益阳沧水铺至宁乡公路路基工程A2标段项目水运中转码头水文分析计算(修改版)

水文证 乙 字第180506号 益阳沧水铺至宁乡公路路基A2标段项目水运中转码头 水文分析计算 （修改版） 湖南省益阳水文水资源勘测局 二0一0年四月 证书名称：水文、水资源调查评价资质证书 证书等级：乙级 证书编号：水文证 乙 字第180506号 发证机关：湖南省水利厅 持证单位：湖南省益阳水文水资源勘测局 审      定:  杨国兵 审      核:  彭政华 项 目 负责: 余德华 项目参加者:  罗伟荣    王晓阳 李  丹    刘鹏翼 目    录 1. 概述    1 1.1 项目背景    1 1.2 分析计算依据    2 1.3 技术线路及工作内容    3 1.4 高程系统    4 2. 基本情况    5 2.1 项目概况    5 2.2 流域概况    6 2.3 流域内水文气象特点    8 2.4河段防洪    8 2.5 现有水利工程及其它设施情况    9 2.6 水利规划及实施安排    11 3. 设计洪水分析计算    12 3.1 水文分析计算    12 3.2壅水分析计算    15 4. 计算成果与建议    22 4.1 计算成果    22 4.2 建议    23 附图一：资水流域水系图及水文站网分布图    25 附图二：码头位置地形图    26 1. 概述 1.1 项目背景 益阳城际干道益阳沧水铺至宁乡公路段是益阳市重点工程项目，是益阳通往长沙的重要城际交通干道。城际干道益阳沧水铺至宁乡公路的修建能有效地解决益阳至长沙的交通压力，形成区域内更加合理的公路交通网络。该项目指挥部规定公路、桥梁碎石必须从桃源取用，长沙市基础基建公司中标后对所需碎石采用水运从桃源进货。为搞好运输中转，拟定在距益阳资江二桥下游约3Km处的千家洲高丰村修建水运中转码头。 根据《中华人民共和国水法》第三章二十四条和《中华人民共和国河道管理条例》第二章十一条规定：“未经有关主管部门批准，不得在河床、河滩内修建建筑物”，“修建开发水利、防治水害、整治河道的各项工程和跨河、穿堤、穿河、临河的桥梁、码头、道路、渡口、管道、缆线等建筑物及设施，建设单位必须按照河道管理权限，将工程建设报送河道主管机关审查同意后，方可按照基本建设程序履行审批手续”。《防洪法》第二十七条规定，“建设跨河、穿河、穿堤、临河的桥梁、码头、道路、渡口、管道、缆线、取水、排水等工程设施，应当符合防洪标准、岸线规划、航运和其他技术要求，不得危害堤防安全，影响河势稳定、妨碍行洪畅通；其可行性研究报告按照国家规定的基本建设程序报请批准前，其中的工程建设方案应当经有关水行政主管部门根据前述防洪要求审查同意。前款工程设施需要占用河道、湖泊管理范围内土地，跨越河道、湖泊空间或者穿越河床的，建设单位应当经有关水行政主管部门对该工程设施建设的位置和界限审查批准后，方可依法办理开工手续；安排施工时，应当按照水行政主管部门审查批准的位置和界限进行。” 为有利于工程的建设，确保工程建设的安全，同时为河道管理单位和水利行政主管部门提供科学可靠的涉水建设项目审批依据，受长沙市基础基建公司的委托，湖南省益阳水文水资源勘测局将对益阳沧水铺至宁乡公路路基工程A2标段项目水运中转码头进行水文分析计算，为河道管理单位及水利行政主管部门提供科学可靠的审批依据。 1.2 分析计算依据 1.2.1国家有关法律、法规及有关规定 (1)《中华人民共和国水法》（2002年10月1日）； (2)《中华人民共和国防洪法》（1998年1月1日）； (3)《中华人民共和国河道管理条例》（1988年6月10日）； (4)水利部、国家计委水政〔1992〕７号《河道管理范围内建设项目管理的有关规定》（1992年4月3日）； (5)《湖南省实施<中华人民共和国水法>办法》（2004年5月31日）； (6)《湖南省实施<中华人民共和国河道管理条例>办法》（修正版）（2008年1月2日）； (7)湘水电政[1992]第06号《河道管理范围内建设项目管理的有关规定》（1992年）。 1.2.2有关技术规范和技术标准 (1)中华人民共和国国家标准《防洪标准》（GB 50201—1994，1995年1月）； (2)中华人民共和国国家标准《河流流量测验规范》（GBJ 138—90，1991年6月1日）； (3)中华人民共和国国家标准《堤防工程设计规范》（GB 50286-1998，1998年10月15日）； (4)中华人民共和国国家标准《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-99，1999年8月1日）； (5)中华人民共和国行业标准《水利水电工程设计洪水计算规范》(SL44-93，1993年12月20日) ； （6）中华人民共和国行业标准《水利水电工程水文计算规范》（2002年9月28日）； (7)中华人民共和国行业标准《公路工程水文勘测设计规范》（2002年10月）。 1.2.3有关规划和技术文件 (1)《湖南省洪水调查资料》(湖南省水文总站，1987年)； (2)《湖南省河渠糙率》(湖南省水文总站，1988年)； (3)《中华人民共和国水文年鉴》(长江流域水文资料)第13册； (4) 《资水流域防洪规划复核报告》； 1.3 技术线路及工作内容 本报告根据水文分析计算的基本原理及方法和业主要求进行编制。参考有关资料采用《水利工程水利计算规范》、《水利水电工程设计洪水计算规范》、《工程水文》等相关书籍中的计算方法进行分析计算。主要工作内容及技术路线如下： 1.3.1工作内容 （1）收集整理与工程建设相关的水文资料和码头工程相关资料。 （2）采用桃江水文站、益阳水文站实测水文资料，加入历史洪水调查资料，进行设计洪水计算；考虑不利洪水组合下，推求码头泊位处受柘溪水库调洪影响下不同频率的设计洪水。 （3）采用经验公式和水面线法进行阻水壅高计算。 1.3.2技术路线 （1）设计洪水：利用桃江水文站、益阳水文站长系列实测水文资料，推求码头泊位处受柘溪水库调洪影响下不同频率设计洪峰流量，进而得出码头泊位处不同频率下的设计洪峰水位。 （2）阻水壅高计算：采用经验公式和水面线法进行码头工程阻水壅高计算，并计算出壅水高度和壅水影响范围。 1.4 高程系统 除特别说明外，本报告中基面则采用吴淞高程。 2. 基本情况 2.1 项目概况 益阳城际干道益阳沧水铺至宁乡公路段的修建能有效地解决益阳至长沙的交通压力，形成区域内更加合理的公路交通网络，促进益阳市的经济发展。 水运中转码头是益阳沧水铺至宁乡公路建设必备的条件之一。项目指挥部规定公路、桥梁碎石必须从桃源取用，长沙市基础基建公司中标后对所需碎石拟采用水运从桃源进货。因此，在千家洲高丰村修建水运中转码头对城际干道益阳沧水铺至宁乡公路段的建设是必需的。 千家洲高丰村水运中转码头河段河床稳定，前沿河面宽阔，水深条件较好，码头处开挖及维护疏浚量不多。工程范围内地质条件较好，码头前沿离主航道有足够的距离，满足航道安全的要求；码头未产生污染环境的有害物质，满足环保要求；码头为河道内河滩，不涉及拆迁，建设用地较易解决。 2.1.1工程位置 水运中转码头位于资水右岸的益阳市赫山区千家洲高丰村（烂泥湖垸），对岸为资阳区清水塘村（长春垸），码头位于益阳二桥下游3Km左右，益阳水文站下游5Km左右。 2.1.2工程建设规模与设计标准 本码头为水运中转碎石码头，码头顶部设计高程为33.50m。 2.1.3码头布置 水运中转码头工程作业区前沿线距右岸堤防外肩线距离为35～112.5m之间（见附图二），顺水流布置，码头泊位处现状河底高程在28.00m以上的河床将开挖至28.00m以下，经适当疏浚后码头前沿可直接与主航道相连。装载碎石的船舶即卸即走，无需等待，本项目不设专用锚地。 2.2 流域概况 资水是长江流域洞庭湖水系的第三大河流，位于湖南省中部，介于湘、沅两水之间。地理坐标在东经110°12′～112°30′，北纬25°30′～28°42′之间，流域形状南北长、东西窄，地势西高、东北低。它发源于广西雪峰山东麓及越城岭之北，东以衡山山脉与湘水分界，南以五岭山脉与广西桂江（属珠江流域西江水系）分野，西隔雪峰山山脉与沅江毗邻，北至甘溪港后汇入洞庭湖。 资水有二源：西源郝水，源出于城步县资源乡雪峰山东麓之黄马界，流经武冈县、洞口县黄桥、隆回县至邵阳县、双江口会夫夷水，河长188km，流域面积7149km2。南源夫夷水，源出广西资源县境之越城岭北麓，流经资源县，至梅溪进入湖南新宁县境，到双江口会郝水，河长248 km，流域面积4554km2。按长度百分比及面积百分比的大小分主次，郝水为主源。 资水从主源黄马界至益阳市甘溪港，全长653km，集水面积28142 km2（含广西境内1404 km2）。传统的划分是：武冈以上为河源段，河长49 km，为高山峡谷区，水流浅窄，平均坡降6.8‰；武冈～新邵县小庙头为上游，河长225 km，水流时缓时急，平均坡降0.53‰；小庙头～桃江县马迹塘为中游，河长271km，平均坡降0.5‰；马迹塘～益阳甘溪港为下游，河长108km，河谷开阔，两岸地势低缓，平均坡降0.3‰；甘溪港以下为洞庭湖冲积平原，资水分三支入南洞庭湖。 资水自双江口北流，至邵阳市纳邵水，经新邵、冷水江、新化至烟溪，沿途纳石马江、大洋江、油溪、渠江。烟溪以下资水折向东流，经安化、桃江、益阳等县市，沿途纳伊溪、沂溪、獭溪（桃花江）、志溪河，于益阳下游40 km处的杨柳潭流入洞庭湖。流域内多山地和丘陵，地势从西南向东北倾斜，受局部地形和岩性等影响，支流大多短小。在烟溪以上除夫夷水、邵水在右岸外，以左岸支流为多，一般也较长。烟溪以下则右岸支流为多，且较为短小。5km以上河流共821条，其中771条分布在我省境内。支流中，流域面积在1000km2以上的支流有六条。资水及其主要支流特征见2.1。 表2.1  资水及其主要支流特征 河 流 名 称 发 源 地 点 河 口 地 点 河 长 (km) 流域面积(km2) 平均比降(‰) 资 水 城步县黄马界 益阳市甘溪港 653 28142   左 岸 蓼 水 绥宁县七坡山 洞口县双江口 97 1141 2.32 平 溪 洪江市大湾 洞口县龙潭铺 97 2269 2.59 辰 水 隆回县望云山 洞口县铜盆江 88 849 2.21 石马江 隆回县首望亭 新邵县大禹庙 76 840 2.04 大洋江 隆回县红岩山 新化县大洋江 91 1285 5.14 渠 江 新化县分水界茶亭 安化县渠江口 99 851 6.05 右 岸 夫夷水 广西资源县越城岭 邵阳县双江口 248 4554 0.82 邵 水 邵东县南冲 邵东县沿江码头 112 2068 0.79 油 溪 新化县盖头山 新化县油溪 67 719 4.20 伊 水 桃江县山溪界 安化县敷溪 83.8 1120 1.97 沂 溪 桃江县桂岩山 桃江县马迹塘 79.3 571 2.76 獭 溪 桃江县柘石塘 桃江县桃花江镇 57.2 407 2.43 志溪河 宁乡县新塘湾 益 阳 市 65 626 1.06               2.3 流域内水文气象特点 本流域属于亚热带季风湿润气候区，具有气候温暖、四季分明，雨量充足，雨水集中，春暖多变。夏季受副热带天气系统影响，锋面活动显著，加上向东南方向倾斜的地形，有利于锋面雨的形成，而且气旋和西南低涡活动频繁，造成本流域夏季雨量丰沛，暴雨洪水较多。本流域年降水量1200～1800mm，主要集中在4～6月，而8～9月也时有秋汛出现，资水多年平均径流总量为226亿m3，多年平均降水量为1483.3mm。五至九月的月平均气温一般在22 oC以上，五六月份为梅雨季节，湿度较大，天气沉闷。七、八月份常在西太平洋副热带高压控制下，各地出现极端最高气温。秋季极地势力增强，天气晴朗少雨。冬季受蒙古高压控制，多出现东北风，有雨雪。具有副热带大陆季风性气候的特征。 由于流域面积较大，暴雨区分布广，而暴雨中心很不固定，加上流域狭长，坡陡流急，因此，本流域洪水过程线以双峰或多峰形式为主。其洪水特点是历时较长，一般5～7天，洪水峰高，量也较大，年最大洪峰绝大部分发生于4～9月，极个别发生在3月或10月，其中尤以6、7、8三个月发生大洪水频次最高。资水1954年、1955年、1995年、1996年、1998年、1999年及历史最大洪水1926年均发生在6、7、8三个月。 2.4河段防洪标准 根据1994年6月2日由国家技术监督局和中华人民共和国建设部联合发布、1995年1月1日起实施的中华人民共和国国家标准《防洪标准》(GB 50201-94)，乡村应根据防护区的人口数量和耕地面积分为四等级，各等级的防洪标准如表2.2。 表2.2      乡村防护区的等级和防洪标准 等级 防护区人口（万人） 防护区耕地面积（万亩） 防洪标准 重现期(年) Ⅰ >150 >300 100～50 Ⅱ 150～50 300～100 50～30 Ⅲ 50～20 100～30 30～20 Ⅳ <20 <30 20～10         根据乡村防护区的等级和防洪标准，本工程水文分析计算按20年一遇防洪标准进行分析计算。 2.5 现有水利工程及其它设施情况 2.5.1现有水利工程情况 水运中转码头位于资水右岸的赫山区千家洲高丰村（烂泥湖垸），在益阳资江二桥下游3km左右处，上距益阳水文站5km左右。左岸为资阳区清水塘村（长春垸）。工程位置处右岸堤防高程为40.33m,宽6m；左岸堤防高程为39.96m,宽6m。工程处堤垸基本情况见表2.3。 表2.3 工程处堤垸基本情况表 益阳市 堤垸名称 大堤总长（km） 堤顶高程 (m) 保护面积 (万亩) 耕地面积(万亩) 保护人口(万人) 资阳区 长春垸 80.66 37.5～43.15 57.86 27.32 40.5 赫山区 烂泥湖 28.87 38～40.7 72.91 34.55 30.29               与工程建设相关的水利工程主要有上游的柘溪电站、修山电站。离工程上游最近的已建电站为修山电站，下文中的水文分析计算主要是考虑柘溪电站，其原因是柘溪电站为不完全年调节电站，而修山电站属低水头河床式电站。 柘溪电站：柘溪电站位于资水中游安化县东坪上游12.5km处，下距益阳市 170km，水库控制流域面积为22640km2，占资水全流域面积的80%，于1962年建成。该库设计坝高104m，坝顶高程174m，正常蓄水位169.5m，相应库容30.2亿m3，设计洪水位171.19m，相应库容32.913亿m3，校核洪水位172.71m，总库容40.17亿m3，防洪高水位170m，汛限水位162～165m，防洪库容10.6～7亿m3，调节系数0.12，为不完全年调节水库。 柘溪电站是以发电为主，兼有防洪、航运等综合效益，于1958年7月动工，1962年1月第一台机组投产，1963年3月竣工。电站原装机50.5万kW，2005年扩机2台25万kW机组后共100.5万kW，是湖南电网的主要电厂之一。 修山水电站（85黄海高程基面）：修山水电站位于桃江县境内资水干流的下游，下距桃江水文站9.3 km，距益阳市44 km ，坝址以上控制流域面积27000km2，占资水流域总面积的96.3%，属低水头河床式电站。2004年10月动工建设，2006年建成并网发电，正常蓄水位43.00m，校核洪水位50.00m，总库容1.4924亿m3, 正常蓄水位以下库容4363.4万m3 , 调节库容823万m3，装机容量65MW,多年平均发电量27645万Kw.h。坝顶高程51.5m，最大坝高25.5m。 2.5.2其它涉水设施情况 工程上游约3Km处为益阳资江二桥，码头断面不在大桥的保护范围之内。资江二大桥1992年10月5日奠基，1996年2月8日正式通车。全长1.287Km，其中主桥长0.581Km，引桥长0.706Km，主、引桥下部均为双桩、双柱式墩结构。设计荷载分别为汽-超20、挂-120，设计洪水频率1/300，通航等级4级。 2.6 水利规划及实施安排 资水流域曾先后几次提出了“规划”及“规划复核”报告。确定资水下游河段开发以防洪为主，结合发电、航运、灌溉综合利用要求。根据2005 年湖南省人民政府批准的《湖南省资水干流柘溪—史家洲河段规划复核报告》（湘政函[2005]150号）梯级布置为：东坪（正常蓄水位96.5m）+株溪口（87.00m）+金塘冲（78.00m）+马迹塘（55.70m）+白竹洲（48.70m）+修山（43.00m）+史家洲（34.50m）（以上电站高程基面为85黄海高程）。其中东坪、马迹塘、修山、株溪口为已建电站，其余为在建、待建电站。 资水流域水力资源开发的主要任务是，以发电为主，兼顾防洪、航运等综合利用要求，带动流域内优势资源的开发利用，促进流域经济发展和社会繁荣。 拟建码头位于资水尾闾，该河段在资水流域规划中主要任务为防汛和航运，河势平缓，水面比降较小，属于平原河段。 3. 设计洪水分析计算 3.1 水文分析计算 3.1.1水文资料 湖南省水文水资源勘测局在资水流域设有多处水文(位)站，积累了大量的长系列的可靠的水文资料，与本次分析计算有关的水文站为桃江站、益阳水文站。 桃江水文站 桃江站于1941年6月9日由伪湖南省水利委员会设立为水位站，1942年改属伪湖南省水利局，1943年1月隶属伪湖南省水文总站，1944年2月因抗日停测。1947年9月2日由伪长江水利工程总局将原益阳水位站迁至桃花江赖家州，改为一等水文站，站址控制流域面积26704Km2。桃江水文站测验项目齐全，有1951～2005年共55年连续实测水文资料。2005年将桃江站测验断面下迁3.2km，更名为桃江水文（二）站。该站测验项目齐全，有降水、水位、流量、蒸发、风速等。右岸为县城防洪大堤，堤顶高程约45.40m；左岸为牛潭河垸防洪大堤，堤顶高约45.10m。 益阳水文站 益阳水文站位于湖南省益阳市赫山区滨江路，集水面积28089km2，至河口距离10km。主要测验项目有水位、降水、流量、水质监测，该站设立于1924年，为水位站，1998年升级为流量站，1999年1月开始流量测验，定为水文站，有1999年至今的流量资料。该站在汛期受湖区顶托影响严重，Z～Q关系线采用连时序。 3.1.2 设计洪水计算 3.1.2.1 桃江站受柘溪水库调洪影响下的设计洪峰流量计算 由于上游已建柘溪水库，故设计洪水需考虑柘溪水库的调蓄作用。依据设计洪水计算规范，设计洪水时考虑两种不同组合： （1）柘溪、桃江同频，柘桃区间相应。将柘溪入库设计洪水过程用马斯京根法按柘～桃河段演算参数演算至桃江站，用桃江站同频率的天然设计洪水过程与之相减，即得到上下游同频、柘桃区间相应洪水过程。柘溪设计洪水过程经柘溪水库按柘溪电站调度原则调洪后下泄，演算至桃江站，再与求得的柘桃区间相应洪水过程叠加，即得到受柘溪水库调节后的桃江站设计洪水。 （2）桃江、柘桃区间同频，柘溪相应。将桃江站天然设计洪水过程减去柘桃区间同频设计洪水过程，即得到柘溪相应洪水传播到桃江站后的洪水过程，再将其反演至柘溪，即得到桃江、柘桃区间同频，柘溪相应洪水过程。柘溪相应洪水过程按柘溪电站调度原则调洪后下泄，演算至桃江站，再与柘桃区间设计洪水过程叠加，即得到受柘溪水库调节后的桃江站设计洪水。 计算采用了以区间来水为主的1955年、1995年典型过程及以上游来水为主的1996年典型过程，经比较采用最为不利的成果，组合方式为桃江、柘桃区间同频，柘溪相应的设计洪水成果。桃江站不同频率设计洪水成果见表3.1 表3.1  桃江站不同频率设计洪水成果 P 1% 2% 3.33% 5% 10% 20% 备注 Qm桃 15360 13680 12000 10820 8900 8860 益阳水文局成果 Qm桃 15500 13800 12100 10900 8950 8900 省水电设计院修山初设成果，采用。 Qm桃 15500 13800 12100 10900 8950 8900 省水电设计院柘～史河段05年复核成果                 3.1.2.2 益阳站、中转码头受柘溪水库调洪影响下的设计洪峰流量计算 桃江站集水面积为26704Km2，益阳站集水面积为28089Km2，二者相差1385 Km2，益阳站集水面积比桃江站集水面积大4.9%，考虑该流域暴雨分布较为均匀，且区间河道无特殊的调蓄作用，因此，可将桃江站不同频率洪峰流量通过面积比拟法直接推算出益阳站断面处洪峰流量。用              及              公式计算经验频率，由矩法初步计算参数，采用P-Ⅲ型曲线适线，用适线法最后确定参数，求得益阳站设计洪峰流量。 式中：Q益、Q桃—益阳站、桃江站流量 F益、F桃—益阳站、桃江站控制集雨面积 n—经验系数，本次取n=2/3 码头距益阳站5km，码头与益阳站集水面积小于1%，码头泊位处设计洪水直接采用益阳站成果，见表3.2。