工程的划分标准，确定 本次堤防工程的级别为 3 级。本次堤防工程建设桩号为 2+2406+450，总长度 为 4.21km。 1.5 工程布置及主要建筑物工程布置及主要建筑物 本次防洪工程桩号为 2+2406+450，主要是对 xx 河水源地取水设施、输 水干管、电站引水渠等进行防护，防护内容中最靠近河道的是 xx 河水源地输水 管线。防洪堤总体上沿着输水管线靠近河道侧布置。 本工程主要建筑物为防洪堤，防洪堤迎水面边坡 1:1.75，背水面边坡 1:1.5，迎水面采用 c20、f200 现浇混凝土板衬砌，护坡板厚度 15cm，防洪堤 采用天然砂砾石填筑，砂砾石填筑相对密度不小于 o.75。防洪堤现浇混凝土板 分缝尺寸为 3m3m，缝宽 2cm，高压闭孔板填缝。防洪堤顶设 c20、f200 现浇 混凝土封顶板，封顶板宽 o.3m，厚 6cm，每隔 1m 设一道缝，缝宽 2cm，高压闭 孔板填缝。 防洪堤每隔 500m 设置一错车道。错车道处堤顶宽 8.5m。 7 1.6 工程施工工程施工 本期 xx 河河谷水源地防洪工程，工期在一定程度上受春洪、气象条件和 已建工程运行条件影响，但大部分堤线距河道主流较远，可以选择非洪水期进 行施工，对工期影响不大。施工单位应按照规定的工期，精心安排，就可以确 保施工安全和已建工程的正常运行。 工程建设对外交通运输，可沿 312 国道和东岸大渠右岸的伴行公路及砂砾 石路面到达工程点。沿 312 国道向东可达乌鲁木齐，向西可达石河子市。施工 中所需三材、机械设备、生活物资、等均由 312 国道和东岸大渠右岸的伴行公 路运输。 工程主要工程量有：土方开挖 7.09 万 m3；土石方填筑 9.77 万 m3；砌石 1.16 万 m3。主要材料用量：水泥 1370t；柴油 83.41t；施工总工时 25.43 万个。 工程划分为两个标段，施工期初步定为 2012 年的 4 月 1 日至 7 月底，工期 为 100 天。 1.7 工程永久占地工程永久占地 本工程地处 xxxx 县 xx 河段右岸，本次修建防洪堤全长 3.315km，共计新 增占地 341.2 亩，其中工程占地 97.5 亩，管理范围占地 243.7 亩，占地范围均 为 xx 河河道管理范围。 1.8 水土保持水土保持 （1）防治目标：根据自治区三区划分公告，项目区处于水土流失重点治 理区，依据开发建设项目水土流失防治标准 （送审稿） ，本项目水土流失防 治标准为 iii 级标准。实现 6 大防治目标：扰动土地治理率达到 90以上，水 土流失总治理度达到 80以上，控制比为小于 2，拦渣率大于 90，由于项目 区土壤不具备植物生长条件，因而对林草覆盖率和植被恢复系数不做要求。 （2）防洪堤施工区水保措施 出于主体工程的安全，在施工过程中已采取了各项工程措施，如防洪堤采 用浆砌石护砌，沿线设置丁坝防冲，这些措施一方面保证了主体工程的安全， 另一方面减少了河道形洪期间洪水对岸坡的淘刷，减少了水土流失。因此仅对 施工工区内扰动河滩进行土地平整。根据主体工程设计，右侧影响带宽总计为 8 15m，平整土地工程量为 4.8hm。 （3）临时施工区水保措施 临时施工区主要包括砼拌和站、工区、汽车停放修理场地等一些临时场地， 本工程运料路线不需要修建临时道路，沿线交通便利。主要水保措施针对工程 内扰动地表进行平整。平整土地面积为 0.6hm。 本工程水土保持工程量：平整土地 5.4hm。 本工程水保措施概算总投资 9.09 万元，其中水土保持设施补偿费 3.96 万 元。 1.9 环境保护环境保护 主要环境保护目标 （1）保护 xx 河周围土壤、生态环境，防止土壤次生盐渍化和沼泽化，防 止干渠周围生态环境劣变。 （2）保护 xx 河的水质。满足地表水环境质量标准gb38382002。 （3）保护工程区空气环境和声环境。做好施工期环境保护工作，施工废 气排放应满足大气污染物综合排放标准(gb162971996)标准，限制施工过 程扬尘的产生；施工噪声应满足建筑施工场界噪声限值(gb1252390)标准 要求。 （4）优化施工组织设计，减少扰动范围；对因工程建设占用和破坏的草 地等应采取切实可行的有效恢复和补偿措施，防止产生新的水土流失。 （5）施工期保护施工人员人群健康。采取有效的卫生防疫手段，以保证 施工人员的健康问题。防止传染性疾病的扩散和漫延。 有利影响：本工程为防洪工程，工程建成运行后，将提高本段河道右岸相 应防洪对象的防洪标准，减少洪灾发生，保护了右岸居民和生产单位的生命财 产安全，有利于区域内经济可持续性发展。 不利影响：工程建设期间，将占用土地、破坏原生地表，产生一些新的水 土流失，机械设备、材料运输及施工人员日常生活等产生的废水、废气、废渣 将不同程度影响环境，但这些都是短期的、暂时的，随着工程的竣工都会得到 治理。 9 1.10 工程管理工程管理 本工程管理单位为自治区水利厅 xx 河流域管理处，xx 管处的机构设置一 直按照国家行业管理，定额定编，尚较完善。为了适应流域的管理要求，早在 1960 年由自治区批准成立了 xx 河流域管理委员会，水利厅 xx 河流域管理处 （以下简称 xx 管处）为其执行机构，1963 年通过了河流管理章程，1993 年对 章程进行了修改。章程明确了自治区 xx 管处在流域内实施水资源的分配，组织 防洪，协调水事纠纷，并负责 xx 河工程的管理维修等职能，经过多年的努力， 形成了一个完整的管理体系。 根据中华人民共和国河道管理条例和堤防工程管理设计规范 ，工程 管理范围确定为防洪堤外坡脚线外 50m，保护范围为外坡脚线外 100m 之内。 为确保工程质量和施工进度，工程建设期内实行项目法人负责制（项目法 人为自治区水利厅 xx 管处） ，施工实行招投标制，建设过程实行建设监理制。 根据工程实际情况，本工程划分为两个标段，其中 2+2404+350 段划分为一个 标段，4+3506+450 段划分为一个标段。 1.11 工程投资估算工程投资估算 本工程总投资 597.94 万元，其中：建筑工程投资 484.77 万元，临时工程 投资 26.96 万元，独立费用投资 49.08 万元，预备费 28.04 万元，水土保持工 程费 9.09 万元。 本工程总投资 597.94 万元，其中申请国家补助资金 400 万元，建设单位自 筹 197.94 万元。 1.12 经济评价经济评价 本项目的国民经济内部收益率为 8.80%，大于社会折现率。经济净现值为 169 万元，大于零，效益费用比为 1.23，大于 1，项目的各项指标均满足规范 要求。本工程实施后，可保证东岸大渠正常运行，保证下游灌区的农业生产， 具有很大的社会效益和经济效益，所以项目建设是必要的，项目应尽快实施。 10 2 水文水文 2.1 流域概况流域概况 xx 河流域位于天山以北，古尔班通古特沙漠南缘，流域面积为 26500km2。xx 河流域包括塔西河、xx 河、宁家河、金沟河、大南沟和巴音沟河 等六条较大的内陆河流，由南向北，最后流归尾闾 xx 湖。地理位置介于东经 85018622，北纬 43404530之间。按行政辖区划分，流域 内有石河子市、农八师 14 个农牧团场、昌吉州 xx 县、塔城地区沙湾县、农六 师新湖总场及克拉 xx 依小拐乡等行政区。 xx 河(以下简称 xx 河)发源于天山北坡的依连哈比尔尕山，流域内地势由 东南向西北倾斜，干流全长 324km(河源至小拐)，山区(红山嘴水文站断面以上)集 水面积 5156km2，平均海拔高程 3000m，河长 190km。沿程有花牛沟、韭菜萨依、 吉兰德、回回沟、希喀特萨依、哈熊沟、芦草沟、大(小)白杨沟、清水河等支 流，均在肯斯瓦特水文站以上汇入干流。河流依次流经中高山区、冲洪积扇区 和山前倾斜平原区，最后注入 xx 湖。 本次拟建的防洪堤位于 xx 河红山嘴渠首下游约 1.5km 处的右岸，防洪堤 长 3.3km，主要是防止洪水对东岸大渠的威胁。 2.2 气象气象 xx 河流域属于典型的大陆性干旱气候区，其特点是：四季气温悬殊，干燥 少雨，冬季长而夏季短；气温年较差和日较差都很大，并有春季升温快、秋季 降温迅速等特点。现以工程所在地附近红山嘴水文站作为参证站，将其主要气 11 象因子简述如下： 根据红山嘴水文站实测资料分析，红山嘴水文站多年平均气温 6.5，7 月平均气温为 23.7，1 月平均气温为-14.8，极端最高气温 39，极端最 低气温-33.8。降水主要集中在春夏两季，多年平均降水量为 230.1mm，年最 大、最小降水量分别为 349.9mm 和 152.0mm。多年平均蒸发量(蒸发器为 20cm 型)为 2107.5mm。红山嘴水文站多年逐月平均气温、蒸发量、降水量见表 2-1。 红山嘴水文站多年平均气温、降水量、蒸发量统计表红山嘴水文站多年平均气温、降水量、蒸发量统计表 表 2-1 项目单位1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月 气温 -14.8-11.5-1.410.417.122.023.7 降水 mm6.27.515.833.335.028.522.1 蒸发 mm8.515.662.3184.7302.0372.1404.3 项目单位8 月9 月10 月11 月12 月年值 气温 -2.3-10.96.5 降水 mm19.120.618.814.29.0230.1 蒸发 mm357.4240.6117.732.210.12107.5 由于红山嘴水文站缺少冻土和风速的观测资料，因此采用石河子气象站冻 土和风速、风向的观测资料进行分析，最大冻土深度为140cm。历年最大风速为 20m/s，各月最大风速及其对应的风向见表2-2。 各月最大风速及其对应风向统计表各月最大风速及其对应风向统计表 表 2-2 月份1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月10 月11 月12 月 最大风速 121218161820182014121012 风向 weewswwwwwwww 2.3 水文测验水文测验 xx 河自1952 年开始，共设水文站7 处，分别是：干流上的红霓沟煤窑站、 肯斯瓦特站、红山嘴站、杨家摆站、小拐站和支流清水河上的煤窑沟站、清水河 子站，测站分布见图2-1。以上水文站均为xxxx 自治区水利厅设立，由水文水资 源局直接管理。目前仅存肯斯瓦特站、红霓沟煤窑站和清水河子站。红山嘴站位 于 xx 河出山口处，自1995 年撤站后，由xx 河流域管理处引水渠首继续观测至今， 项目仅为径流一项。 12 13 红山嘴站为xx 河出山口控制站，站点位于东经8607，北纬4411，断面 控制了xx 河全部的地表径流。该站 1952 年 9 月建站，1953 年 7 月开始测验，控 制集水面积5156km2。主要测验项目有水位、流量、泥沙、蒸发、降水、水化学 等， 1995 年撤站以后，该站交自治区xx 河管理处管理，仍按照规范要求进行流量观 测。 红山嘴站由河道、凉州渠、青年渠、铁路渠和电站引水渠等测站组成红山嘴 (合成)站。 1956 年以前，测验断面迁移频繁，但是迁移范围都在1km 以内，前后资料视为相 同，可合并使用。主要资料年限为：径流51 年，泥沙24 年，降水36 年，蒸发31 年，气温26 年。各项观测资料经过水文站、水文水资源分局和水文 水资源局的整 编和审查，精度是可靠的。 本次拟建的防洪堤位于红山嘴断面下游约 1.5km 处，因此可以直接采用该 断面观测资料进行分析。 2.4 径流径流 2.4.1 径流特征径流特征 xx 河径流特征，与北疆多数混合型补给河流相似，主要受气温和降水的影 响，有着年际变化平缓，年内分配集中的特点。年径流量的多寡，与气温的高 低有着明显的联系，同时气温和降水又相互制约。也就是说，夏季天气晴朗气 温较高时，高山区永久性积雪和冰川融水量增加，此时降水量相对不大；阴雨 天气时气温偏低，冰雪融水量减少，而中低山区降雨产流较多。这种相互制约 的关系，使 xx 河年水量的年际变化相对平稳。频率分析结果见表 2-3。 xx 河径流年内分配，主要集中于 6 月9 月，水量占全年径流量的 78.65%(红山嘴断面)，其中 7 月和 8 月水量占年径流量的 54.01%。从历年实测 的径流资料分析，这部分水量主要来自高山区的积雪和冰川消融。每年春洪水 量虽然不大，但较集中，水量除与冬季积雪量有关外，也与春季气温回升的快 慢有关。冬季水量来源于冰川和地下水补给，量小且稳定，持续时间较长。xx 河径流年内分配见表 2-4。 14 红山嘴年径流频率计算成果表 表2-2单位：m3/s 实测系列项数n=51 理论频率曲线设计值表 qa=41.70cv=0.180cs=1.620r=9.000 频率p(%)kp设计值qp频率p(%)kp设计值qp 0.0102.32596.96630.0001.04943.752 0.1001.97282.22040.0000.99741.554 0.2001.86477.73850.0000.95439.773 0.5001.72171.76860.0000.91738.242 1.0001.61267.21670.0000.88436.871 2.0001.50262.62080.0000.85335.580 3.0001.43659.90190.0000.82234.275 5.0001.35456.44395.0000.80533.551 10.0001.23951.66897.0000.79633.211 20.0001.12146.74399.0000.78732.802 30.0001.04943.75299.9000.78032.514 15 红山嘴断面径流多年平均月分配表红山嘴断面径流多年平均月分配表 表 2-4 月份 项目 1月2月3月4月5月6月7月 q(m3/s)10.079.199.8911.8624.0275.12137.7 w(108m3)0.2700.2220.2650.3080.6431.9473.688 %2.091.722.052.384.9815.0728.54 月份 项目 8月9月10月11月12月年 q(m3/s)122.947.7221.7514.8411.8941.7 w(108m3)3.2911.2370.5830.3850.31813.16 %25.479.574.512.982.46100 2.4.2 径流系列代表性分析径流系列代表性分析 xx 河属于多水源补给的山溪性河流，径流的年际变化主要受气温和降水的 影响。根据xx 地表水资源分析，此类大、中型河流，年径流的 cv 值变幅 在 0.100.20 之间，cs/cv 一般在 4.00 左右。从红山嘴站 1954 年2004 年系 列频率分析上看，基本符合上述河流的普遍性规律，cs/cv 偏大是受最近几个 特丰水年的影响。从图 2-2图 2-3 上看，整个年径流量系列中包含了丰水年， 平水年和枯水年，丰、平、枯周期明显；从图 2-4 的年均流量逆累进均值曲线 上看，到 1972 年均值就基本稳定下来。可以认为，红山嘴站 51 年径流系列对 于总体的分布，具有较好的代表性。红山嘴径流分析成果见表 2-4。 2.5 洪水洪水 2.5.1 洪水成因及特征洪水成因及特征 xx 河洪水主要集中于7 月和8 月的汛期，据红山嘴站实测49 年洪水资料分析， 历年最大洪峰流量发生于七、八月份的占到绝大多数，仅1976 年和1984 年出现 在 6 月下旬。从年气温的变化过程来看，七月份平均气温最高，八月、六月次之； 从年降水过程来看，六月最大，五月、七月、八月随后。由此说明洪水的成因， 以高温期的冰川及永久性积雪融化为主，以降水补给为辅。 图 2-2 红红山山嘴嘴站站年年平平均均流流量量过过程程线线 30.0 35.0 40.0 45.0 50.0 55.0 60.0 65.0 19541959196419691974197919841989199419992004 年份 q(m3/s) 16 图 2-3 图 2-4 xx 河洪水特征主要有以下几点： 峰不高但量大。除个别年份出现较大洪峰外，其它多在200m3/s400m3/s 之间， 红红山山嘴嘴站站年年平平均均流流量量差差积积曲曲线线 -2.00 -1.50 -1.00 -0.50 0.00 0.50 19541959196419691974197919841989199419992004 年份 (ki/k-1) 红红山山嘴嘴站站年年平平均均流流量量逆逆累累计计均均值值曲曲线线 35.0 37.0 39.0 41.0 43.0 45.0 47.0 49.0 51.0 53.0 19541959196419691974197919841989199419992004 年份 q(m3/s) 17 平均为356m3/s。而多年平均一日洪量为0.229 亿 m3，相当于日均流量265m3/s， 与洪峰流量平均值相差不大。 持续时间长。一次洪水过程少则三、五天，多则十几天。多年平均一、三、七、 十五日洪量相当于日均流量265m3/s、230m3/s、200m3/s 和 177m3/s。实测最大一、 三、七、十五日洪量分别为0.694 亿 m3、1.356 亿 m3、2.496 亿 m3和 5.233 亿 m3，折合日流量为804m3/s、523m3/s、413m3/s 和 404m3/s，均超过洪峰均值。 时间和水量集中。洪水均发生于汛期，又多集中于7 月和8 月上旬，占 85%以上。 历年平均十五日洪量占全年径流量的18.8%。而实测最大十五日洪量接近多年平 均径流量的一半(43%)。 峰型多变。对40 余条实测过程线分析，一次洪水过程有单峰、双峰、多峰、 尖瘦型、矮胖型、峰高量大等不同类型，其中双峰和多峰型占到 65%以上。 2.5.2 洪水类型洪水类型 xx 河的洪水主要受气温和降水的影响。按照不同的成因，洪水主要分为三种类 型： 融雪(冰)型洪水。受气温控制，冰川及永久性积雪消融，洪水有明显的一日一 峰，峰谷变化较有规律。在整个汛期，这类洪水水量占很大的比重。春季如果积 雪量大，气温回升快，这时中、低山区和丘陵区的积雪融化也能形成较大的春洪。 暴雨型洪水。受局部天气和地形的影响，降雨也可形成有较大破坏能力的洪水。 暴雨一般发生在中、低山区，汇流速度较快，形成的洪水具有陡涨陡落，峰高量 少，水势汹猛的特点，这类洪水的历时很短，在数小时内即可完成。 混合型洪水 混合型洪水主要发生于7 月和8 月，由高山区的融雪(冰)洪水和中低山区的 暴雨洪水迭加而成。特点是洪峰高、洪量大、历时长。是水利工程、特别是拦河 水库的重点防范对象。据统计， xx 河历年最大洪水过程大部分都是这类洪水。如 干流上1963 年 8 月、1996 年 7 月和1999 年 7 月、8 月连续二次洪水过程，山区 均有较大的暴雨出现。 2.5.3 历史洪水历史洪水 对 xx 河的历史洪水，曾有多家单位先后进行过数次调查考证，其中包括铁 18 道部第一设计院、自治区公路局、 xx 农垦总局以及石河子水文水资源局。距今最 近的调查是1977 年由xx 农垦总局和石河子水文水资源局联合调查成果。此次调 查到1906 年、1923 年、1931 年和1940 年四次历史洪水，因调查年代已久，现 在 只能找到这次调查的部分分析计算成果，无法对其进行全面的复核与核实，但可 以知道这次的计算存在着以下问题： (1)从找到的部分分析计算成果中可知，调查指认的洪痕大都在中、下游河 段，而xx 河出山口以下的河段冲淤变化和两岸冲刷都很严重，历史洪水发生的 时间距调查计算年代已近40 年，在推求洪峰流量，没有对河床的变化做还原分 析。 (2)在调查到的四次历史洪水中，只有1931 年和1940 年的成果资料当时评为 可靠。由于调查到的洪痕大都在中、下游河段，因而，各站点 (煤窑、肯斯瓦特、 红山嘴)的洪峰流量是通过插补求得，插补计算时也没有对断面进行还原，查补 方法及计算精度不详。1931 年在肯斯瓦特处的洪峰流量为870m3/s，1940 年在红 山嘴出的洪峰流量为1440m3/s。 鉴于以上两点原因，加之xx 河 1999 年发生了有实测资料记录以来最大的一 场洪水，红山嘴断面实测最大洪峰流量1095m3/s，超过1931 年的调查值，接近 1940 年调查值。因此，在本次洪水设计中，仅采用1940 年红山嘴断面的较可靠 的历史调查洪水，而且根据调查到历史洪水的最早年份 1906 年至今从未发生 过大于1440m3/s 的洪水，因此在本次工作中，将该次历史调查洪水的重现期确 定为百年一遇。 2.5.4 洪水系列代表性分析洪水系列代表性分析 由于红山嘴站已有51 年(1953 年2003 年)的实测资料，可以满足规范中资 料年限的要求。从逐年洪峰流量过程线 (图 2-5)、峰流量差积曲线(图 2-6)和洪峰 流量逆累进均值过程线(图 2-7)上可以看出，整个洪水系列中包含了大、中、小 洪峰点据，说明现有51 年系列对总体也具有较好的代表性。 图 2-5 红山嘴站洪峰流量过程线 0 200 400 600 800 1000 1200 19531958196319681973197819831988199319982003 年份 q(m3/s) 19 图 2-6 图 2-7 因红山嘴站已有51 年(1953 年2003 年)的实测资料系列，洪峰 频率分析采用p-型曲线，用矩法计算其参数，适线法目估适线。 适线原则为：曲线尽量通过点群中心，适当照顾高水点据。洪峰流量 红山嘴站洪峰流量差积曲线图 -5.00 -4.00 -3.00 -2.00 -1.00 0.00 1.00 19531958196319681973197819831988199319982003 年份 (ki/k-1) 红山嘴站洪峰流量逆累进均值过程线 0 100 200 300 400 500 600 19531958196319681973197819831988199319982003 年份 q(m3/s) 20 设计成果见表2-5，频率曲线见图2-8。另将1940 年的历史调查洪水 作为百年一遇的历史洪水加入实测洪水系列中进行频率分析，频率分 析结果见表2-5。从表中可以看出，同频率下是否加入历史洪水的结 果仅差1%，因此在本次工作中确定采用实测洪水系列的分析结果， 即方法一的结果。 红山嘴断面洪峰流量频率计算结果表红山嘴断面洪峰流量频率计算结果表 表 2-5 单位：m3/s p(%) 项目均值 cvr 0.5123.35102050 方法一 3560.66.5152112831054892769574408268 方法二 3600.66.5153812971066902778580413271 注：方法一为实测洪峰系列分析结果，方法二为加入 1940 年历史洪水的分析结果。 红山嘴断面实测系列洪峰流量频率曲线图红山嘴断面实测系列洪峰流量频率曲线图 图 2-8 2.6 泥沙泥沙 2.6.1 泥沙成因及特性泥沙成因及特性 xx 河属于一条多沙河流。泥沙来源于降雨融雪汇流对流域面的侵蚀 和水流对河道的冲刷。从河源至出山口，泥沙随高程的递减而逐渐增 21 加。各段情况为：高山区为永久性积雪和冰川所覆盖，水体含沙量极 少，冰川下缘冰舌附近，由于冰碛物的存在，丰水期可随水流而下， 产生泥沙。海拔1500m3600m 地区，区域内植被发育良好，覆盖率 高， 虽本区降雨较丰沛，但对流域面的侵蚀不大，沙量主要来源于水流对 汇流沟、河的冲刷。流域山区中下游范围，覆盖层松散破碎，植被稀 少且多为草本，持水能力差，遇有降雨产流，大量泥沙就随水体进入 河道。此段河床纵坡也较大，水流对河床的切割和两岸的冲刷也十分 严重。从各区域而言，泥沙主要来源于山区的中下部。 xx 河的泥沙有如下特征： 泥沙的年季变化很大。降水是产沙多寡的主导因素，相应气温作用 不大。如果一年中降雨次数多、强度大，年输沙量就大，反之则少。 以肯斯瓦特站悬移质测验为例，实测最大年输沙量为1747.5 万 t(1999 年)，最小年输沙量为49.7 万 t(1992 年)，二者相差35 倍之 多，分别为均值的5.9 倍和 0.17 倍。 泥沙的年内分配集中。6 月8 月输沙量占到全年输沙量的 94.1%，7 月8 月占 80%以上。在这三个月中，特别是7 月和 8 月， 气温较高，流域覆盖层干燥松散，加之暴雨强度较大，河道水量大， 易于泥沙的产生和输送。冬季各月因水量小且平稳而且主要是冰川融 水和地下水补给，水体含沙量基本为零。 含沙量集中。与降雨有关，全年的沙量，主要集中在数日之内。如 1969 年 7 月 30 日红山嘴站日均悬移质输沙率为11200kg/s，相当于 96.8 万 t，占到全年输沙量的21.1%。肯斯瓦特站1987 年 7 月 14 日15 日二天的输沙量达到186.2 万 t，占当年总量的30.4%。 xx 河泥沙的上述特征，与xx 天山北坡同类型河流的产沙情况基本一 致。 2.6.2 悬移质泥沙统计悬移质泥沙统计 红山嘴站悬移质泥沙测验自1956 年1978 年共计22 年资料，其 22 中完整资料有18 年，根据观测资料分析红山嘴站多年平均悬移质输 沙 量为270 万 t，输沙率为85.6kg/s，同期含沙量为2.25kg/m3，侵蚀 模数524t/km2。多年平均逐月悬移质泥沙统计表见表2-7。 红红山山嘴嘴站站多多年年平平均均逐逐月月悬悬移移质质泥泥沙沙统统计计表表 表 2-7 月份1月2月3月4月5月6月7月 输沙率(kg/s) 91233.6187433 输沙量(104t) 0.0640.0341.423.119.0048.47115.97 比例(%) 0.000.000.010.010.030.180.43 月份8月9月10月11月12月年 输沙率(kg/s) 31725.70.780.240.1585.6 输沙量(104t) 84.916.660.210.060.04270 比例(%) 0.310.020.000.000.00100 1979 年电站引水渠的建成，减少了河道泥沙的量，因此只能采用 1979 年以后的观测资料(1983 年1989 年，其中1988 年资料不完整， 详见2-8)进行分析。从表中可以看出红山嘴断面的泥沙主要集中在 洪水期，是符合肯斯瓦特站泥沙分布规律的。设计断面由于人类活动 的影响，而且河道较宽，因此该河段属于淤积河段。 红山嘴河道站逐月输沙率表 表 2-8 单位：kg/s；万t 项目1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月10 月11 月12 月 年输 沙量 1983 年 000.000.009.3056.728049412.10000228 1984 年 000.992.031.6714413137111.6000055.6 1985 年 003.1311.033.41482541582.06000189 1986 年 000.416.196.7864.17615772.35000379 1987 年 000.513.9419.226913601573.30000484 1988 年 -9.708.09161607- 1989 年 000.661.314.829.8242211838.50000159 平均 000.954.8811.89121.80545.0312.511.65000249 2.6.3 推移质泥沙的估算推移质泥沙的估算 xx 河上各测站均缺少推移质泥沙测验资料。对于推移质的量，可采 23 用经验公式w推=w悬，并选择合适的经验系数 值推求。 巴音沟河属xx 河流域内的一条较大河流，其黑山头站控制集水面 积 1579km3(出山口控制站)，与xx 河比较，流域纵坡、下垫面及产流 和气象条件均类似，可参照这条河上的 值计算肯斯瓦特断面的推 移质输沙量。黑山头站有5 年悬沙和推沙同期观测资料，见表2-9。 从上表中可以看出，推沙与悬沙之比最小为0.129，最大为 0.225，平均为0.158，符合经验系数 值在山区0.150.30 的取值 范围。参照其值，在肯斯瓦特站断面取=0.20，由此推算肯斯瓦特 断面多年平均推移质输沙量为w推=0.20270=54.0 万 t。 巴巴音音沟沟河河黑黑山山头头站站推推沙沙与与悬悬沙沙比比例例值值表表 表2-9 年份 项目 19641965196619681969 平均 年推移质(万吨) 26.5733.3335.317.0433.829.21 年悬移质(万吨)6 0.1340.2250.1740.1520.1290.158 从理论上分析，推移质沙量在年际变化和年内分配上，应与悬移 质沙量一致。 2.7 设计洪水水面线设计洪水水面线 设计洪水水面线的计算是以红山嘴站的洪水资料以及本次拟建防 洪堤段实测的4 条横断面(见图册中河道横断面现状图)资料为设计依 据。从该图中可以看出该河段属于宽浅式河道，部分河段已无法区分 出主河道和河漫滩，而且主河道过流能力有限，绝大部分水量还是经 河漫滩流向下游，因此在本次工作中将主河槽和河漫滩的糙率确定为 统一的数值。 由于拟建的防洪堤工程位于红山嘴水文站附近，而且拟建的防洪 堤仅3.3km，因此可以直接采用红山嘴站的洪水分析结果。 根据工程防洪标准以及施工组织安排，本次只计算30 年一遇洪 24 水对应的水位。计算采用断面比降法，结果见表2-10。河道水面线见 图 2-9。 各各断断面面水水位位、流流速速及及最最大大水水深深计计算算表表 ( (p p= =3 3. .3 33 3% %) ) 表 2-10 序号桩号水位(m) 最大水深 (m) 过水断面 面积(m2) 湿周 ni 10+000573.301.48432.95551.500.0360.0076 20+800579.401.59423.93551.800.0360.0082 32+000589.681.55424.79581.560.0360.0087 42+600595.021.35407.23508.050.0360.0083 53+200599.651.64404.42519.100.0360.0088 防洪堤段河道水面线图