5.工程布置与建筑物除险加固.doc

湖南省常宁市宜章县培元塔香口水闸除险加固工程初步设计报告02 2 水水 文文2.1 流域概况流域概况香口水闸位于北江水系南花溪南花溪为武江一级支流，北江二级支流，发源于宜章县杨子坑，流经湖南省宜章县、广东省乐昌市，于广东省水口汇入武江，流域面积 1215km2，干流长 122km，干流平均坡降 3.28‰，其中宜章县境内集雨面积 1026km2,干流长 112.9km沿途有莽山河、黄沙河、杨柳坪、澄江、小河等较大的支流汇入目前南花溪干流有林子坪中型水库，支流黄沙河上有黄沙溪中型水库，并规划在南花溪干流上新建莽山大型水库林子坪水库位于宜章县莽山乡林子坪，为浆砌石重力坝，最大坝高 44.57m，集水面积 15.9km2，总库容1032 万 m3，正常水位 1265.20m，是一座以防洪功能为主兼具发电功能的中型水库黄沙溪水库位于宜章县黄沙溪镇曹家岔村，为心墙土坝，最大坝高 29.00m，集水面积 22.3km2，总库容 1548 万 m3，正常水位 317.59m，是一座以灌溉、防洪功能为主兼具发电、供水功能的中型水库莽山水库规划建于宜章县天塘乡长乐河菜子冲下燕村，主坝为砼面板堆石坝，最大坝高97.60m，副坝为粘土心墙土石坝，最大坝高 53.80m，集水面积 230km2，总库容 1.43 亿 m3，是一座以灌溉、防洪功能为主兼具发电、供水功能的大型水库。

2.2 气象气象南花溪流域属于中亚热带南部湿润季风气候区，主要受季风影响，具有暖湿多雨、日照充足、四季分明、春早多变、夏热期长、秋晴多旱、冬寒期湖南省常宁市宜章县培元塔香口水闸除险加固工程初步设计报告1短的特点春季气温升降多变，阴雨连绵；夏季高温湿热，暴雨集中，洪旱交错；秋季干旱少雨，台风入侵较频繁，时有山洪暴发：冬季雨量稀少，严寒期长据统计，南花溪流域多年平均降水量 1624.1mm，多年平均蒸发量1509.8mm，实测最大风速 12.0m/s2.3 水文基本资料水文基本资料2.3.12.3.1 测站情况测站情况南花溪流域内没有设立水文站，武江干流上游设有汾市水文站汾市水文站是省级重要水文站，位于湖南省临武县汾市乡桐尾村，东经 112º42′，北纬 25º20′该站设于 1959 年 1 月 1 日，由郴州水文分站设立该站为区域代表站，是珠江流域上游在我省的代表站，也是出境河流武江的控制站其主要任务是探求流量特征值的空间分布规律，为区域水资源开发利用、水工程建设及防汛抗旱提供基本依据，为广东省的防汛提供服务测验项目有水位、流量、降水量，属二类精度站该站集水面积为880km2，断面以上干流长 59.6km，距河口 166km。

1994 年 6 月 16 日出现建站以来最大洪水，最高水位为 52.98m，洪峰流量 1990m3/s汾市站采用缆道流速仪测流，测点在各级水位及时间上分布较均匀，测点较为密集，控制较好水位流量关系曲线主要依据实测点据定线，定线合理武江汾市水文站隶属湖南省水文总站，资料观测精度较高，观测项目较全，系列长且无间断，观测整编均符合规范要求因此，汾市站可作为香口水闸的水文参证站湖南省常宁市宜章县培元塔香口水闸除险加固工程初步设计报告22.3.22.3.2 断面情况断面情况香口水闸河段桩号 K0+423 到桩号 K0+556 之间的河道平均坡降为4.5‰，上游河道在桩号 K0+204 处开始向河岸右侧弯曲，下游河道桩号K0+423 开始较为顺直，断面比较齐整，河床由砾石、卵石及少许孤石组成，右侧河滩为草滩地，左侧河岸存在部分护堤图图 2.3-1 香口水香口水闸闸断面断面图图2.4 径流径流香口水闸闸址控制集雨面积 486.3km2，闸址以上干流长度 64.6km由于南花溪流域无实测水文资料，推求香口水闸以上流域水资源量可利用邻近相似流域汾市站水文资料采用水文比拟法分析确定汾市站多年平均年径流量为 7.745 亿 m3，月平均最大流量为 131m3/s，采用水文比拟法，面积比指数取 0.66，计算得出，香口水闸闸址断面多年平均年径流量为 5.236湖南省常宁市宜章县培元塔香口水闸除险加固工程初步设计报告3亿 m3，月平均最大流量为 88.6m3/s。

2.5 设计洪水设计洪水2.5.12.5.1 暴雨及洪水特性暴雨及洪水特性南花溪洪水由暴雨形成，洪水变化特点与暴雨相应3～6 月份，由于季风增强，冷暖气流交汇，形成风面雨、地形雨；夏秋季受气温高，地面增温快的影响，常常会引起局部性剧烈气流上升，形成降雨；7～9 月受太平洋及南台风影响，又会形成台风雨由于自然山势对冷暖气流的扰阻，造成低气急流的有利地形，因此暴雨频繁，强度大，历时短，河道坡度陡，洪水汇流迅速，冰雹旋风常见，极易造成洪涝灾害本流域暴雨多出现于夏季，最早发生在 3 月，最迟在 11 月，最大一日降水量在 200.0mm 以上2.5.22.5.2 参证站历史洪水及重现期的确定参证站历史洪水及重现期的确定汾市水文站自 1959 年建站以来，先后实测到 1994 年（1990m3/s）和2006 年（1420m3/s）两次大洪水，同时调查到历史上洪水有 1930 年（1290m3/s），其中以 1994 年 6 月 16 日洪水最大，相应流量 1990m3/s,其重现期为 82 年一遇2.5.32.5.3 参证站设计洪水参证站设计洪水汾市水文站 1959 年设立，有 1960～2011 年共 52 年实测年最大流量资料，调查洪水有 1930 年成果。

调查洪水和特大洪水排序详见表 2.5-1湖南省常宁市宜章县培元塔香口水闸除险加固工程初步设计报告4表表 2.5-1 汾市站汾市站调查调查洪水和特大洪水排序洪水和特大洪水排序序号年份年最大流量（m3/s）备注119941990特大值220061420特大值319301290调查值采用统一处理法将历史洪水与实测系列最大流量组成不连序的洪峰系列进行频率分析，然后再采用 P－Ⅲ曲线适线法推得汾市水文站设计流量成果成果见表 2.5-2 和图 2.5-1表表 2.5-2 汾市水文站洪水汾市水文站洪水计计算成果表算成果表频率 P（%）项 目均 值CvCs/Cv 0.5123.3351020洪峰流量 （m3/s)6150.572.8201318031590143413021081853湖南省常宁市宜章县培元塔香口水闸除险加固工程初步设计报告5图图 2.5-1 汾市水文站洪水汾市水文站洪水计计算算频频率曲率曲线图线图由于 1960～2011 年洪水流量资料均为水文站实测，数据可靠，系列较长，有较好的代表性适线采用的均值为 615m3/s ,Cv＝0.57，Cs/Cv＝2.8，理论频率曲线与经验频率点据适合较好。

因此，设计成果可靠、合理湖南省常宁市宜章县培元塔香口水闸除险加固工程初步设计报告62.5.42.5.4 水闸设计洪水水闸设计洪水根据《水利水电工程等级划分标准及洪水标准》（SL252-2000）第 2.1.1条、2.1.2 条、2.1.3 条、2.2.1 条及国家《防洪标准》（GB50201-94）第 6.1.1 条、6.1.2 条的规定，香口水闸为大（Ⅱ）型水闸工程，属Ⅱ等工程，主要建筑物级别为 2 级，次要建筑物级别为 3 级由于本工程的挡水高度低于 15m，且上下游最大水头差小于 10m，因此洪水标准按平原、海滨区标准确定水闸设计洪水标准为 20 年一遇，校核洪水标准为 50 年一遇，消能防冲洪水标准为 20 年一遇，施工期洪水采用枯期洪水 5 年一遇香口水闸位于珠江流域北江水系武江的支流南花溪上，距武江与南花溪交汇处 47.4km，汾市水文站在武江干流上，位于南花溪汇入口以上66.0km，香口水闸集雨面积（486.3km2）为汾市水文站集雨面积（880km2）的0.553 倍本次不考虑上游水库的调节功能，采用水文比拟法将汾市水文站的洪水按面积比 n 次方折算至香口水闸，作为香口水闸的设计洪水成果。

计算公式如下：Qp=( Fp/ F'p)n×Q'p式中：F'p、Q'p——水文监测断面集水面积和设计流量；Fp、Qp——设计断面处的集水面积和设计流量；n——指数，由本河或邻近类似河流的实测资料统计而得，一般取 0.5～0.7本次计算取值 0.66表 2.5-3 香口水闸闸址洪水计算成果表湖南省常宁市宜章县培元塔香口水闸除险加固工程初步设计报告7频率 P（%）项 目0.5123.3351020 洪峰 流量 （m3/s)136112191075969880731577由于本次设计洪水是以汾市水文站为参证站采用水文比拟法进行计算的，汾市水文站资料观测精度较高，观测项目较全，系列长且无间断，观测整编均符合规范要求，因此选取汾市水文站作为参证站是合理的；其次，香口水闸集雨面积为 643.2km2，结合实际地形情况，200 年一遇的洪峰模数为 2.80m3／s·km2，100 年一遇的洪峰模数为 2.51m3／s·km2，50 年一遇的洪峰模数为 2.21m3／s·km2，30 年一遇的洪峰模数为 1.99m3／s·km2，20 年一遇的洪峰模数为 1.81m3／s·km2，10 年一遇的洪峰模数为1.50m3／s·km2，5 年一遇的洪峰模数为 1.19m3／s·km2，也较符合本地区的一般规律。

因此，本次香口水闸的设计洪水计算成果是合理的2.5.52.5.5 施工洪水施工洪水根据施工设计要求结合南花溪的特点，分析汾市水文站 1960～2011年共 52 年 10 月～次年 3 月的枯期洪水，通过频率分析计算得出汾市水文站 10 月～次年 3 月各频率下的枯期设计洪水，然后采用水文比拟法折算到香口水闸闸址断面采用 P－Ⅲ曲线适线法推得汾市水文站 10 月～次年 3 月的枯期设计流量成果，成果见表 2.5-4 和图 2.5-2图图 2.5-2 汾市水文站汾市水文站 10 月～次年月～次年 3 月枯期洪水月枯期洪水计计算算频频率曲率曲线图线图湖南省常宁市宜章县培元塔香口水闸除险加固工程初步设计报告8表表 2.5-4 汾市水文站汾市水文站 10 月～次年月～次年 3 月枯期洪水月枯期洪水计计算成果表算成果表湖南省常宁市宜章县培元塔香口水闸除险加固工程初步设计报告9频率 P（%）项 目均 值CvCs/Cv 0.5123.3351020洪峰流量 （m3/s)2040.763.0903787668585514401289采用水文比拟法将汾市水文站的洪水按面积比 n 次方折算至香口水闸，作为香口水闸的设计洪水成果，n 取 0.66。

表 2.5-5 香口水闸闸址 10 月～次年 3 月枯期洪水计算成果表频率 P（%）项 目0.5123.3351020 洪峰 流量 （m3/s)611532452396348271195由于本次施工围堰采用分期导流方式，无需进行调洪演算，因此，未进行洪水过程线推算2.6 闸址下游水位流量关系闸址下游水位流量关系2.6.12.6.1 闸址下游断面的选择闸址下游断面的选择香口水闸下游河道较为顺直，本次选取下游 60m（桩号 K0+423）实测断面作为闸址下游断面2.6.22.6.2 闸址下游断面的水位流量关系曲线闸址下游断面的水位流量关系曲线闸址下游断面（桩号 K0+423）设计水位根据实测大断面、设计流量成果和洪水调查成果，采用水力学公式法（曼宁公式）推求得水位流量关系曲线曼宁公式湖南省常宁市宜章县培元塔香口水闸除险加固工程初步设计报告1021321SRnAQ 式中：n——河道糙率；A——过水断面面积；R——水力半径；S——水面比降；Q——流量河段比降通过实测河段纵坡确定，采用值为1.0‰河段糙率根据《水力学》（河海大学出版社）和《湖南省河渠糙率》综合成果分析选用山区河流河床砾石、卵石及少许孤石，一般取0.030～0.050，根据断面状态，本次河道糙率取用值为0.035。