陶清河六家段河道治理可行性研究报告

'陶清河六家段河道治理可行性研究报告2012年6月 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：陶清河六家段河道治理可行性研究毕业设计（论文）要求及原始数据（资料）：1．要求：通过完成河道治理堤防设计，对学生进行较设计方面的培养和训练，巩固和提高学生的基础理论知识和专业知识，培养同学运用所学专业知识解决实际问题的能力、查阅文献与规范的能力、动手能力和独立工作能力，将所学知识系统化。具体要求如下：（1）设计内容要求全面、完整，思路清晰，图文并茂，表达正确，报告语言流畅。所编写报告与相关图纸达到可行性研究阶段的要求；（2）掌握河道治理可行性研究的相关工作内容及报告的编写方法；（3）熟悉相关规范内容，并掌握如何按照规范要求进行设计；（4）掌握一般河道治理所需进行的水力计算内容及方法，熟悉河道治理与水文计算、地质勘探之间的关系；（5）了解工程管理及环境影响评价的内容；（6）熟悉工程估算的编制方法；（7）查阅堤防形式、材料、施工方法等资料以及河道治理方面的文献资料，并整理。翻译1篇外文文献（要求：1万印刷符号的外文文献或资料）；（8）毕业设计态度端正，保证出勤，按质按量按时完成任务。1 2．原始资料（1）河道治理段地形图；（2）《陶清河水库设计》报告；（3）相关规范。2 毕业设计（论文）主要内容：设计按可行性研究阶段要求进行，报告编写主要内容如下：1.项目概况按可行性研究规范编制，要求包括项目治理目的、治理范围、水文、地质、工程治理原则及主要建筑物布置、工程管理、施工组织设计、工程量等内容。2.水文2.1流域及河道概况2.2水文基本资料2.3气象2.4径流及泥沙2.5洪水2.5.1洪水计算方法2.5.2设计洪水2.5.3陶清河水库下泄流量的确定2.5.4治理段末端设计流量的确定其中要说明本次可行性研究采用成果。3.工程地质3.1区域地质3.1.1地形地貌3.1.2地形构造3.1.3地质构造3.2地震3.3工程地质3.3.1地基土构成及岩性描述3.3.2地下水3.4天然建筑材料4.工程建设的必要性及其规模与任务4.1自然及社会经济概况4.2河道存在的主要问题4.3河道治理的必要性4.4防洪标准4.5河道治理原则及任务4.6河道堤线设计4.6.1设计原则4.6.2堤距的确定4.7河道纵横断面设计3 包括断面设计原则、河道纵坡确定及横断面设计。4.8堤防型式确定根据所设计断面给出所采用的堤防型式。包括：1）常用的堤防型式种类，各自的优缺点及适用条件等；2）本工程采用的堤防型式及理由。4.9设计水深计算设计水深计算包括河道行洪水深计算与橡胶坝塌坝形成堰流后的坝前水深计算（如果蓄水的话）。要求编制程序或用Excel列表自动计算。（程序或列表用附件形式附于报告最后）4.10蓄水工程包括：橡胶坝数量与蓄水回水长度、内堤高度确定、蓄水水源及方案、橡胶坝充排系统、库区水量损失及库区内清淤等。5.主要建筑物布置5.1设计依据5.2工程等级及建筑物级别5.3工程总体布置描述工程采用的断面型式及参数，工程建筑内容，并给出平面布置图。5.4工程设计给出工程设计内容，并分别说明其设计过程及结果。1）确定堤防高程；2）计算冲刷深度，确定堤防埋设深度；3）给出堤防断面图，并进行稳定计算，说明计算的方法及结果；4）进行橡胶坝设计，包括布置、消力池设计、充排水管道设计等。给出橡胶坝平面布置图；5）箱涵设计简述。6.工程管理及占地7.环境影响评价8.工程量估算进行主要工程的工程量估算。9.结论与建议给出结论与建议（需要的话）。学生应交出的设计文件（论文）：1.设计报告一份，相关图纸（包括治理段河道平面布置图，横断图，纵断图，堤防断面图等）。2.设计报告及图纸的电子版。4 主要参考文献（资料）：（1）《陶清河河道整治工程可行性研究报告》。（2）李纬主编，《水力计算手册》（第二版），中国水利水电出版社，2006.6；（3）其它查阅文献。专业班级农业水利工程0802班学生孟凡亮要求设计（论文）工作起止时间2012年3月26日至2012年6月22日（6-18周）指导教师签字日期教研室主任审查签字日期系主任批准签字日期5 工程特性表名称单位指标备注5%洪峰流量m3/s188.6现状河道平均纵坡‰2.9河道设计纵坡‰2主槽宽度m40河道宽度滩槽宽度m48左岸m4净高外右岸m4左岸m2354.85堤长度右岸m2498.61左岸m3.2内净高右岸m3.2左岸m2378.11堤长度右岸m2761.86土方开挖量万m333.47土方回填量万m334.42混凝土m3982钢筋t51浆砌石万m34.93复合土工膜m3129122200g×0.3mm×200gI 目录1.项目概况..................................................................................................11.1.项目治理范围和目的............................................................................................11.2.水文........................................................................................................................11.3.工程地质................................................................................................................21.4.工程任务和规模....................................................................................................31.5.工程总布置及主要建筑物....................................................................................51.6.施工组织设计........................................................................................................61.7.环境影响分析........................................................................................................61.8.水土保持................................................................................................................61.9.节能设计................................................................................................................61.10.工程管理设计........................................................................................................71.11.工程量....................................................................................................................71.12.效益分析................................................................................................................71.13.招标计划................................................................................................................71.14.结论与建议............................................................................................................82.水文...................................................................................................................................................92.1.流域及河道概况....................................................................................................92.2.水文基本资料........................................................................................................92.3.气象......................................................................................................................102.4.径流及泥沙..........................................................................................................112.5.洪水......................................................................................................................113.工程地质................................................................................................323.1.区域地质..............................................................................................................323.2.地震......................................................................................................................333.3.工程地质..............................................................................................................33II 3.4.天然建筑材料......................................................................................................344.工程建设的必要性及其规模与任务...................................................354.1.自然及社会经济概况..........................................................................................354.2.河道存在主要问题..............................................................................................354.3.河道治理的必要性..............................................................................................364.4.防洪标准..............................................................................................................364.5.河道治理原则及任务..........................................................................................364.6.河道堤线设计......................................................................................................374.7.河道纵横断面设计..............................................................................................374.8.堤防形式确定......................................................................................................394.9.设计水深计算......................................................................................................414.10.蓄水工程..............................................................................................................435.主要建筑物布置....................................................................................445.1.设计依据..............................................................................................................445.2.工程等级及建筑物级别......................................................................................445.3.工程总体布置......................................................................................................445.4.工程设计..............................................................................................................446.工程管理及占地....................................................................................566.1.管理机构..............................................................................................................566.2.管理范围..............................................................................................................566.3.保护范围..............................................................................................................566.4.堤防管理..............................................................................................................566.5.橡胶坝管理..........................................................................................................576.6.资料整理与整编..................................................................................................577.环境影响评价........................................................................................587.1.评价目的及依据..................................................................................................587.2.工程兴建对环境的主要影响..............................................................................587.3.工程兴建时对环境的主要不利影响..................................................................58III 7.4.环境保护投资......................................................................................................598.工程量估算............................................................................................609.结论与建议............................................................................................61外文原文......................................................................................................62中文翻译......................................................................................................70IV 1.项目概况1.1.项目治理范围和目的陶清河是浊漳河南源的一级支流，源于壶关、陵川县交界处附近壶关县常行乡西马安村北，主要流经壶关、长治、长子三县，全长78.7km，是一条季节性洪水河道。流域中陶清河水库上游为黄土丘陵区，区内沟壑纵横，诸山峰高程均在1100～1400m之间，旱垣高程在1000～1100m范围内；下游为河谷阶地与平川区。该河道为河水河道，平时为干河槽。上游河流两岸为5～10m高的黄土崖，河槽宽70～100m；下游河谷宽阔，河槽宽50～100m。西堡上游河道平均纵坡8.53‰，西堡-陶清河水库河段平均纵坡4.57‰，陶清河水库下游平均纵坡为2‰。长治县境内长度26.12km，流域面积206km2。全段长度为11.9km。本次河道治理段为六家段，治理总长度2.4km（桩号6+500~8+900），桩号0+000位于陶清河水库大坝下游坝坡坡脚处。为加快长治县产业结构转型步伐，促进生态环境建设，完善区域景观，提升陶清河的防洪减灾功能和生态旅游功能，避免遭遇大洪水发生严重灾害，保障国民经济稳定、持续的发展，受长治县发改局委托，结合天津大学城市规划设计院对陶清河河道综合治理的有关规划和设计，编制了《长治县陶清河河道治理工程可行研究报告》。1.2.水文1.2.1.自然条件长治县境气候属温带性大陆性季风气候，四季分明，冬长夏短，春长秋短。气候温和，雨热同季，春干多风，夏热多雨，秋凉早霜，冬季干燥。境内气候垂直气温变化不太明显。长治县境内大部分地区多年平均日照时数在2350～2680h之间，多年平均日照百分率55%左右。多年平均气温9.7℃，年总积温为3875.0℃。气温的年际变化一年内最冷是1月份，平均气温为平川-5.0℃～6.5℃、山区-6.9℃～8.2℃；最热是7月份，平均气温为平川23.1℃～23.7℃、山区20.1℃～22.8℃。长治县气温由西北向东南递减，年平均最低气温是长治县最高点老雄山，为7.4℃，与平川地带相差2℃左右。1 多年平均降雨量580mm，多年平均蒸发量1761.9mm（20cm蒸发皿）。长治县无霜期平均初日为10月12日，平均终日为5月3日，最早出现在9月18日，最晚出现在10月29日。全年历年平均无霜期为180.1天。平川区无霜期终日一般在4月2日左右，无霜期一般为207天左右。无霜期时间，由西北向东南、由低到高逐渐缩短，东南部山区一般为170天左右。长治县境内年盛行风向一般以东南风为主，平均频率为13%；其次为南风、北风、西北风。年平均风速为2.4m/s，春季较大一般为3.3m/s。出现8级以上大风日数，年平均8天左右，最多的达13天。1.2.2.设计洪水依据《长治县中小河流治理规划》，本次陶清河水库下游的设计防洪标准采用20年一遇洪水标准。按《山西省水文计算手册》对陶清河水库控制的流域面积计算出不同频率的洪水并将经水库调节后下泄的洪水与治理河段产生的区间洪水进行叠加，得出治理末端的洪峰流量为188.6m3/s(20年一遇)及308.9m3/s（50年一遇）。1.3.工程地质1.3.1.地形地貌长治县地貌形态多种多样。地形地势总体是东南高、西北低。东南部地势高昂，属太行山脉和太岳东麓支脉相交的山区，素有“太行屋脊”之称。最高点雄山主峰海拔1419.5m。西南部山丘交错，为间断起伏的丘陵区。中部、北部为山前冲积平原形成开阔的平川区，地势平坦，土壤肥沃，最低点是上秦漳河滩，海拔908m，全县平均海拔1166m。地貌可分为山地、丘陵、平川，面积分别占全县总面积的为23.8%、54.9%、21.3%。1.3.2.地震根据《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001），长治县范围内地震动峰加速度为0.15g（相当于地震基本烈度Ⅶ度）。根据《水工建筑物抗震设计规范》（SL203—97），堤防工程不进行抗震设计，其他建筑物按地震烈度Ⅶ度设防。2 1.3.3.工程地质本区地表多被第四系黄土及粉质粘土所覆盖，仅局部地段有奥陶系中统马家沟组灰岩及石炭系砂页岩出露，现由老至新分述如下：1.奥陶系中统马家沟组：上部以灰岩为主夹泥灰岩，中部为角砾状泥灰岩，下部以泥灰岩为主夹灰岩。出露厚度约60m，主要分布于坝肩及库区桃园、北王庆以北、石后坡，狗弯以西等地。坝址区岩层产状为倾向南东54º～70º，倾角10º～30º。2.石炭系：岩性为砂页岩互层，出露厚度约为120m，主要分布与库区左岸迥水高程以上及八义何以西。3.新第三系：岩性为深红色粘土，出露厚度一般为3m，分布于坝址区右岸的西黄沟及官道一带。4.第四系松散岩层：Q2-粉质粘土出露厚度一般为5～20m，地面分布不广，Q3主要为黄及浅黄色粉土出露厚度随地形而异，一般为5～8m，该层广泛覆盖于基岩及红色粉质粘土之上，成不整合接触；Q4主要为现代河流冲积层，分布于河道的河漫滩及河床上。1.3.4.天然建筑材料经调查，工程所用天然建筑材料主要为砂、碎石、块石及砂料，当地沙子可满足砌筑砂浆用，但混凝土用砂需从外地购买。碎石、块石料场库区附近均有，可直接购买。1.4.工程任务和规模1.4.1.河道存在的主要问题1.陶清河水库下游段由于久未治理，河流形态部分被破坏，其行洪能力不满足流域规划确定的防洪标准。2.河道内倾倒垃圾严重，农田、道路、建筑大面积侵占河道。3.城市污水和工业废水的排入，使得局部河道形成水坑。4.煤矿开采引起的地下水渗漏，导致陶清河某些河段已经断流。其所在流域的水环境、生态环境等皆遭受不同程度的破坏。3 1.4.2.河道治理的必要性陶清河水库下游段由于久未治理，年久失修，现状的防洪标准已不足5年一遇，其设防标准既不适应城市和两岸村庄的安全要求，也不满足流域规划确定的防洪标准。如遇超标准洪水，周边城镇受到直接威胁，较大洪水势必造成城区发生严重水灾。因此，为保证长治县社会经济的可持续发展，确保城区安全，必须尽快建立城区的防洪工程体系，同时利于实现陶清河风景区规划对水系的要求，把陶清河治理工程早日付诸实施，是非常紧迫和必要的。1.4.3.防洪标准依据《防洪标准》GB50201-94及《长治县中小河流治理规划》，本次陶清河段的设计防洪标准采用20年一遇洪水标准。1.4.4.河道治理原则及任务河道治理设计以现状河道为基础，河道治理轴线仍遵循河道主河势。河道纵坡的设计原则以尽可能维持原河道平均纵坡并考虑减少工程量、占地和投资为出发点。河道两岸堤间距、堤高、河道行洪断面底宽均按《长治县中小河流治理规划》的要求即堤间距100m、堤高4.0m，底宽40m控制，同时考虑与沿河城区道路的高程衔接，此外还应兼顾绿化和景观设计需要。依据上述治理原则，本次治理的工程任务为：本工程以实现人水和谐为核心理念，以确保长治县城区安全为出发点，以完善防洪保安体系为主要目标，对陶清河水库下游段实施全面整治，使河道的防洪标准达到20年一遇。本次陶清河水库下游段河道治理工程包括开挖清理河槽，修筑堤防，配合陶清河风景区规划，研究河道蓄水及水系连通工程。陶清河河道治理完成后能具有安全行洪、排水、雨水收集、调蓄、输水、连通、景观娱乐等功能。本次河道治理总长度2.4km（桩号6+500~8+900），桩号0+000位于陶清河水库大坝下游坝坡坡脚处，工程内容包括内、外堤防、橡胶坝、河道防渗等。4 1.5.工程总布置及主要建筑物1.5.1.工程总布置原则陶清河水库下游段六家段河道综合治理遵循全面规划、综合治理、景观与生态相结合的原则。1）河道治理以防洪为中心，根据陶清河风景区的规划，以防洪、蓄水、生态、景观、休闲等多个方面进行综合整治；2）堤线布置原则上维持原有河道形态，根据行洪流量和景观规划，对堤岸走向做适当的调整；3）河道的基本功能是防洪，在满足河道防洪标准要求的前提下考虑蓄水和绿化美化，以改善两岸的小气候和生态环境。1.5.2.工程总布置治理段为陶清河六家段，桩号6+500~8+900。该治理段要进行蓄水，按复式断面治理，段内修建2座橡胶坝，坝高3.0m。修建内堤，按100m的堤间距修建土质外堤。1.5.3.主要建筑物1）堤防治理河段主槽内堤为浆砌石重力式，顶宽0.8m、底宽2.15m、净高3.2m、埋深2.0m。两岸内堤外侧设6.0m宽的临水路。外堤为土堤，堤顶宽6.0m、堤顶高程与设计河底高程相差4.0m。2）河道主槽防冲及防渗蓄水段河道河底采用复合土工膜作为水平防渗措施，上部设0.2m厚的砂性土保护层，再上设宽0.6m、厚0.5m的浆砌石压梁，压梁的纵横间距均为20m，兼起减少河道冲刷的作用。在主槽浆砌石内堤迎水面蓄水位以下加设2cm厚的水泥砂浆护面保护层。3）橡胶坝两座橡胶坝均为彩色枕式充水橡胶坝，每座橡胶坝各设泵站控制立坝和塌坝，充水水源为井水，立坝采用水泵机充，塌坝采用机排加自排，排水塌坝时间不超过2小时。5 1.6.施工组织设计工程所在地附近有207国道和多条乡间公路可直通施工现场，施工料物可由汽车运输到施工现场。施工期间只需修筑部分简易道路，即可连接各个施工作业点，由于地形比较平坦，所以施工场地条件良好。本工程施工用水可就近解决。本工程用电负荷不大，可通过临时拉线以供施工用电，电源电压等级380/220V。1.7.环境影响分析工程实施后可提供496亩的蓄水水面和216亩的植草绿地，河道防洪标准提高到20年一遇。工程施工将在施工期产生短暂的不利环境影响，如施工废水、废渣、扬尘、噪声等。1.8.水土保持主体工程为河道治理工程，严格来说主体工程中所有的措施都是具有水土保持功能的，工程实施后可以调整理顺紊乱的河道、减少河岸坍塌，还可以固土保水、涵养水源，减轻当地的水浊。该工程弃渣为清基土方，即表层土，有利于植物生长，所以将该部分弃渣作为指定园林规划覆土，并将其覆土部分整平。根据水土保持工程内容，按照《开发建设项目水土保持工程概（估）算编制规定》，主体工程所有的投资全部算作水土保持工程中主体工程具有水土保持功能的投资，本水土保持工程新增土地平整也列入主体工程中，水保不新增投资。主体工程是改善生态环境、提高防洪标准的河道治理工程，工程措施和生物措施实施后将是原有和施工期新增的水土流失都得到有效的治理。1.9.节能设计1.工程设计中的节能措施本工程属河道治理工程、主要的节能措施在工程总布置及河道总、横断面设计中，充分考虑土方的开挖平衡，尽力减少弃土和取土。在建筑物方面，坚持优化设计，选择合理经济的方案，防止结构尺寸和设备容裕度大。机电设备采用节能产品。6 在施工组织设计中的施工总布置应本着有利于生产、方便生活、快速安全、易于管理的原则进行。选择技术先进、合理可行的施工方案，选用能耗低、符合国家节能要求的施工机械。施工总进度安排应合理安排工期，力求做到均衡施工，降低施工临时设施的规模，降低能耗。2.工程运行管理制定切实可行的节能管理制度，确定能耗指标，建立节能目标责任制和评价考核体系。加强节能宣传，提高人员节能意识。加强机电设备的养护与维修，提高机动设备效率。1.10.工程管理设计护堤地范围自外堤的外坡脚向外延伸30m，保护范围为自护堤地界限外延100m。堤防及橡胶坝应按制定的管理制度进行经常性检查、定期检查和特殊检查。1.11.工程量主要工程量为：土方开挖33.47万m3，土方回填34.42万m3，混凝土982m3，浆砌石4.93万m3，钢筋制安51t。1.12.效益分析本河道综合治理工程为陶清河风景区建设的一部分，工程实施后将产生多项社会效益，包括防洪效益、生态效益和旅游效益。1.13.招标计划根据《工程建设项目可行性研究报告增加投标内容和校准招标事项暂行规定》及陕西省发改委关于转发《建设项目可行性研究报告增加招标内容以及核准招标事项暂行规定》的通知，按照工程建设项目审批管理规定，本项目施工采用公开招标。7 1.14.结论与建议1.14.1.结论陶清河水库下游段河道治理工程的实施，使河道的防洪标准达到国家规范的要求，对两岸人民的生命财产安全提供了保证，工程对改善当地生态环境、提升沿河城镇的整体品位，丰富陶清河风景区的内涵，促进旅游事业和长治县经济的发展都有不可替代的作用。1.14.2.建议1.尽快按《堤防工程地质勘探规程》SL/T188—96的要求进行治理河段的地质勘察工作，以便按建筑基地的实际条件补充和完善各类建筑物的地基处理、加固及蓄水河段的作用。2.河段治理工程署陶清河风景区建设的重要组成部分，且应当先行，故应在风景区规划中进一步明确工程项目的归属。8 2.水文2.1.流域及河道概况陶清河是浊漳河南源的一级支流，源于壶关、陵川两县交界附近，位于壶关县常行乡西马安村北。其主流流经壶关、长治、长子三县，全长78.7km，是一条季节性洪水河道。在壶关境内，河流先是自南向北流经东井岭乡西马安，百尺镇韩庄、流泽、镇上店、固村，而后向西北经龙泉镇西堡（西堡水库）、紫岩掌、宋堡，在宋堡村南转向西南，经过黄山乡新庄村入长治县西池乡河头村、西池村入陶清河水库，再次转向西偏北方向，过东和乡、北呈乡北领头、六家后，沿长治、长子两县交界蜿蜒北流，最后在长子县宋村乡南李末村注入浊漳南源。陶清河流域面积735.18km2，其中壶关县321.88km2，长治县351.5km2，长子县61.8km2，较大支流有荫城河、师庄河（色头河）。陶清河水库上流流域内为黄土丘陵区和土石山区，区内沟壑纵横，诸山峰高程均在1100～1400m之间，旱垣高程在1000～1100m范围内，上游河流两岸为5～10m高的黄土崖，河槽宽70～100m，陶清河水库下游为河谷阶地与平川区，下游河谷宽阔，河槽宽50～100m。陶清河水库大坝高977.40m，总库容3432万m3，控制总流域面积为615.3km2，其中砂页岩灌丛山地246.12km2，砂页岩土石山地92.295km2，灰岩森林山地215.355km2；灰岩灌丛山地61.53km2。流域总长度51.12km，平均纵坡6.51‰，平均流域宽度12.04km。陶清河水库下游平均纵坡为2‰。陶清河水库渗漏严重，难以发挥应有效益。流域内的灾害以暴雨引发的洪灾和全流域性的旱灾为主。2.2.水文基本资料长治县水资源总量为1.191×108m3，其中地表水多年径流量为1.869×108m3，地下水总补给量为0.322×108m3。每人年拥有有效河水量28.6m3，年拥有地下水103m3，水资源相对匮乏，境内无经常性河流，主要河流陶清河属季节性暴雨型河流，清水量很小，9 利用价值甚微，县地表蓄水量仅577.9×104m3，远不能满足工农业生产的需要。地表水多年径流量为8693.4×104m3，其中入境资源为7805×104m3，境内资源为888.4×104m3，境内主要河流陶清河流域长度为26.12km，流域宽度平均为15.04km，平均比降为4.57%。利用地表水的主要水利工程总控制水量能力达6466×104m3，其中陶清河水库容量5600×104m3，兴利库容136×104m3。地下水资源比较丰富，总补给量为3221.5×104m3，地下水开采储量每年为5950×104m3。地下水资源分布极不平衡，东部山区贾掌、西池等乡（镇）以及东南山区地下水资源较少。中、北部平川地下水资源较丰富。地下水开采储量每年为4900×104m3，占本县的82.35%，由于长期不合理开采，地下水普遍下降6～7m，个别区域下降十几米。近年来，随着东部、东南山区煤炭开采量的急剧增加水位下降趋势更加明显。2.3.气象长治县境气候属温带性大陆性季风气候，四季分明，冬长夏短，春长秋短。气候温和，雨热同季，春干多风，夏热多雨，秋凉早霜，冬季干燥。境内气候垂直气温变化不太明显。长治县境内大部分地区多年平均日照时数在2350～2680h之间，多年平均日照百分率55%左右。多年平均气温9.7℃，年总积温为3875.0℃。气温的年际变化一年内最冷是1月份，平均气温为平川-5.0℃～6.5℃、山区-6.9℃～8.2℃；最热是7月份，平均气温为平川23.1℃～23.7℃、山区20.1℃～22.8℃。长治县气温由西北向东南递减，年平均最低气温是长治县最高点老雄山，为7.4℃，与平川地带相差2℃左右。多年平均降雨量580mm，多年平均蒸发量1761.9mm（20cm蒸发皿）。长治县无霜期平均初日为10月12日，平均终日为5月3日，最早出现在9月18日，最晚出现在10月29日。全年历年平均无霜期为180.1天。平川区无霜期终日一般在4月2日左右，无霜期一般为207天左右。无霜期时间，由西北向东南、由低到高逐渐缩短，东南部山区一般为170天左右。长治县境内年盛行风向一般以东南风为主，平均频率为13%；其次为南风、北风、西北风。年平均风速为2.4m/s，春季较大一般为3.3m/s。出现8级以上大风日数，年平均8天左右，最多的达13天。10 2.4.径流及泥沙陶清河径流年际变化较大，据西堡水库21年实测资料分析，变差系数1.02。年径流量最大值为1970×104m3，最小年径流量为0。根据《长治县陶清河水库除险加固工程修正初步设计》资料，陶清河水库1962年入库年径流3563万m3，1960～1980年平均径流764.243万m3，1981～2001年平均年径流253.16万m3。属季节性暴雨型山区河流，洪水暴涨暴落，河川径流量的季节性变化极为显著，洪枯流量相差悬殊。河川径流量以洪水流量为主，清水流量甚微。河道上游泥沙级配较好，粒径大小不一，下游粒径大小变化不大，级配较为均匀。多年平均输沙量63×104m3。根据《长治县陶清河水库除险加固工程修正初步设计》资料，1960～2001年陶清河水库平均年淤积量为37.22万m3，考虑1988年后流域绿化等对下垫面的改变和影响，库区泥沙淤积呈现减少的趋势，预测近期年平均淤积量为18万m3。2.5.洪水2.5.1.洪水计算方法2.5.1.1.历史洪水浊漳南源干流具有记载的较大洪灾8次，以1482年灾情最重，调查洪峰流量为5400m3/s，陶清河水库自1960年竣工以来，经受过的最大洪水为1962年7月16日，进库洪峰流量为1609.5m3/s。2.5.1.2.计算方法治理河道位于陶清河水库下游，本水文分计算为陶清河水库上游入库流量、水库下泄流量及整治段末端的水文计算。《山西省水文计算手册》（以下简称《手册》）是我省设计洪水计算的主要依据，在本次水文分析计算中，根据具体情况分别采用《手册》中流域模型法、推理公式和水文比拟法。2.5.1.3.流域模型法1.设计暴雨11 1）设计点雨量根据《手册》暴雨等值线图的等值分布梯度确定各定点（本流域按五个定点进行计算），分别查得各定点各标准历时暴雨均值和Cv，详见表2-1。表2-1陶清河水库流域定点雨量查图成果（单位：km2、mm）不同历时定点暴雨参数序号面积10min60min6h24h3d均值Cv均值Cv均值Cv均值Cv均值Cv149.214.00.4534.00.5038.00.5073.00.5595.00.472166.115.00.5034.00.5040.00.5070.00.5390.00.463110.816.00.5534.00.5045.00.5068.00.5085.00.454216.416.00.5334.50.4545.00.4565.00.5083.00.44573.816.00.4635.00.4247.00.4863.00.4580.00.42根据式（2-1）及式（2-2）计算设计点雨量。HKH（2-1）PP式中，模比系数kp在《手册》附表I-2查用。n0Hp,A(tb)(ciHp,i(tb))（2-2）i1式中：Ci各自控制的部分面积占流域面积A的权重；Hp,i(tb)为每个定点各标准历时tb的设计雨量，mm；HoP,A(tb)是同频率、等历时各定点设计雨量在流域面积A上的平均值。2）设计面雨量根据式（2-3）、式（2-4）计算设计面雨量0H(t)(A,t)H(t)（2-3）P,AbpbP,Ab式中：HP,A(tb)为标准历时为tb、设计标准为p、流域面积为A的设计面雨量，mm；HoP,A(tb)为设计点雨量的流域平均值，mm；ηp(A,tb)为设计暴雨点～面折减系数。12 1(A,t)（2-4）pbN1CA式中：A为流域面积，km2；C、N为经验参数，由手册从表6.3.1中查得。设计面雨量计算成果见表2-2。表2-2陶清河水库流域设计暴雨计算成果（单位：mm）设计频率（%）项目10min60min6h4h3d点雨量60.5122.7157.1258.9290.70.10设计面雨量36.269.7127.9197.9245.7点雨量43.489.7114.6186.3215.41设计面雨量26.351.494.8145.8186.1点雨量38.279.7101.6164.2192.32设计面雨量23.245.884.6129.6167.0点雨量34.472.292.0147.9175.03.3设计面雨量20.941.677.1117.7153.3点雨量31.366.284.2134.8161.15设计面雨量19.138.371.0108.3142.3点雨量26.155.870.8112.3137.010设计面雨量16.032.560.591.6122.7点雨量20.745.157.189.3112.020设计面雨量12.826.649.674.4102.03）由式（2-5）、式（2-6）计算不同历时的设计雨量，按设计雨型求得设计暴雨过1nSt,0P程。H(t)0≤λ＜0.12(2-5)P1nSts,0Pt1nn(2-6)slnt式中：n、ns分别为双对数坐标系中设计暴雨时～强关系曲线的坡度及t=1h时的斜率；13 Sp为设计雨力，即1h设计雨量，mm/h；t为暴雨历时，h；λ为经验参数。2%的设计暴雨过程详见表2-3。表2-3陶清河水库控制流域P=2%设计暴雨过程计算成果表（单位：mm）时程123456789101112第一日0.270.40.40.540.270.270.1300.1300.130.27主雨日1.851.721.662.022.112.622.332.473.513.864.312.8第三日1.20.720.720.720.961.20.961.442.164.312.871.68时程131415161718192021222324第一日0.270.40.270.271.083.231.350.940.810.40.670.94主雨日45.88.736.815.654.873.232.222.792.991.931.781.6第三日0.720.960.720.720.240.720.480.240000.244）按瞬时雨强大于等于2.5mm/h的降水作为标准，非主雨日根据它的面雨量时程分配，按此标准统计计算主雨历时和主雨雨量；主雨日按暴雨公式求解主雨历时tz:1ntt1Ssz=2.5nnsz(2-7)Ptnlntzz主雨历时及主雨雨量计算结果见表2-4。表2-4陶清河水库流域P=2%主雨历时及主雨雨量计算成果单位：mm设计雨日主雨历时主雨雨量净雨深第一日1.03.20.02主雨日13.3108.635.93第三日2.07.21.632.流域产流计算1）设计净雨深计算14 设计净雨深计算采用双曲正切模型。H(t)P,AzRH(t)F(t)th(2-8)PP,AzAzF(t)Az式中：th为双曲正切运算符；tz为设计暴雨的主雨历时，h；Hp,A(tz)为设计暴雨量的主雨面雨量，mm；Rp为设计洪水净雨深，mm；FA(tz)为主雨历时内的流域可能损失，mm。流域可能损失用式（2-9）计算。0.5F(t)S(1B)t2Kt（2-9)Azr,A0,PzS,Az式中：Sr,A为流域包气带充分风干时的吸收率，反应流域的综合吸水能力，mm/h1/2,KS,A为流域包气带饱和时的导水率，mm/h；Bo,p为设计频率的流域前期土湿标志（流域持水度），由手册表7.3-1可知P=0.1%设计标准的Bo,p为0.63。根据表2-2产流地类面积计算所占权重，由式（2-10）、（2-11）求得设计流域的KS,ASr,AciSr,ii=1,2,…(2-10)KS,AciKs,ii=1,2,…（2-11）经计算，Sr,A=20.3、KS,A=1.78。则流域P=0.1%设计净雨深即可由前述公式求得，其中第一日设计净雨深0.05mm、第二日78.85mm、第三日3.13mm。15 2）设计净雨过程计算1.求解产流历时tcnSt1n,0sP,Atz1RP1ns，nnslnt（2-12）nsSP,At,0z2.计算损失率t1nnnc(1nstc)SP,Atc，s(2-13)lntc3.设计时段净雨及净雨过程hh(t)h(t)，t0=0(2-14)p,jpjpj1h(t)H(t)t，t≤tc(2-15)pP,A式中：△hp,j为设计时段净雨深，mm；j为时雨型“模板”中的序位编号；tj-1为j时段的开始时刻；其他符号意义同前。把计算出的时段净雨按序位编号安排在设计时雨型“模板”中相应序位位置，即得主雨日的净雨过程。非主雨日的净雨过程，根据已知的非主雨日设计时雨型和净雨深采用“平割法”推求，即从设计时雨型柱状图中画一条水平线“平割”柱状图，上下移动，使平割出的时段净雨之和等于该日总净雨深，这时的时段净雨即为非主雨日净雨过程。3.流域汇流计算流域降水所产生的净雨在重力与地表阻力综合作用下沿坡面及河网向流域出口断面汇集的过程称为流域汇流。流域汇流计算任务是根据设计暴雨计算出的净雨过程，用某种演算方法或模型，将其转换成流域出口断面的设计洪水过程线。1）纳什瞬时单位线纳什瞬时单位线将流域汇流过程假设为由n个等效线性水库串联体对水流的调蓄过程。把瞬时作用于流域上的单位净雨深水体在流域出口断面形成的时间概率密度分布曲线称为瞬时汇流曲线，量纲为1/[T]。把单位净雨乘以瞬时汇流曲线称为瞬时单位线。16 瞬时汇流曲线的数学表达式为：t1tn1k(0,t)()e(2-16)nk(n)k式中：n为线型水库个数；k为一个线型水库的调蓄参数，h；t为时间，h；Γ（n）为伽玛函数。单位强度净雨过程在流域出口断面形成的水体时间概率分布函数称为Sn(t)曲线，它是瞬时汇流曲线对时间的积分，无量纲。数学表达式为：tS(t)u(0,t)dt(n,m),mt/k（2-17）nn0式中:Γ（n,m）称为n阶不完全伽玛函数。时段单位净雨在流域出口断面形成的概率密度曲线称为时段汇流曲线，数学表达式为:S(t)0ttnu(t,t)(2-18)nS(t)S(tt)ttnn流域出口断面的洪水过程根据时段净雨序列与时段汇流曲线用卷积公式计算。MhjQ(it)un(t,(i1j)t)A,0i1jM，j=1,2…M（2-19）j13.6t式中：△t为计算时段，h；△h为时段净雨深，mm；A为流域面积，km2；3.6为单位换算系数；M净雨时段数。2）参数计算参数n采用式（2-20）和式（2-21）计算：17 nC(A/J)1(2-20)1,AC1,AaiC1,i，i=1,2（2-21）式中：A为流域面积，km2；J为河流纵比将，‰；C1,A为复合地类汇流参数；C1为单地类汇流参数；β1为经验性指数；ai为某种地类的面积权重，以小数计。m1采用下列经验公式计算：2m1m,1i(2-22)1mCL/J3(2-23),12,AC2,AaiC2,i，i=1,2（2-24）QPi(2-25)0.278A式中：i为历时平均净雨强度，mm/h；为汇流历时，h；m,1为i=1mm/h时瞬时单位线的滞时，h；Q3p为设计洪峰流量，m/s;L为河长，km；C2,A为复合地类汇流参数；C2为单地类汇流参数；α、β2为经验性指数。单地类汇流参数C1，C2和经验性指数α、β1、β2从手册表7.3.2.1中查得。设计洪水计算成果表2-5。18 表2-5陶清河水库流域模型法设计洪水计算成果表单位：m3/s不同频率设计值时间（h）0.10%1%2%3.33%5%10%20%00000000100000002000000030000000400000005000000060000000700000008000000090000000100000000110000000120000000130000000140000000150000000160000000170000000180000000191.210.610.440.350.290.190201.610.850.630.50.410.280211.450.80.60.490.410.280221.180.680.520.430.360.260230.920.550.430.360.310.220240.690.430.340.290.250.190250.510.340.270.240.210.160260.380.260.210.190.170.130270.270.190.160.150.130.10280.20.150.120.110.10.080290.140.110.090.090.080.070300.10.080.070.070.060.050310.070.060.050.050.050.040320.050.040.040.040.040.03019 表2-5陶清河水库流域模型法设计洪水计算成果表单位：m3/s不同频率设计值时间（h）0.10%1%2%3.33%5%10%20%330.040.030.030.030.030.0303400.020.020.020.020.0203500.020.020.020.020.02036000.010.010.010.01037246.1982.5728.296.410.070.010381750.83937.72675.01512.75400.66244.85142.62392302.891254.02934.72729.74580.55363.12216.36402139.071169.34890.28707.4570.88366.06223.48411775.87990.78769.67621.57508.57334.38209.2421391.68801.66635.08521.02432.13291.35186.81431056.14631.14509.77424.76357.07246.87162.2344785.49487.96401.78339.96289.66205.36138.3145576.06372.43312.57268.56231.91168.61116.3846418.13281.51240.81210.09183.87137.0996.9847301.08211.19184.18163.11144.67110.6280.248215.44157.49139.95125.87113.1488.7165.9249153.39116.87105.8496.6588.0570.853.9250108.7186.3779.7273.9168.2456.2643.925176.7863.6159.8356.3252.744.5635.655249.0446.7144.7842.7940.5835.1828.85535.4134.2133.4232.4331.1627.7123.29541.5723.3124.8924.5223.8821.7718.75550.20.1217.9118.518.2617.0815.075600013.813.9413.3712.0957000010.6210.459.6958000008.157.755957.6134.8928.3424.2720.9311.7113.826091.952.4741.8235.3630.3317.3616.526189.2351.0740.8134.6129.8217.511.966274.443.9135.5730.5126.5715.9911.26358.4835.829.4725.6122.5713.93106444.528.3223.7220.918.6511.88.6820 表2-5陶清河水库流域模型法设计洪水计算成果表单位：m3/s不同频率设计值时间（h）0.10%1%2%3.33%5%10%20%6533.1621.9618.7316.7415.139.827.46624.3516.814.5913.3212.118.066.236717.6912.7211.2510.369.616.565.196812.759.568.618.047.565.294.29699.137.146.556.215.914.243.53706.55.34.964.774.63.392.89714.613.923.733.653.562.692.35723.262.892.82.782.752.131.91732.32.122.12.112.121.681.54740.441.561.571.61.631.331.257501.141.171.211.251.0417600.110.870.910.950.820.8177000.050.690.730.640.65780000.020.550.50.5279000000.390.41800000000.33810000000.268200000008300000008400000008500000008600000008700000001.60.90.60.50.40.30洪峰2302.91254934.7729.7580.5366.1223.5流量91.952.541.835.430.317.5124807.42789.62191.81796.51497.81030.4683.5洪量5001.52940.92292.91885.41577.11080.5720.121 2.5.2.设计洪水2.5.2.1.流域特征质量算流域自然地理特征及流域产流、汇流有关的河道特征等资料，包括流域及工程地理位置、地质、地形、地貌、植被、流域面积、河长、河道纵比降等。1．流域特征量算流域特征量算见表2-6。表2-6流域特征值量表名称流域面积（km2）河长（km）比降（‰）陶清河水库上游615.351.126.512.流域产、汇流地类划分通过实地查勘，并结合《手册》流域下垫面划分图，划分流域产、汇流地类，详见表2-7与表2-8。表2-7陶清河水库流域水文下垫面产流地类划分表序号产流地类面积（km2）1砂页岩灌丛山地246.122砂页岩土石山地92.2953灰岩森林山地215.3554灰岩灌丛山地61.53合计615.3表2-8陶清河水库流域水文下垫面汇流地类划分表序号汇流地类面积（km2）1森林山地184.592灌丛山地307.653草坡山地123.06合计615.32.5.2.2.推理公式法22 推理公式法是原中国水科院水文研究所将流域汇流曲线或净雨过程二者中的任何一个假设为矩形，再令造风净雨历时等于流域汇流时间，经过推导得出。由设计暴雨、推理产流、推理汇流三个子系统构成。从《山西省水文计算手册》中可以看出，其设计暴雨和推理产流的计算方法与流域模型法一致。设计暴雨和推理产流的计算结果见2.3。1、洪峰流量Qm及汇流历时计算根据式（2-26）、式（2-27）及式（2-28）联立方程组求解。0.278L4Q()（2-26）m1mJ3ht0.278A,tctQ（2-27）mh0.278R,PA,tchtHptt（2-28）式中：A为流域面积，km2；L为河长，km；J为河流纵比降；m为汇流参数，从表7.3.3.1中查用；hR,p为设计洪水净雨深，mm；其余符号的意义同前。2、汇流参数mA计算汇流参数按更各种地类的面积权重ci加权计算：mAcimi（2-29）3、洪水过程线计算借鉴现代流域汇流理论的思路，把时段净雨在流域出口形成的单位洪水过程线，概化为多节点折线形，其底长T、节点数M及单位洪水过程线各节点的流量分别由式（2-30）、（2-31）、（2-32）计算：23 T21cint0.5tt﹤（2-30）tMT/t(2-31)0,i0cqiithA（2-32）1q,qi1,2,MT3.6t式中：cint为按四舍五入规则取整算符；_q为时段平均产流率m3/s；△h为时段净雨，来自推理产流计算结果，mm；c为“时段汇流曲线”形状参数。单地类汇流参数M从手册表7.3.3.1中查得。计算结果见表2-9.表2-9陶清河水库推理公式法设计洪水计算成果表（单位：m3/s）不同频率设计值项目0.10%2%第一日1.60.6洪峰流量主雨日2210.9919.6第三日81.440.0最大24h4862.22214.7洪量最大3日5058.82317.12.5.2.3.设计洪水的合理性分析对陶清河现状洪水与本次计算洪水做对比见表2-10。24 表2-10不同洪水的特征值（单位：m3/s、万m3）不同频率设计值项目0.10%2%洪峰流量洪量洪峰流量洪量现状洪水2324768913964500流域模型法2302.94807.2934.72191.8推理公式法2210.94862.2919.62214.7由于降雨资料的延长，并且采用的是年最大法计算，现状洪水的特征值数值相对来说偏大，因此建议采用《手册》计算结果。陶清河水库流域设计洪水的计算应用了《手册》提供的流域模型法、推理公式法分别进行计算，两种方法计算的结果比较接近。虽然推理公式法的理论比较完备，《手册》也提供了一套完整的运算系统，参数分析所选资料均来自省内成果，但其洪水过程为概化过程线，与实际的洪水过程的拟合程度相差悬殊，用于水库的调洪计算其精度不能保证。因此，从实际应用的角度考虑，建议使用流域模型法计算的成果。2.5.3.陶清河水库下泄流量的确定利用上述洪水过程，根据陶清河水库除险加固工程设计报告，水库溢洪道堰顶高程及水库起调水位为970.8m，溢洪道宽度25.2m，水库库容特性曲线如表2-11，溢洪道泄量曲线见表2-12。表2-11陶清河水库水位库容特性表水位969.3970.3971.3972.3973.3974.3975.3976.3977.3978.3979.3980.3（m）库容0153.8436764.411181493190923822896344140274639（m3）25 表2-12陶清河水库溢洪道泄量曲线表水位（m）970.3971.3972.3973.3974.3975.3976.3977.3978.3979.3980.3下泄流016.592.8215.1381.8593.9852.91160.61518.81929.32394.1量（m3/s）采用自由下泄的办法进行调洪，对上述各设计洪水进行调洪计算，2‰的设计洪水调洪过程如表2-13、图2-1与图2-2，其他设计洪水调洪计算结果如表2-14。表2-13陶清河水库50年一遇计算频率调洪演算过程表最大库水位974.56m，相应时间26.19小时，最大入库流量934.72m3/s，最大下泄流量299.29m3/s，削减洪峰635.43m3/s时间（h）入库流量（m3/s）下泄流量（m3/s）对应库容（万m3）库水位（m）00.440286.22970.810.630286.38970.820.63.22286.38970.830.520286970.840.430286.17970.850.340286.31970.860.270286.38970.870.213.22286.38970.880.160285.86970.890.120285.86970.8100.090285.86970.8110.070285.86970.8120.050285.86970.8130.040285.86970.8140.030285.86970.8150.020285.86970.8160.020285.86970.8170.010285.86970.826 表2-13陶清河水库50年一遇计算频率调洪演算过程表最大库水位974.56m，相应时间26.19小时，最大入库流量934.72m3/s，最大下泄流量299.29m3/s，削减洪峰635.43m3/s时间（h）入库流量（m3/s）下泄流量（m3/s）对应库容（万m3）库水位（m）1828.293.34290.32970.8118.37265.764.68309.22970.8819675.0115.12414.13971.2320934.7261.82690.05972.0821890.28128.94984.23972.9322769.67192.191225.21973.5923635.08241.21400.03974.0624509.77274.181513.35974.3525401.78292.61575.38974.5126312.57299.171597.47974.5626.19299.3299.291598.06974.5627240.81296.891589.78974.5428184.14288.311560.95974.4729139.95275.451517.8974.3630105.84260.261465.59974.233179.72243.631408.3974.083259.83226.651348.79973.923344.78209.831289.04973.763433.42193.61230.49973.613524.89178.321174.02973.453617.91163.91120.13973.31370149.971066.86973.16380136.741015.27973.02390124.96968.18972.884028.34115.61929.97972.784141.82108.92902.19972.74240.81103.44878.84972.6327 表2-13陶清河水库50年一遇计算频率调洪演算过程表最大库水位974.56m，相应时间26.19小时，最大入库流量934.72m3/s，最大下泄流量299.29m3/s，削减洪峰635.43m3/s时间（h）入库流量（m3/s）下泄流量（m3/s）对应库容（万m3）库水位（m）4335.5798.13856.29972.574429.4792.92833.62972.54523.7287.74810.66972.434618.7382.65787.66972.374714.5977.6764.8972.34811.2572.81742.38972.24498.6168.19720.57972.17506.5563.76699.56972.11514.9659.7679.4972.05523.7355.82660.19971.99532.852.28641.92971.94542.148.96624.59971.89551.5745.85608.19971.84561.1742.99592.7971.79570.8740.38578.08971.74580.0537.9564.16971.728 图2-1陶清河50年一遇调洪过程图图2-2陶清河50年一遇调洪库水位变化图29 表2-14各标准调洪结果标准（%）最高库水位（m）最大泄量（m3/s）2974.56299.293.33973.97231.725973.5183.1810972.74112.6320972.163.132.5.4.治理段末端设计流量的确定治理段末端流域面积为670km2，水库以上流域面积为615.3km2。水文比拟法使用条件为：参证流域面积与设计流域面积相差不宜过大，通常参证流域面积控制在设计流域面积的0.5～1.5，本项目参证流域（陶清河水库流域）面积为设计流域面积的1.09，适用于水文比拟法。水文比拟法采用下面公式计算流量。Q=KKQ（2-33）P,设HAP,参NA-A1设0设SP设其中：K，KANA-H0A1参SP参参式中：Q、Q分别为设计流域和参证流域的流量，m3/s;P,设P,参KA为面积比拟系数；A、A分别为设计流域和参证流域的面积，km2；设参KH为雨力比拟系数；00S、S分别为设计流域和参证流域的定点设计雨力的面平均值，mm/h；P设P参N1、β为地区经验公式中的经验参数，其中N1=0.92，β=0.050。经计算，KA=1.036。计算结果见表2-15。30 表2-15水文比拟法计算河道改造段下游端的过流量成果重现期5102030501001000频率%201053.33210.1水库下泄63.1112.63183.18231.72299.29401.64751.443流量m/s末端流量65.1116.1188.6238.6308.9414.8772.83m/s31 3.工程地质3.1.区域地质3.1.1.地形地貌长治县地貌形态多种多样。地形地势总体是东南高、西北低。东南部地势高昂，属太行西脉和东岳东麓支脉相交的山区，素有“太行屋脊”之称。最高点雄山主峰海拔1419.5m.西南部山丘交错，为间断起伏的丘陵区。中部，北部为山前冲击平原形成开阔的平川区，地势平坦，土地肥沃，最低点是上秦漳河滩，海拔908m，全县平均海拔1166m。地貌可分为山地、丘陵、平川，面积分别占全县总面积的为23.8%、54.9%、23.1%。陶清河总的流向为西北转北西。3.1.2.地形构造长治县位于山西省东南部、太行山西麓、上党盆地南缘。东靠壶关县，西连长子县，北于长治市城郊接壤，南和晋城市辖高平市、灵川县相邻。地理坐标为东经112°57′07″～113°11′48″，北纬35°51′56″～36°10′13″，平均海拔为1166m。县城位于县境中部。北距长治市17km、省会太原240km。3.1.3.地质构造本区主要褶皱为韩川背斜，轴向北东20°～30°，由库区东北的南山泉而来，通过韩川、陶清河坝址及东横岭、西坪以上向西南延伸，并逐渐倾状。1.长治大断层：起于潞城以北，经长治东面壶口山、经纺、曹家沟西南及坝址区下游300m的地方，穿过宫道进入库区，由八义河向东南延伸，走向为北东—西南方向，断层面倾向北西，倾角为80°左右，为东南翼上升的正断层。断层东侧为奥陶系中统马家沟组灰岩，西侧为石炭系砂页岩底层，该断层局部地段极为明显，破碎段宽度在15m以上。2.东横岭断层：北起黎城县向南经贾掌进入库区北王庆南，西南与长治大断层相交。该断层据大部分被第四系土层所覆盖，在陶清河库区外分水岭区域露出较明显，仅于八32 义河西岸东横岭处见有剧烈错动，此处奥陶系灰岩与石灰系砂页岩直接接触，石灰系岩层层面以近于直立，大部分已风化成松散碎屑，满布于山坡，断面层倾向于南东，倾角85°以上，断距早30~100m之间，为西北翼上升的正断层，在陶清河水库坝址下游有一岩溶塌陷区（高速公路建设中该处作为堆料坊，塌坑被覆盖），其上游边缘距下游坡脚30m。3.2.地震根据《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001），长治县范围内地震动峰加速度为0.15g（相当于地震基本烈度Ⅶ度）。根据《水工建筑物抗震设计规范》（SL203—97），堤防工程不进行抗震设计，其他建筑物按地震烈度Ⅶ度设防。3.3.工程地质3.3.1.地基土构成及岩性描述本区地表多被第四系黄土及粉质粘土所覆盖，仅局部地段有奥陶系中统马家沟组灰岩及石灰碳系砂页岩出露，现由老至新分述如下：1.奥陶系中统马家沟组：上部分以灰岩为主及泥灰岩，中部为角砾状泥灰岩，下部以泥灰岩为主夹灰岩。出露厚度约为60m,主要分布于肩坝及库区桃园、北王庆以北、石后波，狗弯以西等地。坝址区岩层产状未倾向南东54°～70°，倾角10°～30°。2.石炭系：岩性为砂页岩互层，出露厚度约为120m，主要分布与陶清河左岸及八义河以西。3.新第三系：岩性为深红色粘土，出露厚度一般为3m。分布于陶清河右岸的西黄沟及管道一带。4.第四系松散岩层：Q-2粉质粘土出露厚度一般5~20m,地面分布不广，O3主要为黄及粉黄色粉土，出露厚度随地形而异，一般为5~8m,该层广泛覆盖于基岩及粉红色粘土之上，呈不整合接触;Q4砾砂，灰褐色，呈松散状，分选较好，夹层直径2~6cm的卵石，成份以灰岩为主，厚度0.9～6.1m。主要为现代河流冲积层，分布于河道的河漫滩及河床上。3.3.2.地下水33 区内主要接收大气降水补给，地下水主要为碎屑岩裂隙水、炭系砂岩裂隙孔隙中，地下水补给主要来源是大气降水，其次是上覆松散岩类孔隙水补给，砂岩为含税层，泥岩构成隔水层，多为层含水结构。松散岩类孔隙水主要含水层为河谷、河谷中分布的级配不良砂、卵石混合石等，地下水与大气降水关系密切，并接受地表水入渗补给，地下水位随季节变化较大，水质受人类活动影响较大。3.4.天然建筑材料经调查，工程所有天然建筑材料主要为砾、碎石、块石及砾料，当地沙子可以满足砌筑砂浆用，但混凝土同砾需从外地购买。碎石、块石料场库区附近均有，可以直接购买。34 4.工程建设的必要性及其规模与任务4.1.自然及社会经济概况长治县位于山西省东南部、太行山西麓、上党盆地南缘。东靠壶关县，西连长子县，北于长治市城郊接壤，南和晋城市辖高平市、灵川县相邻。地理坐标为东经112°57′07″--113°11′48″，北纬35°51′56″--36°10′13″，平均海拔为1166m。县城位于县境中部。北距长治市17km、省会太原240km。全县现辖韩店镇、荫城镇、苏店镇、西火镇、贾掌镇、八义镇6个建制镇，郝家庄乡、西池乡、北呈乡、东和乡、北宋乡5个建制乡。共有4个居委会，254个行政村，总人口338346（不含暂住人口）。国土面积483平方公里，人口密度695人/km2,是全身疆域最少，人口最稠密的县份之一。长治县煤炭资源丰富，素有“煤乡”之称，煤田面积达242km2,储量达34亿吨以上，工业有电力、燃料、冶金、机械、化工、建材等。2009年，全县共完成国内生产总值790354万元，是1978年的90.2倍。其中，第一产业完成28675万元，第二产业完成493639万元，第三产业完成268040万元。三种产业构成比例3.6:62.5:33.9。根据长治县2009年国民经济和社会发展统计资料，2009年末长治县总人口为338346人，比上年增长1424人。其中，城镇人口为81203人，占全县总人口的24.0%，乡村人口为257143人，占总人口的76.0%。全县人口出生率为10.82‰；死亡率6.61‰；自然增长率为4.21‰。2009年，全县国内生产总值为790354万元，人均国内生产总值23409元，居民人均纯收入6747元。县内名胜古迹颇多，较为著名的有南宋玉皇观、看寺、正觉寺、南呈庆龙党寺、东吴吉佛堂、八义法云寺、李坊洪福寺、原家店、东泰山庙和八义瓷窑遗址等。4.2.河道存在主要问题1.陶清河水库下游段由于久未治理，河流形态部分被破坏，其行洪能力不满足流域规划确定的防洪标准。35 2.河道内倾倒垃圾严重，农田、道路、建筑大面积侵占河道。3.城市污水与工业废水的排入，使局部河道形成水坑。4.煤矿开采引起地下水渗漏，导致陶清河A段已经断流。其所在流域的水环境、生态环境等皆遭受不同程度的破坏。4.3.河道治理的必要性陶清河水库下游段由于久未治理，年久失修，现状的防洪标准已不足5年一遇，其防洪标准亦不适合城市和西岸村庄的安全要求，也不满足流域规划确定的防洪标准。如遇超标准洪水，周边城镇受到直接威胁，较大洪水势必造成城区发生严重水灾。因此，为保证长治县的社会经济的可持续发展，确保城区安全，必须尽快建立城区的防洪工程体系，同时利于实现陶清河风景区规划对水系的要求，把陶清河治理工程早日付诸实施，是非常紧迫和必要的。4.4.防洪标准依据《防洪标准》GB50201-94及《长治县中小河流治理规划》，本次陶清河段的设计防洪标准采用20年一遇洪水标准。4.5.河道治理原则及任务河道治理设计以现状河道为基础，河道治理轴线遵循河道主河势。河道纵坡的设计原则以尽可能维持河道平均纵坡并考虑减少工程量、占地和投资为出发点。河道两岸堤向距、堤高、河道行洪断面宽度均按《长治县中小河流治理规划》要求即堤向距100m、堤高4.0m、底宽40m控制，同时考虑与河城区道路的高层衔接，此外还应兼顾绿化和景区设计需要。依据上述治理原则，本次治理工程任务为：本工程以实现人水和谐为核心理念，以确保长治县城区安全为出发点，以完善防洪保安体系为主要目标，对陶清河六家段实施全面整治，使河道的防洪标准达到20年一遇。本次陶清河水库下游河段河道治理工程包括开挖清理河槽，修筑堤防，配合陶清河风景区规划，研究河道蓄水及水系连接工程。陶清河河道治理完成后能具有安全行洪、36 排水、雨水收集、调蓄、输水、连通、景区娱乐等功能。本次河道治理总长度2.4km(桩号6+500~8+900)，桩号0+000位于陶清河水库大坝下游坝坡坡脚处，工程内容包括内、外堤防、橡胶坝、河道防渗等。4.6.河道堤线设计4.6.1.设计原则河道治理的目标是通过确定合理的堤线最终形成平顺而稳定的河势。堤线确定是否合理，直接关系到河道整治的规模、投资和整治后主流的稳定情况。因此，本次治理堤线规划的原则是：1）因势利导，顺应天然河流的河势，尤其是比较稳定的河段，它是流域水沙和河床边界长期作用的产物，是确定堤线的基本依据；2）洪水河槽进来顺直，但应遵循河流走势的自然规律，保持必要的弯道，平顺过度，不强求裁弯取直；3）结合河道岸边的特点，力求使河道凹岸布置尽量依托在陡崖及支流汇入处形成的冲积扇位置。这样一方面可节省投资，另一方面可利用弯道环流较大的输沙能力把支流带来的洪积物输送下去，减轻或避免洪积扇对干流的危害；4）在满足保护沿岸现有的农田、林地、城镇、道路的同时，尽可能在两岸设置滩地，以便绿化、美化；5）与已建河段堤线平顺连接。4.6.2.堤距的确定根据《长治县中小河流治理规划》及河道状况，考虑与沿河城区道路的高程衔接，还应兼顾绿化和景观设计要求，确定本次治理段堤距，即内堤距40m，外堤距100m。4.7.河道纵横断面设计4.7.1.河道治理轴线的确定本次河道治理轴线即为河道治理中心线，由于陶清河多年未曾规划和整治，河流形态部分被破坏，河势及两岸堤防已不明显，在陶清河风景区规划过程中，设计单位通过多种手段才对治理河段勾画出大致轮廓，为河道治理轴线的确定提供基本依据。在确定37 治理轴线同时考虑了未来河道行洪能力的通畅，尽量不侵占两岸现有村庄、建筑物及耕地，风景区规划对区内水系的要求，为此10.4km的整个治理河段呈蛇取状，全段共有大少弯道22处，轴线转弯半径最大1822m,最少163m，是20年一遇洪水行洪水面宽的4倍。在桩号6+400至7+200段风景区规划给出的长2010m的天然弯道进行了裁弯取值，这样既保证了行洪水流的顺畅，又不影响风景区对大小水面的要求。河道治理轴线（中心线）控制点坐标及主槽底宽见表4-1。表4-1河道治理轴线控制点坐标及主槽底宽控制点坐标序号主槽宽度（m）XY13990395.602409786.4794023991127.553409486.3894033991729.573409046.5164043992150.844408638.7184053992326.471408316.12961～1234.7.2.治理河段纵坡设计治理河段属陶清河的下游河段，经查多重资料均介绍此河道天然纵坡为2‰，沿治理轴线在1/1000地形图上做出治理河段纵断面图，得出治理河段的现状地面平均纵坡为2.9‰，此值为于设计轴线裁弯取值有关，兼顾治理河段需利用多座橡胶坝挡水形成连续水面，综合考虑橡胶坝合理位置、坝高、降低工程造价及下游河道的连接等因素，治理河段设计纵坡采用2‰(详见附图1)。4.7.3.河道横断面设计从“以人为本，尽力提高两岸人民群众生活品质，改善两岸人民群众生产环境”的思想出发，本次治理对河道进行蓄水、绿化，以增加两岸人民群众休憩娱乐场所，形成人、环境相协调的生态发展环境。根据河道现状、设计流量、景观设计对水面及游览道路的要求，宜采取复式断面，行洪断面可以为底宽40m的矩形断面，两岸设临水路和绿化带，通过绿化、美化成为人民休憩娱乐的场所。38 在设计河道断面时，在保证行洪安全的前提下，结合风景区规划对形成三个大小断面及河道蓄水面的要求，综合考虑河道设计纵波、橡胶坝位置、坝高及数量等影响因素，经分析，提出矩形主槽复式断面方案见图4-1（详见附图2）。矩形主槽方案（单位：m).011:181:181:21:26186.04061863100图4-1矩形主槽横断面图4.8.堤防形式确定由于工程区现状河道基本没有河堤，故本工程的内外河堤均为新建堤防。堤防形式的选择：1.重力式挡土墙重力式挡土墙依靠墙体自重支撑土压力来维持其稳定。一般用多片（块）石砌筑，在缺乏石料的地区，有时也用混凝土修建。图4-2所示的挡土墙均为重力式挡土墙.重力式挡土墙形式简单，施工方便，可就地取材，适应性较强，故被广泛应用，但其圬工数量较大，对地基的承载能力要求较高。39 图4-2设计挡土墙的位置a)路堑墙b)路堤墙（虚线为路肩墙）c)路肩墙d)浸水挡土墙e)山坡挡土墙f)抗滑挡土墙2.加筋土挡土墙加筋土挡土墙是填土、拉筋、面板三者的结合体，如图4-3所示。填土和拉筋之间的摩擦力改善了土的物理力学性质，而使得填土与拉筋结合为一个整体。在这个整体中起控制作用的是填土与拉筋之间的摩擦力。面板的作用是阻挡填土坍落挤出，迫使填土与拉筋结合为整体。加筋土挡土墙属于柔性结构，对地基变形适应性大，建筑高度大，具有图4-3加筋土挡土墙省工、省料、施工方便、快速等优点，适用于填土路基。3.锚定式挡土墙锚定式挡土墙可分为锚杆式和锚定板式两种。锚杆式挡土墙是由预制的钢筋混凝土立柱、挡土板构成墙面，与水平或倾斜的钢锚杆联合组成，如图4-4a）所示。锚杆的一端与立柱连接，另一端被锚固在山坡深处的稳定岩层或土层中。墙后侧向土压力由挡土图4-4锚定式挡土墙板传结立柱，由锚杆与稳定岩层或上a）锚杆式挡土墙b）锚定板式挡土墙层之间的锚固力，使墙获得稳定。它40 适用于墙高较大，缺乏石料或挖基困难地区，具有锚固条件的路堑挡土墙。锚定板式挡土墙是由钢筋混凝土墙面、钢拉杆、锚走板以及其间的填土共同形成的一种组合挡土结构，如图4-4b）所示。它借助于埋在填土内的锚定板的抗拔力抵抗侧土压力，保持墙的稳定。锚定式挡土墙的特点在于构件断面小，工程量省，不受地基承载力的限制，构件可顶制．有利于实现结构轻型化和施工机械化。它适用于缺乏石料地区的路肩墙或路堤墙；4.薄壁式挡土墙薄壁式挡土墙属于钢筋混凝土结构，可以分为悬臂式和扶壁式两种。悬臂式挡土墙由立壁、墙纸板和墙踵板三部分组成，如图4-5a）所示。当墙身较高时，沿墙长每隔一定距离加设扶壁（肋板）连接墙面板及踵板，构成扶壁式挡土墙，如图4-5b）所示。薄壁式挡土墙结构的稳定不是依靠本身的重量，主要依靠墙踵板上的填土重量来保证。它具有断面尺寸较小，自重轻，能修建在较弱的地基上等优点，适用于城市或缺乏图4-5薄壁式挡土墙石料的地区。其缺点是需耗用一定数量a）悬臂式挡土墙b）扶壁式挡土墙的水泥和钢筋，施工工艺较为复杂。综上所述，结合六家段及整体河道形式，宜选用重力式挡土墙。4.9.设计水深计算4.9.1.1.河道设计标准及流量治理河段防洪标准为20年一遇，水文分析计算在考虑陶清河水库调洪作用后，治理段末端的洪峰流量为Q=308.9m3/s（P=2%），Q=188.6m3/s（P=5%）。4.9.1.2.河道过水断面水利计算设计水深计算包括河道行洪水深计算与橡胶坝塌坝形成堰流后的坝前水深计算。由于治理河段河道设计断面规则，故洪水水深按均匀流计算，橡胶坝塌坝后坝前水深按宽顶堰计算。41 1．均匀流水深计算均匀流水深计算采用公式如下：QACRi（4-1）式中：Q：主槽流量；A：主槽过水断面面积；AR：主槽过水断面水力半径，R；XX：主槽过水断面湿周；i：河道设计底坡，取2‰；11/6C：谢才系数，C=R；nn：主槽糙率，0.03。计算得治理段河道20年一遇（P=5%）标准设计洪水对应水深如表4-2。（计算所用程序见附录：矩形断面设计水深计算程序）表4-2矩形过水断面水利计算结果水深h(m)断面平均流速v(m/s)流量Q(m3/s)188.6308.9188.6308.9矩形断面2.082.832.272.272橡胶坝塌坝后坝前水深计算汛期橡胶坝需要塌坝以保障河道正常行洪，塌坝后橡胶坝坝袋顶面一般高出河底约0.2m左右，在主槽中形成一低堰，堰前会产生壅水。壅水高度按宽顶堰流量公式计算。32Qmb2gH（4-2）0式中：Q—流量，m³/s；m—包括行近流速水头的流量系数；0b—过水断面净宽度，取40m；g—重力加速度；σ—淹没系数；42 ε—侧收缩系数；H—堰上水头，m。计算的堰上水头为1.808m，总水头为2.09m。由于河道坡度较缓，水流在塌坝后的橡胶坝前大部分范围内产生壅水，原外堤高度即可满足。4.10.蓄水工程本工程拟建2座橡胶坝，蓄水总面积长2400m，总蓄水面积9.6万m2，平均蓄水深1.4m,总蓄水量13.44万m3;蓄水河段两侧先后与三个大水面相通，大水面总面积60万m2，平均水深1.9m，总蓄水量114万m3，橡胶坝为汛期（3个月）塌坝运行，相应大水面水深减少1.4m。4.10.1.需水量估算根据橡胶坝的运行方式，汛期塌坝最大水量损失为橡胶坝水量损失34.72万m3，大水面蓄水量损失84.3万m3,合计119.02万m3。年附加蒸发损失539.4mm，橡胶坝蓄水河段按9个月计其蒸发损失为10.29万m3，大水面按全年计其蒸发损失为33.18万m3，合计43.47m3。橡胶坝蓄水段拟采取防渗措施，年渗漏损失按月损失占总蓄水量的1%计算，年损失3.12万m3;大水面暂不考虑防渗措施，月损失按总损失总蓄水量的5%计算，全年损3，3失55.76万m，合计年渗漏损失58.88m。以上三项损失合计即为蓄水量，计221.37万m3。4.10.2.来水量估算按风景区规划，工程后污水处理厂日供水0.5万m3，处理后的矿山废水日供0.3万m3，未处理的矿山废水日供0.5万m3，合计年可供水量470.6万m3。蓄水工程总面积84.8万m2,年降水量580mm，可承接降水49.18万m3。陶清河水库控制流域年平均径流量253.16万m3，其中汛期占52.1%，按非汛期径流量的20%供蓄水工程，为24.25万m3。以上三项来水合计547.35万m3。43 5.主要建筑物布置5.1.设计依据陶清河水库下游段河道综合治理遵循全面规划、综合治理、景观与生态相结合的原则。1）河道治理以防洪为中心，根据陶清河风景区的规划，为防洪、蓄水、生态、景观、休闲等多个方面进行综合整治；2）堤防线布置原则上维持原有河道形态，根据行洪流量和景观规划，对提岸走向做综合调整；3）河道的基本功能是防洪，在满足堤防防洪标准前提下考虑蓄水和绿化美化，达到改善两岸的小气候和生态环境。5.2.工程等级及建筑物级别本次陶清河六家段综合治理工程主要包括河道堤防工程与蓄水橡胶坝工程。根据工程选定的20年一遇防洪标准，按《堤防工程设计规范》（GB50286—98）规定，确定本工程堤防级别为4级。根据《水利水电工程等级划分急洪水标准》（SL252—2000），蓄水橡胶坝按小型水库考虑，确定蓄水工程等别为V等，主要建筑物为5级。5.3.工程总体布置该治理段为6+500～8+900，此段为蓄水河段，共修建2座橡胶坝，在河道主槽内蓄水，全段拟采用水泥防渗措施。根据风景区规划要求，此次治理段河道主槽与3#大水面连接，3#大水面入口中心桩号8+551.61（详见附图3）。5.4.工程设计5.4.1.确定堤防高程5.4.1.1.内堤防工程设计44 堤间距40m,以治理轴线为中心线。根据水力计算、堤防超高及河道蓄水要求，内堤净高3.2m,为M10浆砌石重力式，顶宽0.8m，迎水坡1:0.15，背水坡1:0.3，顶宽2.13m,顶部设0.2厚的C15混凝土压顶。5.4.1.2.外堤防工程设计1.断面设计堤间距100m,为均质土堤，堤顶高程为相应设计河底以上4.0m,根据建堤处表土情况，清基0.3～0.5m,堤顶宽按巡堤抢险路要求取为6.0m,内坡1:2.5、外坡1:2.0、在桩号8+900以前为内坡草皮护坡，堤脚设厚0.8m、深2.0m的M10浆砌石防冲齿墙。2.堤顶超高按《堤防工程设计规范》GB50286—96公式6.3.1计算堤防超高值：Y=e+R+A式中：Y：堤顶超高，m；R：设计波浪爬高，m；e：设计风壅增水高度，m；A：安全加高，m。设计波浪爬高R及风壅增水高度e按下列公式及规范相应表格计算确定；0.45gF0.70.00182ghgdV0.13th0.7th（5-1）220.7VVgd0.13th0.72V2KVFecos（5-2）2gdRKKKRh（5-3）VP0式中：h：波浪高度；F：风区高度，m；d：水域的平均水深，m；45 g：重力加速度，取9.806m/；K：综合摩阻系数，取K=3.6×10；V：设计风速，按多年平均最大风速的1.5倍计，取25m/s、风区长按40m计；当堤防不容许越浪时，迎水坡为浆砌石铅直面，安全超高值A为0.6m。据此计算得不允许越浪的堤防安全超高值y=0.84m。3.主槽堤防高度根据主槽水力计算及堤防安全超高计算结果，当宣泄20年一遇洪水时，矩形主槽的堤防净高为：2.08+0.84=2.92m当宣泄50年一遇洪水时，矩形主槽的堤防净高为：2.83+0.84=3.67m。为此选择净高为3.20m可满足设计标准洪水行洪、河道蓄水及临水路行人安全要求。而当将滩槽外侧土堤顶加高至距设计河底高差为4.0m时，可满足超高标准的50年一遇洪水河道安全行洪的要求。经过主槽弯道进行水面超高计算表面，主槽最少的弯道半径R0为163m、水面宽度2VB为40m、平均流速V为2.27m/s、其水面超高hB0.14m为治理河段各弯道gR0的最多超高值，故无须为此增加主槽堤防高度。5.4.1.3.河道主、滩槽设计1）主槽河底清淤主槽河底纵坡依设计纵坡2‰进行清理,遇有填方时,一般用河道开挖料填筑并压实,对于治理段入口附近,应在地址勘察察明情况后再确定回填措施。2）主槽防冲及防渗治理段采用厚0.5m的M10浆砌石护底，伸缩缝间距20m,缝宽2cm,需采取止水措施，在设计河底以下70cm处铺设复合土工膜（200g×0.3mm×200g）,上覆厚20cm的砂性土护层，再上设纵横间距均为20m的M10浆砌石压粱、压粱断面宽0.6m,高0.5m，粱格间回填开挖料并压实。在主槽内堤外侧设宽6m的临水路，路宽为0.15m厚的干砌连锁式预制混凝土块，46 路外侧以1:18的土坡外堤连接，土坡外堤防护及绿化依景观规划设计确定。5.4.2.冲刷深度计算1．一般冲刷深度计算水流平行与岸坡产生的冲刷深度水流平行于岸坡产生的冲刷深度按《堤防工程设计规范》D2.2—1中公式计算：nVcphh1BpV允式中：h：一般冲刷深度，m，从水面起算；Bh：冲刷处的水深，m，以近似设计水位最大深度代替，为3.5～4.2m；pV：平均流速，m/s，为7～8m/s；cpV：河床面上允许不冲流速，取1.5m/s；允n：与防护岸坡在平面上的形状有关，取n=1/4；计算得一般冲刷最大深度为河床以下0.58m左右。2.水流斜冲岸坡产生的冲刷深度水流斜冲岸坡产生的冲刷深度按下式计算：a22.3tanVj2h30dp2g1m式中：h：从河道算起的局部冲深（m），从河底算起；p：水流流向与岸坡交角，α=15°～35°；m：防护建筑物迎水面边坡系数，m=0.15；d：坡脚处土壤计算粒径，取0.1cm；V：有浅滩的河床水流的局部冲刷流速（m/s），取3～9m/s；j计算得最大冲刷深度为0.6～2.0m左右。47 由于缺少河床土的实验资料，暂按陶清河水库级配不良砂的实验数据计算冲刷深，按《堤防工程设计规范》公式（D.2.2-1、D.2.2-2）计算得水流平行岸坡和斜冲岸坡的局部冲深分别结果均满足规范要求。为0.34m和0.36m，故内堤的基本埋深取为2.0m,厚2.13m。内堤稳定计算结果计算见表5-1。表5-1内堤稳定计算荷载组合抗滑稳定系数抗倾斜稳定系数河道污水1.141.48河道泄设计洪水1.362.0河道蓄水3.0m1.532.13根据《堤防工程设计规范》表2.2.5及表2.2.6，4级堤防抗滑稳定安全系数1.05～1.20、抗倾斜稳定安全系数为1.35～1.45，上表计算结果均能满足规范要求。计算得最多基地应力为121Kpa。5.4.3.堤防稳定计算堤防稳定计算包括：堤防自身稳定即抗滑稳定计算、抗倾稳定与基底压力验算。1.稳定计算条件稳定计算按下列取值：土容重16KN/㎥，土内摩擦角30°；浆砌石容重22KN/㎥；地基容许承载力300KPa；基底面与地基间的摩擦系数0.4。(1)抗滑稳定计算抗滑稳定计算采用刚体平衡公式，取单宽1m为计算对象。fWKcP式中：K：抗滑稳定安全系数；cf：基底面与地基间的摩擦系数；W：堤防自重、土重等垂直荷载及扬压力总和；P：水平荷载总和。48 (2)抗倾稳定计算抗倾稳定计算采用刚体倾覆公式，取单宽1m为计算对象。MvK0MH式中：K：抗滑稳定安全系数；0Mv：抗倾覆力矩；MH：倾覆力矩。(3)基底应力验算基底应力验算采用下列公式：maxGMminAW式中：，：最大及最小基底应力（KPa）；maxminG：垂直荷载总和（KN）；A：基地面积（㎡）；M：荷载对底板形心轴的力矩（KN·m）；W：底板截面系数。综上计算结果表明：内堤防稳定安全系数均符合规范允许的抗滑、抗倾系数及基底压力最大值与最小值之比，满足稳定要求。5.4.4.橡胶坝设计5.4.4.1.挡水建筑物的比较（1）橡胶坝橡胶坝（如图5-1）分为充水式和充气式两种。充水坝的充排时间要长于充气坝。在造价方面，图5-1橡胶坝两种坝型相差不多。橡胶坝运用条件与水闸相似，49 与常规闸坝相比又有以下特点：一是造价低。可减少投资30%～70%，可节省钢材30%～50%，水泥50%左右，木材60%以上。二是施工期短。坝袋只需3天～15天即可安装完毕，多数橡胶坝工程当年施工当年受益。三是坝体为柔性软壳结构，能抵抗地震、波浪等冲击，且止水效果好，跨度大，汛期不阻水，可用于城区园林美化。四是维修少，管理方便。橡胶坝袋的使用寿命一般为15～25年。橡胶坝主要由土建部分、坝袋及锚固件、充排水（气）设施及控制系统等部分组成。橡胶坝运行时要严格按照规定的方案和操作规程进行，要注意坝袋内的充水（气）压力不能超过设计压力，以免坝袋爆破。橡胶坝虽然很少维修，不像常规钢闸门那样需要定期涂刷油漆防锈，但也要定期检查，尤其是在洪水过后，要检查是否有漂浮物对坝袋造成刺伤，以及坝体振动、坝袋与底板磨损、河卵石摩擦撞击坝袋等造成的损害。橡胶坝袋容易受到尖利和有头角物体的损坏，故应划出橡胶坝工程的管理范围和安全区域。橡胶坝主要适用于低水头、大跨度的闸坝工程，如用于水库溢洪道上作为闸门或活动溢流堰，以增加水库库容及发电水头；用于河道上作为低水头、大跨度的滚水坝或溢流堰，可以不用常规闸的启闭机、工作桥等；用于渠系上作为进水闸、分水闸、节制闸，能够方便地蓄水和调节水位和流量；用于沿海岸作防浪堤或挡潮闸，由于不受海水浸蚀和海生生物的影响，比金属闸门效果好；用于跨度较大的孔口船闸的上、下游闸门；用于施工围堰或活动围堰，橡胶活动围堰高度可升可降，并且可从堰顶溢流，不需取土筑堰可保持河道清洁，节省劳力并缩短工期；用于城区园林工程，采用彩色坝袋，造型优美，线条流畅，可为城市建设增添一道优美的风景。（2）翻板闸1）基本原理现在应用最为广泛的翻板闸门即为水力自控翻板闸门，其工作原理是杠杆平衡与转动，具体来说，水力自控翻板闸门是利用水力和闸门重量相互制衡，通过增设阻尼反馈系统来达到调控水位的目的：当上游水位升高则闸门绕“横轴”逐渐开启泄流；反之，上游水位下降则闸门逐渐回关蓄水，使上游水位始终保持在设计要求的范围内。举个例50 子，滚轮连杆式翻板闸门是一种双支点带连杆的闸门，由面板、支腿、支墩、滚轮，连杆等部件组成，根据闸门水位的变化，依靠水力作用自动控制闸门的开启和关闭。当上游来流量加大，闸门上游水位抬高，动水压力对支点的力矩大于门重与各种阻尼对支点的力矩时，闸门自动开启到一定倾角，直到在该倾角下动水压力对支点的力矩等于门重支点的力矩，达到该流量下新的平衡。流量不变时，开启角度也不变。而当上游流量减少到一定程度，使门重对支点的力矩大于动水压力与各种阻尼对支点的力矩时，水力自控翻板闸门可自行回关到一定倾角，从而又达到该流量下新的平衡。2、发展历程水力自控翻板闸门是我国水利工程技术人员历经四十多年的艰苦奋斗，研发出来并拥有完全自主知识产权的一种节能、环保型闸门。自上世纪六十年代初第一代水力自控翻板闸门诞生，先后经了横轴双支铰型、多支铰型、滚轮连杆式和滑块式水力自控型四个发展阶段。自1982年以来，第三代滚轮连杆式闸门便开始广泛应用。特别是1990年以来，广大工程技术人员刻苦钻研、反复实验，从理论到水工模型实验，再到工程实践，近几年终于设计研发出第四代新型滑块式翻板闸门。该闸门无论技术设计、生产工艺，还是使用性能，均产生了质的飞跃。从技术角度上来讲，翻板闸门发展过程中几个明显的进步：（1）1982年初设计的面板铅垂水流方向的双支点滚轮连杆式闸门：该种翻板闸门采用双支点带连杆方式，在实际运行过程中，能基本满足工程需要。但不容否图5-2垂直挡水翻板闸门认，这种闸门还存在一些不足，主要是在某些水力条件下容易发生小开度振动拍打现象，虽然短期内不至影响到整个闸坝的安全，但长期的小开度振动拍打会导致翻板闸门底部和固定坝的疲劳破损，以致闸坝漏水严重，直至造成整个翻板闸坝工程的破坏。另外，其初启动水位较高、而回关水位偏低，难以满足用户的使用要求。（2）1983年下半年设计的面板向下游有一定的预倾角度的滚轮连杆式闸门：针对面板铅垂的滚轮连杆式闸门存在的问题，作了如下几个方面的改进：51 a)将翻板闸门改进成向下游预倾一个角度的型式，经过多次水工模型试验后发现，证明其能有效防止翻板闸门的小开度振动拍打现象，并使初始启门水位得以降低，关门水位得以提高；b）门下堰顶设有一个斜坡式跌落，使门下的堰型由宽顶堰改造成为梯形断面实用堰，增大了流量系数，使上游洪水位低于采用其它形式的翻板闸门的情况，减少了淹没损失；c)在连杆长度及支铰位置、滚轮直径方图5-3预倾角连杆滚轮闸门面作多次修改和调整，运行更加准确可靠。而且翻板闸门的启门水位可以根据业主要求设计为高于正常水位5~30cm之内的任一值，设计成果与实际使用的水位差值可控制在5cm以内，一般只有一、两个厘米；d)在闸门前增设防护墩，防护墩可以有效防止上游来物撞击闸门及漂浮物堵在闸门支铰下造成破坏。经近40年全国近30个省市实例工程的运行证明，该种面板有预倾角的滚轮连杆式翻板闸门已相当成熟可靠，具有广泛推广应用的价值。下面从功能、泄洪能力、运行、造价等方面对这两种方案进行了比较。(1)景观要求。两者均能形成景观需要水面，但橡胶坝形成的水面效果更加美观。(2)泄洪能力。泄洪时,翻板坝方案的闸门及其支撑结构会对断面过水能力产生较大的影响。如要增大泄洪量，需加高上游的堤防,增加了工程总投资。(3)运行管理。翻板闸方案能通过控制液压设备实现启闭,自动化程度高,运行简单可靠,管理方便。但翻板坝容易受到泥沙淤积或漂浮物的影响，导致翻板闸门无法正常启闭运行,国内目前已有多起由于翻板闸门无法正常运行而将其拆除的案例。以上几个方面的比较结果表明,橡胶坝方案在景观、泄洪能力和运行管理方面表现更胜一筹，最终确定橡胶坝作为拦河闸坝型式。5.4.4.2.橡胶坝1.橡胶坝设计依据治理河段平面布置景观规划的位置及河道设计纵波，经分析比较，在本次河道52 治理段内共设置两座橡胶坝，位置及特征见表5-2。表5-2橡胶坝位置及特征表坝号坝高坝顶高程轴线桩号坝底板长1#3.0931.407+60011m2#3.0928.808+90011m上述2座橡胶坝均为长40m的彩色枕式橡胶坝，设计内压比1.3，胶布为锦纶帆布、胶料为氯丁橡胶，坝袋厚7.5mm、坝袋型号为JBD3.0-220-2，橡胶型号为J220220-2，坝袋设计强度安全系数8.0。橡胶坝土建工程包括钢筋混凝土铺盖地板、边墩、消力池及浆砌石铺盖、2#坝下游尚设堆石防冲槽。铺盖长15m、厚0.5m,底板厚1.0m，坝高的边墩为3.5m，厚0.5m，防冲槽长8m，厚1.0m。橡胶坝冲水水源为井水，冲水采用机冲，排水采用机排加自排，塌坝排水时间按1-2小时控制。每座橡胶坝坝端（临水路外侧）设1座泵站，装置2台水泵，为1用1备。坝的充排水量为620m3。泵房为半地下式，钢筋混凝土结构，泵房长12m、宽7.0，总高5.8m。橡胶坝底板下游布置消能阶梯与消力池，消能阶梯与消力池均为钢筋混凝土结构（详见附图4）。2.消力池设计1）堰上总水头消力池设计流量取治理段末端的洪峰流量，即188.6m3/s，橡胶坝塌坝后为宽顶堰，，以消力池底板为基准面的堰上总水头E为：E=2.09+0.2+1.5=3.79m02）堰后收缩断面水深堰后收缩断面水深按下式计算：2qEh（5-4）0c222ghc式中：53 E0：以消力池底板为基准面的堰上总水头；h：堰后收缩断面水深；cq：消力池单宽流量；：流速系数，取0.9。计算得收缩断面水深为：0.7m。3）跃后水深水跃跃后水深按下式计算：hq2"ch181（5-5）c32ghc式中："h：水跃跃后水深；c其余符号意义同上。计算得跃后水深为2.22m。4）消力池深度消力池深度按下式计算："hhdz（5-6）ct式中：d：消力池深度；h：下游水深；t：淹没系数，取1.05；z：按下式确定：2Q11z（5-7）2"22"22gbhhtc式中：Q：流量，取188.6m3/s；b：消力池宽度，为40m；"：消力池流速系数，取0.95。54 计算得消力池深度为0.7m。5）消力池长度消力池长度按下式计算：L0.8L（5-8）kj式中：L：消力池长度；kL：按下式确定；jLj/hc9.5Fr111.7Fr19.0(5-9)Lj/hc8.4Fr19769.0Fr116式中：Fr：跃前断面弗如德数。1计算得消力池长度为11m。考虑消能阶梯，最后确定消力池深度为0.76m，包括消能阶梯在内的消力池长度为11.0m。55 6.工程管理及占地6.1.管理机构本工程管理权属于长治县人民政府，结合工程运行管理特点成立陶清河管理站，隶属于长治县水利局。参照《水库工程管理设计规范》及《水利工程管理单位制定员试行标准》的有关规定，管理站编制人员11人，其中生产人员8人、管理人员3人。6.2.管理范围根据《堤防工程管理设计规范》SL171-96的规定，本工程管理范围包括堤身、护堤地、防渗工程、挡水工程及管理单位生产、生活区建筑等的建筑场地和管理用地。护堤地范围：根据《规范》SL171-96，结合本工程特点，本工程外护堤为自外堤外坡坡脚向外延伸30m。堤防首尾端护堤地纵向延伸50m。在本工管理用地范围内任何单位和个人不得修建建筑物，开垦种植和从事危害或妨碍河道堤防安全级管理的活动。6.3.保护范围根据《堤防工程管理设计规范》SL171-96的规定，本工程保护范围为外护堤地界限外延100m。凡在工程保护范围内的土地，不改变土地的产权性质，但任何单位或个人不得从事深孔爆破，开采地下水或构筑其他地下工程等危及堤防安全的活动。6.4.堤防管理堤防工程运行期间应按制定的管理制度进行经常性检查、定期检查和特别检查。经常性检查着重检查河底有无沉陷、位移，堤身有无损坏和渗漏，防冲、防陶设施是否受损，发现问题及时解决。每年汛前、汛后对堤防全线及其他设施进行定期检查，汛前着重检查岁修工程的完成情况和度汛存在的问题，汛后着重检查河道行洪后堤防工程发生的各种变化和损害情况。56 在发生大洪水、地震等情况时，管理单位领导应及时组织力量进行特别检查，必要时报请上级主管部门和有关单位会同检查，对检查中发现的问题应及时采取修补、恢复堤防功能等措施。汛期发生特别险情时，应及时组织抢险队伍抢修，并报上级主管部门。6.5.橡胶坝管理橡胶坝运行期间应监视水情和水流形态、工程状态变化和坝袋运行情况，及时发现异常现象，分析原因，采取措施，防止发生事故。橡胶坝工程检查工作包括经常检查、定期检查和特别检查。经常检查：应对橡胶坝工程各部位、坝袋、锚固件、充排设备、机电设备、通讯设施、河床冲淤、管理范围内的河道堤防和水流情况进行检查。每月不少于一次。定期检查：为在汛前、汛后、冬季封冻时或在橡胶坝运用前后，对橡胶坝工程各部位及各项设施进行全面检查。每年初次运用前，应着重检查岁修工程完成情况，汛后应着重检查工程变化和损坏情况及防冻、防冰凌措施的情况。特别检查：当发生特大洪水、暴雨、暴风、强烈地震和重大工程事故时，应及时对橡胶坝工程进行特别检查，着重检查主体工程有无损坏等。定期检查、特别检查结束后，应及时向上级主管部门提交检查报告。6.6.资料整理与整编堤防工程和橡胶坝工程的各种检查报告均应长期保存。观测工作应包括：堤防位移、沉陷、破损、裂缝、坝袋变形、老化、河流上下游水位、河床变形、水流形态、水位、流量、漂浮物、冰凌等。观测结束后，应及时进行资料的整理计算，资料整编每年进行一次，整编成果应提交上级部门审查并长期保存。57 7.环境影响评价陶清河水库下游河段河道综合治理工程，为提高河道防洪标准，配合风景区规划，修建2座拦水橡胶坝形成长2400m、宽40m(144亩)的河道蓄水面，可以说是提高河道行洪能力，保障两岸生命财产安全，改善生态环境的生态工程。7.1.评价目的及依据根据对治理段自然管径与社会现状的实地调查资料，从环境的角度论证工程的合理性，全面评价工程对环境的有利影响和不利影响。针对工程对环境产生的不利影响，提出可行的环境保护对策。做到不因本工程的建设而使环境恶化。评价依据如下：1）《中华人民共和国环境保护法》（1989.12）；2）《中华人民共和国环境影响评价法》（2002.10）；3）《建设项目环境保护管理条例》（1998.11）；4）《中华人民共和国大气污染防治法》（2000.4）；5）《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》（2004.12）；6）《山西省环境保护条例》（1997.7）；7）《山西省大气污染防治条例》（1996.9）；8）《环境影响评价技术导则》（水利水电工程，HJ/T88-2003）；9）《环境影响评价技术导则》（总纲、大气环境、地面水环境，HJ/T2.1～2.3-93）；10）《环境影响评价技术导则》（声环境，HJ/T2.3-96）；11）《环境影响评价技术导则非污染生态影响》（HJ/T19-1997）。7.2.工程兴建对环境的主要影响1）提高河道的防洪标准，通过蓄水及绿化工程，改善治理河段及周边的生态环境；2）为促进两岸地区的经济可持续发展提高环境保障，改善小气候，创造良好的休闲场所，一定程度上提高居民生活水平质量。7.3.工程兴建时对环境的主要不利影响58 主要为施工期产生的少量废水、废渣、扬尘、噪声，由于工程区地处野外，远离居民区，工程施工对自然环境和施工人员产生短暂危害，通过采取相应的施工期环境保护措施可以减轻或免除。7.4.环境保护投资参该条件类似的已建工程的经验，工程环境保护投资估算为50万元，主要包括环境保护措施费、环境监测措施费、仪器设备及安装费、环境保护临时措施及独立费用。总之，长治县陶清河水库下游段河道综合治理工程属于社会公益性质的项目，其长远有利的影响大于工程施工期所造成的局部区域的临时性不利影响，在工程区域内不存在对工程产生制约的环境问题。59 8.工程量估算本工程为长治县陶清河六家段河道治理工程，工程内容包括6+500～8+900段河道清淤、滩槽回填及内外堤工程，1#，2#橡胶坝工程及防渗工程。主要建筑工程量为：土方开挖33.47万m3，土方回填34.42万m3，混凝土982m3，浆砌石4.93万m3，钢筋制安51t。60 9.结论与建议陶清河水库下游段河道治理工程的实施，使河道的防洪标准达到国家规范的要求，对两岸人民的生命财产安全提供了保证，工程对改善当地生态环境、提升沿河城镇的整体品位，丰富陶清河风景区的内涵，促进旅游事业和长治县经济的发展都有不可替代的作用。从工程安全角度出发，建议尽快进行如下工作：1.尽快按《堤防工程地质勘探规程》SL/T188—96的要求进行治理河段的地质勘察工作，以便按建筑基地的实际条件补充和完善各类建筑物的地基处理、加固及蓄水河段的作用。2.河段治理工程署陶清河风景区建设的重要组成部分，且应当先行，故应在风景区规划中进一步明确工程项目的归属。61 外文原文UrbanRiverPollutionControlandRemediationAbstractAsanimportantsubsystemofurbanenvironment,urbanriveroffersmanykindsofecologicalserviceswhichbenefitthecitydwellers.However,withtheaccelerationofurbanizationandrapiddevelopmentofeconomy,urbanriverpollutionproblemarebecomingmoreandmorecritical.Thispaperdescribedthecurrentsituationofurbanriverpollution,summarizedtheresearchesonriverpollutioncontrolandremediation.Aftercomparedandanalyzeddifferenttechniquesandclarifiedtheconceptsofbioremediationtechnology,basedontheadvancesofriverremediation,thispaperconcludedtheapproachestoalleviatetheriverpollutionproblemthatthebiologicalecologicalremediationshouldbeutilizedastheprimarytechnique,andthephysicalandchemicalremediationasthesupplementarymeans.1.IntroductionWiththerapiddevelopmentofeconomyandtheaccelerationofurbanization,theriverpollutionoccurredcontinuously,whichresultsintheriverecosystemsdamagedseriously.Vastquantitiesofdomesticandindustrialwastewaterflowedintotheriver,whichleadstothewatersystembecomeseverelypolluted.Accordingly,thefunctionofriverasresourceswaslostandtheurbanecologyandwaterenvironmentareseriouslydeteriorated.Theproblemsofurbanriverpollutionandecologicaldamagearebecomingmoreandmorecritical.Accordingtothestatistics,bytheearly20thcentury,thereisnotalmostacompletenaturalriverintheworld.Therefore,itisurgenttodevelopacosteffectivetechniquetomanagetheriverwaterquality.2.PhysicalRemediation2.1.AerationAerationcanrestoreandenhancethegrowthandthevitalityofmicro-organismstoimprovethewaterquality.Theaerationtechnologyisasimpleandeffectivemethodwhichbegantobeutilizedsincetheearlyriverrestoration.Inpracticalapplications,manyfactors62 shouldbetakenintoaccount,suchaschannelconditions,sourcecharacteristics,waterqualityimprovementrequirements,etc.andthefixedaeration,mobileaerationandwateraerationareselectedlimberlywhenitcanbeachievedtodealwiththesuddenpollutionforimprovingwaterqualityoverashortperiod.Sincethe1960s,themobileoxygenationplatformwasusedaswellasthefixedaerationstationintheriveraeration,whichwasthecommonmethodandwasappliedinsomecountries.Presently,theutilityofriveraerationtechnologyhasrelativelybeenmatureinforeigncountries,andtheresearchandpracticalapplicationsshowedthattheartificialaerationcanimprovewaterqualityeffectively.TheriveraerationtechnologyhasbeenusedsuccessfullyinthetreatmentoftheOeirasRiverinPortugal,theEmscheRiverinGermany,ThamesRiverinUKandHomewoodCanalinU.S..TheaerationequipmentwasutilizedinthetreatmentoftheHomewoodCanalofU.S.in1989,whichincreasedthedissolvedoxygeninbottomwaterandbywhichthebiomassofriverbecameenriched.TheriveraerationwasusedtoimprovetheriverwaterqualityeffectivelyinGermanyin1994.Theriveraerationtechnologywasusedtoeliminatethephenomenonofblack-odorofwaterthoroughlyinBusan,SouthKorea.Inordertoimprovetheenvironment,eightaerationequipmentswereplacedinQingRiverwitheachpowerof11.025KWduringBeijingAsianGamesasearlyas1990,whichmadethelevelofdissolvedoxygenrosefrom0to6mg/L,andtheremovalrateofBOD5alsoreached60%.Thisprocessalmosteliminatedallodorsintheriver.ShanghaiAcademyofEnvironmentalSciencessetsomeaerationpointsintheriverchanneltoconducttheexperimentofwateraerationandbioremediation.Inthisexperiment,thedissolvedoxygenlevelofthewaterbodywhichwasinanaerobicconditionoriginallyincreasedsignificantly,andthegrowthoftheindigenousaerobicmicroorganismswasstimulatedgreatly,andtheremovalrateoforganicpollutantsinwaterwasupto10.7%～23%.TheconcentrationofBOD+5andNH4-Ndecreasedby2.492mg/L,1.217mg/Land0.322mg/LafteraerationintheGuanchengdownstreamsectionoftheDongguanCanal.WangChengxinandhisgroupconductedapilotstudyonaerationinShanghaiSuzhouRiverbyusingBIOmethod.TheresultsshowedthatthepureoxygenaerationcouldreducetheCODcroftheblack-odorwater63 andtheremovalratecouldreachfrom19.5%to56%.2.2.WaterDiversiontoFlushOutPollutantsItisfeasibletocontrolriverpollutionthroughwaterdiversion.Thecleanwatercoulddilutepollutedrivers,whichresultsintheblackandstinkofwaterbodyeliminatequickly,theself-purificationcapacityofwaterbodyimproved.ThewaterdiversiontoflushoutpollutantswasusedinFuzhou,ZhongshanandothercitiesinChina,whilethecalculationofdiversionscalewasthekeytechnologybasedontheeffluentwaterquality.Forexample,HongLijiananalyzedtheeffectofflushingoutpollutantsofdiversionscaleaboutFuzhouRiver,whichwasappliedtoengineeringdesign.Buttheprojectofwaterdiversiontoflushoutpollutantswaslargeandthecostwasrelativelyhigh.2.3.SedimentDredgingThedifferentdredgingmethodswouldproducedifferentenvironmentaleffects.Generally,theextensiveoperationwayofgrabordrag-suctiondredgerwillcauseresuspensionofsediment.Thewaterinjectiondredgingwasakindofsedimentdredgingmethodinsitu,whichcouldimproveefficiencyandreducecost,andthisapproachwasadoptedinthesedimentdredgingofUKportchannelandXuanWuLakeinChina.Themostadvancedtypeofenvironmentaldredgingisthecuttersuctiondredgercurrently,andsuchdredgingboatequippedwiththeautomaticcontrolandmonitoringsystemstoimprovedredgingaccuracygreatly,whichwasusedintheWuLiLake,ChaoLakeinAnhuiandDianchiLakeinKunminginChinatodredgesediment.3.ChemicalRemediation3.1.FlocculationandSedimentationTheflocculationandsedimentationmethodcouldbeusedtothewatertreatmentwithalargenumberofsuspendedsolidsandalgae,whichwassimpletooperate,easytomaintainandeffectivetotreat,however,theinfrastructurecostsandpharmacycostswerehigh,meanwhile,itwasassociatedwithsecondarypollution.Therefore,itcooperatedwithotherprocessesasapretreatmentprocess.Theflocculationfoamseparationofpolyaluminumchloride(PAC)andcaseinwasnon-polluting,whichwasforrecoveryandremovalofalgae,andthebestagentinjectionconditionswerethattheconcentrationofPACwas5mg/L,the64 timeofrapidmixingwas3min,theconcentrationofcaseinwas15mg/L,andpH=7-8.3.2.RemovalofAlgaebyChemicalAgentThecommonlyusedchemicalagentforalgaeremovalwerecoppersulphate,bleachingpowder,alum,polyaluminumandferroussulfate,etc..ItcouldremovethealgaeeffectivelyandreduceoreveneliminatethesmellofwatertoputthecoppersulfateandchangethevalueofwaterPH;thecalciumhypochloritecankillthegreenalgae,cyanobacteriaanddiatomscausingthewaterbloomeffectively.TheexperimentalresearchonthetreatmentofcyanobacterialbloombasedonchemicalalgicidewithmainingredientofaceticacidwascarriedoutinXuanwuLakeinNanjingin2005,andthetotalalgaeoftheexperimentalareareducedby82.8%aftertreatment.4.BioremediationTechnologiesInthebioremediationprocess,indigenousorcultivatedmicrobesandotherorganismsareusedtotransformthepoisonousandharmfulpollutantstonon-toxicsubstancesunderthecontrollableenvironment.ThebioremediationwasfirstlyusedtoeliminatethegasolinepipelineleakinPennsylvaniain1972.Thebioremediationtechnology,playingasignificantroleasthemainmeans,waslikelythefirstlarge-scaleapplicationatthistime,whichwasamilestoneinthedevelopmentofbioremediation,andattractedmoreandmoreattention.Accordingtothedegreeofhumanintervention,thebioremediationcouldbedividedintonaturalandartificialbioremediation,andthelattercouldbedividedintoin-situbioremediationandex-situbioremediation.Ontheonehand,thein-situbioremediationmeanstousebioremediationtechnologydirectlyinpollutedriverswithoutanypollutantexcavatedandtransported.Inthisprocess,indigenousmicrobeswhichsometimescombinewithdomesticatedmicrobesareused.Inaddition,itusuallyneedsvariousmeasurestostrengthenthetechnologyeffect.Ontheotherhand,theex-situbioremediationwasthatthepollutedwaterwastakenoutfromthecontaminatedareastobetreatedaftertransportation.Therefore,asengineeringtechnologyforriverpollutioncontrolling,thebioremediationwasadvancedrapidlyfrom1990.Therearemanyadvantagesforthebioremediationtechnology,suchasreducedcost,lowenvironmentalinfluence,nosecondarypollutionorpollutantmovement,reducingpollutantconcentrationbythemaximumextent,availableforthesites65 whereregularpollutiontreatmenttechnologyisdifficulttobeapplied,andsoon.Thebioremediationtechnologyisthemostpromisingremediation.4.1.RemediationTechnologywithAquaticPlantsPlantshaveacertaindegreeofpurificationforwaterpollution,especiallyaquaticplants.Theplantswithstrongabsorptionforpollutantsandgoodtolerancecouldbeplantedinthepollutedwater.Accordinglywaterpollutantswereremovedorfixedthroughadsorption,absorption,accumulationanddegradationbytheplantsforwaterpurification.TheplantsforrestorationcommonlyusedReed,E.crassipes(waterhyacinth),cattail,A.philoxeroides,etc.Basedonthelaboratoryandsimulationexperiments,GuoChangchengandhisgroupprovedthatthepotamogetonhadgoodpurificationeffectforthepollutedriverwaterfromthesewageofinferiorⅤclassmainlyinthedryfallandwinter.TongChanghuausedaquaticplantstocontrolthepollutionofeutrophicatedwater.TheresultsshowedthataquaticplantshadahigherabilitytoremoveTN,TPandnitratenitrogen.Amongthem,foxtailalgaandgrainleafpondweedcouldeffectivelyremoveTN(83.84%and77.54%),TP(91.3%)andnitratenitrogen(95.85%and90.65%),buthadnosignificanteffectonremovingammonianitrogen(only14%to70%).4.2.RemediationTechnologywithAquaticAnimalsTheaquaticanimalswereusedtoremediatethewaterofeutrophicationabroad,andadjustthestructureofwaternutritionthroughchangingthecompositionanddensityoffish.Theuseofsilvercarp,commoncarpandotherfilter-feedingfishcouldcontroltheeutrophicationcausedbyphytoplankton(algae)effectively.4.3.MicrobialRemediationTechnology4.3.1.Bio-filmTechnologyThebio-filmtechnologyutilizesbiomembraneattachedtothenaturalriverbedandmicro-carriertomovethepollutantsintheriverthroughadsorption,degradationandfiltrationundertheconditionsofartificialaerationordissolvedoxygen.Thebio-filmwasstudiedintheUnitedStates,Germany,Japan,Britain,Franceandothercountrieslargely,andJohnE,Hermanowicz,Xinmin,Yangandotherpeopleconsideredthatthestructureofbio-filmwasaffectedbyvariousexternalconditionswhichwerewaterconditionsandthe66 compositionofsubstrate.Thebio-filmtechnologyforriverpurificationinJapanandSouthKoreaandothercountriesweregravelcontactoxidationmethod,artificialpackingcontactoxidationmethod,thinlayerflowmethod,undergroundstreampurificationmethod,etc.ThestrengtheningpurificationtechnologyofriverresearchedbyJapaneseweremainlyindirectpurification,whichwastobuildthepurificationfacilitiesonthesideoftheriver,usingthedropoftherivertoleadthewaterintothepurificationfacilitiesandpurifybeforedischarging.Bythewaythepurificationfacilitiesmostlyusetheundergroundmodelinordertosavespace.JapanNogawautilizedthegravelcontactoxidation,thepackingwasgravel,andtheremovalratesofBODandSSwere72.3%and84.9%respectively.Withnewnon-wovenfabricaspacking,thedrainageditchfacilitiesinChibaCountywassetonthesideoftheditch,andtheremovalefficiencyofSSreached97%,theremovalratesofBODandCODwere88%and70%respectively.Park,Y.K.utilizedUF-ozone-biologicalactivatedcarbontofilterandpurifythepollutedKumboRiver,andtheremovalrateofammoniareached90%,theremovalrateofTOCwassignificant.Bio-ceramicswereusedasthecarriertotreatapollutedriverinShenzhen,andtheaverageremovalratesofNO2-N,NO3-N,COD,turbidity,color,Mnandalgawere90.8%,84%,21.4%,62%,47%,89%and68%respectively.Basedontheuseofsewagetreatmenttechnologybyrubberpackinginnerloopfluidizedbedbio-film,theaverageremovalratesofCODandammoniawere88.16%and91.8%,andthehighestremovalrateswere94.64%and94.08%respectively.WangShumeiinstalledaerators,bio-filmandaddedspecialbacteriaintheriver,andtheremovalratesofCOD+Cr、BOD5、NH4-N、TN、TPandSSwere67.4%、87.7%、34.3%、30.3%、53.3%and39.7%,thedissolvedoxygenandtransparencyintheriverincreasedfrom0.9mg/Land12.5cmto7.6mg/Land137.5cmrespectively.YangTaolaidthebiologicalfiltermediaontheriversurface,andtheaverageremovalratesofCOD,ammonianitrogenandtotalphosphoruswere40.00%,36.43%and43.02%respectively.LeiJinyongsimulatedthepollutedriverwithmainsewage,andusedthecompositepackingofpebblesandzeoliteforbio-filmformation,whichgotgoodresultsintermsofdegradationoforganicmatterandammoniaandnitrogen,etc.WangXuejiangusedTX-type67 cylindricalsuspendedcarrierwhosedensityapproximatelyequaltowatertopurifythetributaryofSuzhouriver,andthemethodwassuitableforthetransformationprocessofbiologicalaerationtreatmentofsewageontheriverdirectly.Basedonthestructuralmodificationandflowingoptimizationofsuspended-carrierreactorwhichdevelopedbythemselves,WangRongchangappliedittothein-situremediationofthewaterqualityofpollutedriver.Theuseofbiologicalstreamertreatmenttechnologytoconstructsewagetreatmentscatteredfacilitiesintheriverachievedthepurposeofeliminatingtheblack-odorofthewater,andthebio-ribbontechnologyhasbeenappliedintheNewIslandCreeksuccessfully.XiaoYutangandhisgroupusedthebiologicalcontactoxidationinthepretreatmentofthemicro-pollutedrawwaterofYaoJiang,andthebio-filmthicknessofthewaterwas0.3-0.5mm,theeffluentwas0.1-0.3mm,whenthedissolvedoxygenofthewaterwascontrolledin7-9mg/L,thebio-filmofthefillerwasfullofaerobiclayerwithhighaerobicoligotrophicmicroorganismsmainly.Biologicalcontactoxidationofflexiblethree-dimensionalpackingandoxygen-richmicroporousaerationwereusedtorepairthepollutedChuanYangRiverofShanghai.Itisobservedthatthebiofacieswererichonthebio-film,withsmallthickness,thebiodegradationrateofammoniaandnitrogenofpollutantswashigh,andtheaerobicbio-filmofpackinghasplayedthemainroletoremovethepollutants.4.3.2.MicroorganismDosingThistechnologyusesspecificandefficientmicroorganismtodecompose,transform,absorbthepollutantinthewater,topurifyqualityoftheriverbysiftingoftheefficientmicroorganism,optimizedconstructionofthemicroorganism,extensivetrainingandputtingin,etc.Theconstructionofhighlyeffectivecompoundbacteriawasthekeysteptodeterminetheeffectintheprocessofmicroorganismdosing.Atthepresenttime,itwasstudiedandappliedinthepurificationofsewage,industrialwastewater,andthewaterofeutrophication.FLO-1200achievedremarkableresultsintheriverpollutioncontrolundertheconditionsofriveraeration.ZhangLiaddedbio-energizer,combinedwatermixingandstrengthenedtheabilityofmicrobialdegradationartificiallyforwaterpurification.5.DevelopmentTrend68 TheresearchandapplicationofrivercontroltechnologyinforeigncountriesbeganwithJapan,theUnitedStatesandsomeEuropeancountriesinthe50sof20thcentury.Theirconceptofrivermanagementwasthecomprehensivecontrolfromtheecologicalprotectionandenvironmentalgovernance,andcombinedtheengineeringmeasureswithwaterenvironmentandsocialenvironment.Theriverecorestorationbecameaninternationalhotspotafter1980s.Chinahasenteredthestageofcomprehensiverivercontrolandeco-restorationinthelate1990s,andhascarriedoutmuchremediationwork.Butmostofthemremainintheinitialexperiment.Proposalsonthetrendofriverpollutionremediationarefinallyputforward.·Toachievehealthandsustainabledevelopmentoftheriverecosystem,therivershouldbetreatedbybio-ecoremediationaspriorityandthephysico-chemicalremediationastheassistantmeans.·Bioremediationmaterialsshouldbeoptimized,andthebioremediationmechanismisstudiedfromdifferentanglesandhierarchicaltoimprovethebioremediationtechnologyfurther.·Thegeneralappliedconditionsofvarioustechnologiessuchasaeration,bio-filmandmicrobialpreparationanddosingaredetermined.·Theappropriatemicroorganismsareacclimatedtoadapttodifferentpollutedriver.·Theriverpollutioncontroltechniqueforurbanareashouldberesearchedandstudied.69 中文翻译城市河流污染控制和修复摘要城市河流作为城市环境的一个重要的子系统,提供多种生态服务，城市居民能从中受益。然而,随着城市化的加速和经济的快速发展,城市河流污染问题正变得越来越重要。本文阐述了城市河流的现状污染,总结了研究河流污染控制和修复。在河流修复的前提下,经过不同的技术对比和分析，以及生物修复技术的研究后，本文总结了缓解河流污染问题的方法,即以生物生态修复利用作为主要的技术,以物理和化学修复为补充手段。1.介绍随着经济的高速发展和城市化的加速,河流的污染不断发生,导致河流生态系统严重受损。大量的家庭用水和工业废水流入河流,导致水系统受到严重污染。因此,失去了河流作为资源的功能,城市生态和水环境严重恶化。城市河流污染和生态损害的问题变得越来越重要。据统计,从20世纪初开始,世界上几乎已经没有一条完整的天然河流了。因此,急需开发一个经济有效技术来管理河流水质。2.物理修复2.1曝气曝气可以恢复和提高水中微生物的生长和活力,改善水质。曝气技术是一种简单有效的方法，开始利用于早期的河流恢复治理。在实际应用中,许多因素应给予考虑,如信道条件、资源特征、改善水质的要求等,而且固定曝气、移动曝气和水曝气是比较理想的选择，它可以实现处理突然在短时间内改善水质的污染。自1960年以来，移动氧合平台，以及用于固定在河道曝气的曝气站，这是常用的方法，并在一些国家得到应用。目前，在国外，该实用程序的曝气技术已相对成熟，研究和实际应用表明，人工曝气可以有效地改善水质。该曝气技术已成功地用于处理葡萄牙的Oeiras河，德国的Emsche河，英国的泰晤士河以及美国的Homewood运河。1989年，该曝气技术用于处理美国的Homewood运河，以增加底层水中的溶解氧，使其河流中的生物量逐渐丰富起来。1994年，在德国也有效地利用技术曝气来改善河流水质。而在韩国釜山，这项70 技术用于彻底消除黑臭水现象。早在1990年北京亚运会期间，为了改善环境，8个功率为11.025千瓦曝气设备被放置在清代河中。这使溶解氧的水平从0上升到6毫克/升，BOD5的去除率也达到了60％，这个过程几乎消除了所有的气味河。上海环境科学学会设置了一些曝气点，用于在河道中进行水曝气和生物修复实验。在这个实验中，在厌氧条件下的水体的溶解氧水平最初是显著上升的，这大大刺激了土著好氧微生物的生长，而水中有机污染物的去除率达10.7％〜23％。在莞城进行曝气后，东莞运河下游部分的BOD5和NHN的浓度4下降2.492mg/L，12.17mg/L和0.322mg/L。王诚信和他的研究小组在上海苏州河利用生物方法进行了一项研究曝气试点。结果表明，纯氧曝气可以减少黑臭水的CODcr的去除率可从19.5％达到56％。2.2引水冲污通过引水控制河道污染是可行的。清洁的水可以稀释被污染的河流，从而可以迅速消除水中的黑色和臭味，提高水体的自净能力。引水冲污技术用于被用在福州、中山和中国其他城市，而其关键技术是根据废水水质所做的引水规模的计算。例如，洪立建分析关于福州河的引水规模的污染物冲洗出来的效果，已被应用到工程设计中。但是，引水冲污工程大，成本相对较高。2.3底泥疏浚不同的疏浚方法会产生不同的环境影响。一般来说，抓斗或拖绞吸式挖泥船的粗放经营方式，将导致悬浮沉积物。注水疏浚是在原地底泥疏浚的一种方法，它可以降低成本、提高效率，英国港口航道和中国玄武湖底清淤都采用了这种方法。目前最先进的环保清淤是绞吸式挖泥船，与挖泥船配套的自动控制设备和监控系统大大提高了疏浚精度，曾用于中国的李武湖，安徽巢湖和昆明滇池的底泥疏浚。3.化工整治3.1絮凝沉淀絮凝沉淀法可用于有大量固体悬浮物和藻类的水处理，这种方法操作简单，维护方便而且有效。然而，基础设施和制药成本高，同时，它也与二次污染联系密切。因此，它作为预处理工艺与其他工艺相配合。聚氯化铝（PAC）和酪蛋白絮凝泡沫分离是无污71 染的，它可以恢复水质和去除藻类，并且最好的注射条件为：PAC浓度5mg/L，酪蛋白浓度15mg/L，快速搅拌时间为3分钟，pH=7-8。3.2化学试剂除藻常用的除藻化学试剂有硫酸铜、漂白粉、明矾、聚氯化铝和硫酸亚铁。把硫酸铜放在水中，可以有效地去除藻类，减少甚至消除水中的异味；次氯酸钙可以杀死引起水华的绿藻、蓝藻和硅藻。2005年，在南京玄武湖进行了以主要成分为醋酸的除藻化学试剂治理蓝藻水华的实验研究。治理后，实验区总的藻类数量减少到82.8%。4.生物修复技术在生物修复过程中，使用固有的或栽培的微生物和其他生物把有毒有害的污染物转换为可控环境下的无毒物质。在1972年，生物修复首次用于消除宾夕法尼亚州的汽油管道泄漏问题。作为主要方法扮演了重要角色的生物修复技术，此时可能是第一次大规模的应用，这是生物修复发展的一个里程碑，吸引了越来越多的关注。根据人为干预的程度，可分为自然生物修复和人工生物修复，而后者可分为原位生物修复和异地生物修复。一方面，原位生物修复意味着在没经过任何污染物挖掘和运输的受污染河流中直接运用生物修复技术。在这个过程中，使用的固有微生物有时是结合了驯化微生物的。此外，它通常需要采用各种措施来加强技术效果。另一方面，异地生物修复是指处理从污染区取出经运输后的污水。因此，从1990年，生物修复技术作为河流污染控制工程技术而迅猛发展。生物修复技术有很多优点，如成本低、环境影响低、无二次污染或污染物的运动、在最大程度上减少污染物的浓度，可为常规污染治理很难被应用的地方提供场所，等等。生物修复技术是最有前途的修复方法。4.1水生植物修复技术植物都能在一定程度上净化污染水体，特别是水生植物。具有较强的吸污能力和良好的耐受性的植物，可以在污水中种植。因此，植物可以通过吸附、吸收、积累和降解来移除或修复水污染物，从而达到水质净化。用于修复的植物通常为芦苇、凤眼莲（水葫芦）、香蒲、空心莲子草等。在实验室和模拟实验的基础上，郭长城和他的研究小组证明，菹主要在干燥的秋天和冬天，对于从污染的河水到V级劣质污水都有良好的净化效果。童昌华利用水生植物来控制富营养化水体的污染。结果表明，水生植物具有较高的消除总氮、总磷和硝酸72 盐氮的能力。在这些植物中，糯性藻和谷物叶草能够有效地去除总氮（83.84%和77.54%），总磷（91.3%）和硝酸盐氮（95.85%和90.65%），但是去除氨氮（只有14%到70%）效果不明显。4.2水生动物修复技术在国外，水生动物被用来修复水体的富营养化，并通过改变鱼类的组成和密度来调整水的营养结构。利用鲢鱼、鲤鱼和其他滤食性鱼类可以有效地控制由浮游植物（藻类）引起的富营养化。4.3微生物修复技术4.3.1生物薄膜技术生物薄膜技术就是在人工曝气或溶解氧的条件下利用附着在自然河床和微载体上的生物膜，通过吸附、降解和过滤的方式来移动河中的污染物。在美国、德国、日本、英国、法国和其他国家生物膜得到广泛研究，约翰·E，Hermanowicz，新民，杨和其他人认为，生物薄膜的结构是受到水分条件和基板组成等各种外部条件的影响。在日本、韩国和其他国家用于河水净化的生物膜技术包括砾间接触氧化法，人工填料接触氧化法，薄层流方法，伏流净化法，地下河流净化法等。日本研究的加强河流净化技术主要是间接净化，即在河岸建立净化设施，在发电前利用河流的下降将水引入净化设施，将其净化。这种方法的净化设施大多采用地下模型，以节省空间。日本野川利用砾间接触氧化，包装是砾石，移除BOD和SS比率分别为72.3%和84.9%。千叶县在利用新的无纺布为包装的同时，将沟渠设施布置在沟的一侧，SS的移除率达到97%，BOD和COD的移除比率分别为88%和70%。Park,Y.K.利用臭氧生物活性碳来过滤和净化受到污染的Kumbo河，其中氨的移除率达到90%，TOC的去除率十分显著。在深圳，把生物陶瓷作为载体治理污染的河流，NO2-N，NO3-N,COD,浊度，颜色，锰和藻类的平均去除率分别为90.8%，84%，21.4%，62%，47%，89%和68%。基于橡胶包装内循环流化床生物膜污水处理技术的使用，COD和氨氮的平均去除率分别为88.16%和91.8%，而最高去除率分别为94.64%和94.08%。王淑美在河中安装增氧机，生物薄膜并添加特殊的细菌，COD+Cr、BOD5、NH4-N、TN、TP和SS的去除率分别为67.4%，87.7%，34.3％，30.3％，53.3％和39.7％，河内的溶解氧和透明度分别从0.9mg/L73 和12.5厘米增加到7.6mg/L为137.5厘米。杨涛把生物过滤介质铺设在河面上，COD、氨氮和总磷的去除率分别为40.00%、36.43%和43.02%。雷金勇用主要的污水模拟污染的河流，并利用鹅卵石和沸石复合包装形成的生物膜，在降解有机物质和氨氮等厚的了良好的效果。王学江用密度约和水相等的TX型圆柱悬浮体净化苏州河的支流，该方法适用于在河上直接转型过程中的生物曝气污水治疗。基于自行开发的悬浮载体反应器的结构修饰和流动优化，王荣昌将其应用于原位修复污染河流的水质。生物流光处理技术的使用让散落建设在河边的污水处理设施达到了消除黑臭水的目的，生物色带技术已在新洲河应用成功。肖玉堂和他的研究小组将生物接触氧化法用于姚江的原水污染预处理，生物薄膜厚度为0.3~0.5mm，出水0.1~0.3mm，当水溶解氧控制在7-9mg/L时，生物薄膜的填料是主要为有氧贫营养微生物的有氧层。立体包装灵活的生物接触氧化法和氧气丰富的微孔曝气用于修复被污染的上海川杨河。研究表明，生物膜上的生物量丰富，厚度小，对氨和氮污染物的生物降解率高，而且包装的好氧生物膜在去除污染物方面也发挥了主要作用。4.3.2微生物剂量这项技术利用特定的和高效的微生物分解，转化，吸收水中的污染物，通过高效微生物的筛选、微生物的优化建设、广泛的培训和投入等净化河流水质。高效复合菌的建设是确定微生物剂量过程的关键一步。目前，对其进行研究并应用于净化污水，工业废水和富营养化水体。在河道曝气条件下，FLO-1200对河流污染的控制取得显著成效。张丽补充说，生物强化剂再加水搅拌，可人为加强微生物降解和净化水的能力。5.发展趋势在20世纪50年代，国外河流控制技术的研究和应用开始于日本，美国和一些欧洲国家。他们的河流管理观念是综合生态保护和环境的治理，并与水环境和社会环境相结合的工程措施。20世纪80年代以后，河流生态修复成为一个国际热点。在20世纪90年代末，中国对河道治理和生态修复已进入全面阶段，并进行了大量的整治工作。但大部分仍停留在初步阶段。最终，提出了河水污染修复趋势的建议。·为了实现河流生态系统的健康和可持续发展，应以生物生态修复为重点，物理化学修复为辅助手段来治理河流。·生物修复材料应该优化，生物修复机制应从不同角度和层次进行研究，以进一步74 提高生物修复技术。·确定在一般适用条件的各种技术，如曝气，生物薄膜和微生物的编制和剂量。·培养适当的微生物以适应不同的污染河流。·市区的河流污染控制技术应该研究和学习。75 附录：矩形断面设计水深计算程序该程序适用条件：已知流量，过水断面参数，可推求矩形、梯形断面的正常水深。其中Q为流量，n为河底材料的糙率，i为纵坡比降，b为断面宽度，m为断面坡比，h为设计水深。程序代码：REALi,n,mCHARACTERYY*1EPS=0.0001n=0.03!YY="Y"5WRITE(*,*)"请输入流量"READ(*,*)Qi=0.002b=40.m=0.H=3.5510Fx1=(n*Q/SQRT(i))**0.6FX2=(b+2*h*SQRT(1+m*m))**(0.4)Fx3=b+m*hFx=Fx1*Fx2/Fx3if(ABS(Fx-H).LE.EPS)THENwrite(*,100)HELSEH=FxGoto10ENDIF100FORMAT(1X,"H=",F6.3)WRITE(*,*)"继续，y,任意键结束"READ(*,*)YYIF(YY.EQ."Y".OR.YY.EQ."y")THENWRITE(*,*)YYGOTO5ENDIFEND76'