5 工程水文勘测
5.1 一般规定
5.1.1 大跨越工程方案的选择不应影响防洪和通航安全。
5.1.2 大跨越工程方案的选择应符合下列要求:
1 大跨越工程方案应符合水利堤防、防洪、海事、航道、港口码头工程及其规划对岸线距离和净空高度等的要求;
2 跨越河流宜选择河床较窄、河岸较顺直和稳定的河段;
3 跨越塔位宜避开可能受溃坝、溃堤洪水影响的地段;
4 跨越湖泊、水库、海湾、河口宜选择水面较窄,岸滩稳定的地段;
5 跨越通航河流应避开码头和泊船区域;
6 跨越封冻河流宜避开易发生冰坝或流冰危害较严重的河段;
7 跨越河流不宜选在支流入口处及河流弯曲段;
8 水中立塔应减小对行洪、通航的影响,宜选择滩地立塔;若确需在主槽内立塔,塔位宜避开主槽在河床内横向摆动较大的河段;
9 海湾水域立塔应避开主航道、急流区、强浪区及海床冲淤变化剧烈区;
10 线路经过分蓄洪区时,塔位应避开分洪口门;
11 大跨越工程走向宜避免与冬季主导风向或结冰气流相垂直;
12 跨越堤防应考虑堤防除险加固施工作业器具的高度及距离要求;
13 跨越河流时不应影响水文监测的工作环境和设施;
14 大跨越塔位的确定应符合河流治导线和控导工程规划;
15 当各大跨越工程方案均难以满足上述条件时,应选择整治工程量小、整治效果可靠的大跨越工程方案。
5.1.3 大跨越工程防洪设计洪水频率应符合下列要求:
1 跨越通航河流包括水库和湖泊时,应提供频率为1%和20%的设计洪水位,最高通航水位和历年大风期或冬季平均最低水位,最高通航水位的洪水频率应按现行国家标准《内河通航标准》GB 50139的规定执行;
2 110kV~330kV大跨越工程水中立塔时,杆塔基础防洪设计提供频率宜为3.3%的最高洪水位,±400kV~±800kV、500kV~1000kV大跨越工程杆塔基础防洪设计宜提供频率为1%、2%和3.3%的最高洪水位;大跨越工程设计洪水频率应符合现行国家标准《防洪标准》GB 50201的要求;
3 线路跨越海域时,其设计洪水标准应符合海域管理的相关规定,并宜考虑波浪的影响;
4 水中立塔时波浪的设计标准可取5年、50年和100年一遇高水位相应的50年一遇累积频率为1%、5%或13%的设计波浪。
5.1.4 跨越塔基础位于岸滩或洲滩时,其岸滩稳定性的分析预测应符合下列要求:
1 330kV及以下大跨越工程应分析预测30年岸滩稳定性;
2 330kV以上大跨越工程应分析预测50年岸滩稳定性。
5.1.5 对于水文条件复杂的大跨越工程勘测设计,应进行专项水文测验和水文专题研究。
5.1.6 对水文分析计算中引用的基础资料应进行可靠性、一致性和代表性分析,对计算成果应进行合理性分析。
5.1.7 设计水位应与线路平断面图高程系统一致。
5.1.8 当遭遇特大洪水或发生风暴潮、岸滩发生较大演变等突发事件时,应及时进行现场查勘,对设计阶段所提供的水文成果进行复核,并提交灾害调查的复核成果和结论。
5.2 可行性研究阶段勘测
5.2.1 可行性研究阶段水文勘测应对拟定的大跨越工程方案进行踏勘、搜资、调查和初步分析计算,并推荐两个以上可行方案。
5.2.2 水文资料搜集应包括以下内容:
1 流域规划、防洪规划、航道规划报告、地方水利史志、水利工程图和水系图等;
2 跨越河段所在流域的水利水电、防洪、防潮、防涝工程的现状与规划,以及相应的工程含堤、坝、闸、泵站、分蓄洪区等的基本情况与设计标准;
3 跨越河段的航道等级现状及规划;
4 历史最高洪、潮、涝、水位,防洪控制水位和洪水比降;
5 历年实测河床地形图和海湾地形图或海图等;
6 跨越河段附近水文站逐年年最高洪水位及大风期或冬季平均最低水位;
7 跨越两岸堤防设计标准、防洪水位与相应频率;历年溃堤次数与溃堤口门位置,溃堤时河道水位;堤防的等级及设计洪水的分析按现行国家标准《堤防工程设计规范》GB 50286的规定执行;
8 分蓄洪区分洪口门位置,最高分蓄洪水位以及运用情况等;
9 跨越河段、海域相关工程的河床演变分析成果;
10 结冰河流、海湾与河口历年冰灾情况。
5.2.3 水文调查应包括下列内容:
1 跨越河段的河势、河床边界条件、河工建筑物、堤防以及历史大洪水,跨越岸滩或洲滩历史演变情况;
2 跨越湖泊、水库的两岸地形地貌特征,岸线变化以及最高水位;
3 跨越河口、海湾地带的自然地理特征、海域开阔程度、岸滩地质地貌、沙洲、汊道情况以及历史最高潮位;
4 跨越水域通航状况与航道位置;
5 在水中立塔时应对波浪及漂浮物情况做初步查访;
6 水利堤防、海事航道及其他有关部门对大跨越工程方案的意见与要求。
5.2.4 水文分析计算应符合下列要求:
1 估算频率为1%、2%、3.3%和20%的设计洪水位,最高通航水位和历年大风期或冬季平均最低水位;水中立塔设计波浪的要求应符合本规程第5.1.3条的要求;
2 初步分析跨越河道、湖泊、海湾等水体的岸滩稳定性,预测未来河床或海床演变趋势,确定大跨越工程方案的可行性;
3 对于水中立塔的河段或海域等应初步分析对防洪和通航的影响,调查最大天然冲刷深度;
4 初步分析判断跨越塔位是否受溃坝、溃堤的影响,对存在影响的方案进行调整的建议;
5 初步分析跨越方案是否需要采取工程措施才能保证其防洪安全。
5.3 初步设计阶段勘测
5.3.1 初步设计阶段水文勘测应对大跨越工程设计的工程水文条件进行全面搜资、调查与分析计算。
5.3.2 跨越河流应搜集和调查以下水文资料:
1 搜集跨越河流有关地方志、水利志、防洪手册、流域防洪规划等文献;
2 跨越河段所在流域的自然地理特性,水利水电工程、河道或航道整治工程和防洪工程体系的现状与规划,以及防洪标准和防洪最高控制水位;
3 跨越河段上下游邻近水文站历年最高洪水位、最大流量与相应日期,各种设计标准的设计洪水位与相应流量,历年大风期或冬季平均最低水位;
4 水中立塔时应搜集跨越河段最大断面平均流速、垂线平均流速、水面最大流速、洪水期最大波浪高、漂浮物和流冰种类、大小、密度;
5 跨越河段堤防的设计洪水标准、防洪水位、堤顶高程、堤面宽和堤身坡度,堤防质量、险工险段和历年溃口情况,大堤台、滩地高程、宽度以及稳定程度;河流治理规划的治导线,水利堤防管理部门要求的塔基外缘离堤脚最小距离;
6 通航河流的航道现状与规划等级、航道宽度、主航道位置、最高通航水位与航道整治规划,通航净空高度、最大船舶空载高度等通航净空要求;
7 跨越河段历年河床地形图、大断面图、航道图以及有关的河床演变分析报告等。
5.3.3 跨越内涝区、分蓄洪区应搜集和调查以下内容:
1 内涝区自然地理特性、范围、成因、历年最高内涝水位与持续时间、排涝标准及规划,最高内涝控制水位与设计标准;
2 分蓄洪区自然地理特性、范围、原因、分洪口门位置与尺寸,分蓄洪调度方案与运用情况,最高分蓄洪水位与持续时间;防洪主管部门对分蓄洪区内立塔和防洪抢险通航的意见与要求。
5.3.4 跨越湖泊应搜集和调查以下内容:
1 湖泊自然地理特性、流域水系、集水面积、形态特征等;
2 湖泊治理规划、防洪排涝调度方案及防洪工程的设计标准、最高控制水位、最低控制水位,以及防洪排涝工程包括堤防、闸、泵站与调蓄区等的运用情况;湖泊堤防洪标准与质量;
3 历年实测最高湖水位、发生原因及日期、持续时间、最低湖水位、最大波浪高;
4 湖区航运现状与规划的航道等级以及主航道位置。
5.3.5 跨越水库应搜集和调查以下内容:
1 水库枢纽工程概况、工程等级、综合效益和兴建年代,设计与校核标准,设计与校核洪水位,正常高水位与死水位,溢洪型式、高程、尺寸、泄洪、库容曲线与泄洪曲线;
2 跨越塔位处库岸岩土性质和库岸稳定情况;
3 水库回水曲线以及淤积对回水位的影响。
5.3.6 跨越河口、海湾应搜集和调查以下内容:
1 跨越海域历年最高潮位、最低潮位和最大波浪高;
2 河口区与海岸带的地形地貌和岩土性质,海岸和滩涂调查研究成果,防洪与防潮规划设计,主要建(构)筑物工程的设计洪水标准及相应洪水位;
3 跨越地带的地形图、历年水下地形图或海图。
5.3.7 初步设计阶段水文分析计算应包括以下内容:
1 分析计算跨越水域的各设计频率洪水位,水中立塔时分析论证塔位处最大垂线平均流速、设计波浪和最大冲刷深度等水文要素;
2 分析论证重要跨越水域的河床、海床演变现状及趋势;滩地立塔时应根据不同电压等级分别预测未来30年或50年岸滩的变化趋势,并提出相应的工程治理对策措施建议;
3 分析大跨越工程是否受溃坝和溃堤洪水的影响;
4 水文分析计算成果应与防洪评价专题报告和通航安全影响论证专题报告成果相协调,并对水文分析计算成果进行合理性检查。
5.4 施工图设计阶段勘测
5.4.1 施工图设计阶段水文勘测应在初步设计阶段勘测的基础上,进一步补充和完善塔位处的水文资料,并对初步设计阶段的遗留问题和客观条件的变化所引起的水文设计成果的变化进行复核。
5.4.2 塔位的确定应符合本规程第5.1节的要求。
5.4.3 水文资料的补充搜集与调查应包括以下内容:
1 跨越河流、湖泊、水库、河口与海湾等时水利水电工程,防洪、防潮、防涝工程和航道工程及规划等设计条件变化情况;
2 跨越地段的河势、海岸或海滩、湖岸或库岸以及塔位处岸坡与治理工程等在初步设计阶段后的变化情况;
3 跨越地段洪水或潮位等工程水文要素出现的新特大值情况。
5.4.4 水文分析计算应符合下列要求:
1 查勘与分析塔位处频率为1%、2%、3.3%和20%的设计洪水位和最高通航水位,分析设计洪水位相应的设计波浪高或出现的最大波浪高;
2 频率为1%或历史最高和20%的最高内涝水位,频率为20%的最高内涝水位的持续时间;
3 历年大风季节或冬季平均最低水位;
4 流冰期最高水位,冬季冰面高程;
5 防洪堤背水侧立塔时,应对大堤质量安全进行分析判断,当大堤标准较低或堤防质量较差,应分析论证溃堤洪水对塔位的冲刷影响;
6 在水中或河滩立塔时,应搜集、查勘设计条件下河道断面最大流速及分布、塔位处垂线平均流速,漂浮物的种类、数量与尺寸,流冰尺寸与相应最高水位及最大流速,洲滩的冲淤变化、一次最大天然冲刷深度,根据设计要求分析计算100年、50年和30年一遇最高洪水位下塔基处的最大局部冲刷深度。
5.5 水文查勘
5.5.1 大跨越工程水文查勘应通过现场踏勘、调查访问、水文观测及收集资料等方式进行。水中立塔的大跨越工程宜开展水文测验专题工作。
5.5.2 水文查勘对象应包括洪水、内涝、河床演变、冰情、漂浮物等,位于海湾、海峡、潮汐河口时还应包括海洋水文和海床演变等。
5.5.3 水文查勘应根据制定的查勘计划由两个人进行,并当场记录,对于口头描述的事件应有旁证,对调查的水文气象要素迹象与灾情等应予现场指认,做好标记,并宜进行拍照、录音与摄像。查勘资料应在现场整理分析,进行合理性检查,发现问题及时复查纠正,查勘结束后应编写查勘报告或说明书。
5.5.4 大跨越工程洪水查勘应搜集下列资料:
1 流域的自然地理概况;
2 流域与河道的特征;
3 流域与河道的现状与整治开发规划;
4 堤防资料;
5 水文站观测资料。
5.5.5 大跨越工程洪水查勘,应根据水文分析计算的要求开展下列现场调查和水文观测工作:
1 河道比降调查和测量;
2 水面线调查和测量;
3 洪痕点调查和高程测量;
4 大断面测量;
5 水位和相应各层流速观测。
5.5.6 当大跨越工程附近发生过堤防溃决时,应调查下列内容:
1 堤防等级、防洪标准以及防洪设计水位;
2 溃堤原因,并对溃堤断面进行测量;
3 溃堤前后的水情变化、溃堤发生时间与相应河道的水位和流量;
4 溃口时洪峰流量及洪量,冲刷坑形状、深度与平面尺寸和最大冲深点距大堤的距离,判断冲刷对塔位稳定性的影响;
5 海堤溃口时潮位及波浪,冲刷坑形状、深度与平面尺寸和最大冲深点距大堤的距离,判断冲刷对塔位稳定性的影响。
5.5.7 大跨越工程内涝查勘应包括下列内容:
1 内涝区水文地理环境特性及其分布范围;
2 历史最高内涝水位;
3 常年最高内涝水位或水深、发生日期、持续时间与成因;
4 排涝措施与规划。
5.5.8 大跨越工程河床演变查勘应包括下列内容:
1 两岸地质地貌特征、河床质组成;
2 跨越河段的河势,跨越河段的稳定性;
3 河道险工段位置与治理方案;
4 护坡护岸情况;
5 航道整治等工程措施。
5.5.9 大跨越工程河中立塔水文查勘除应符合直接跨越水体大跨越的水文查勘要求外,还应包括下列内容:
1 工程河段水文泥沙特征;
2 工程河段主槽、边滩稳定性;
3 自然冲刷和局部冲刷;
4 水流泥沙数学模拟和物理模型试验要求的水文测验;
5 通航安全影响论证要求的水文测验;
6 冰情;
7 漂浮物。
5.5.10 大跨越工程水中立塔水文查勘应符合下列要求:
1 搜集河段水文测验资料、水流泥沙数学模拟和物理模型试验成果、现场水文测验等方式,获取跨越河段和跨越塔位处的流速、流向、含沙量、底质等水文特征。
2 搜集历年水下地形图、河床演变分析成果、现场水下地形测量、水下地质钻探、附近涉水工程的冲刷深度测量等方法,分析确定滩槽稳定性和冲刷特性。
3 水流泥沙数学模拟和物理模型试验要求的水文泥沙验证资料应符合下列要求:
1)水文测验应安排在洪水期;
2)布设包含跨越断面在内的不少于3个断面的水文测验;
3)布设包括跨越断面在内的不少于3个水位站,当存在河道横比降时,应在两岸各设水位站;
4)模拟段河道存在分汊时,应适当增加断面;
5)水文测验的布设宜综合考虑防洪评估论证、通航安全影响论证的要求;
6)跨越塔位于稳定的滩地时,水文测验可以简化。
4 冰冻地区冰情调查应包括下列内容:
1)历年封冻与解冻时间、开河方式、流冰天数、流冰期最大流冰尺寸、最大流速及其相应最高水位、冬季冰面高程;
2)对发生冰塞、冰坝的河段,应调查其形成条件、发生范围、起止日期及历史上冰塞、冰坝最大堆高与影响距离及范围;
3)历史上凌汛洪水造成的危害及其范围,对已有建筑物的破坏程度。
5 漂浮物调查应包括漂浮物种类、来源、大小与数量,水面分布情况,出现季节及延续时间、漂浮物流速以及对河岸和建筑物的破坏情况、筏运资料等。
5.5.11 大跨越工程海洋水文查勘应包括潮汐、风暴潮、海啸、海流、含沙量、底质、波浪、水温、盐度等项目。有关查勘应符合下列要求:
1 潮汐查勘的内容应包括历年潮位观测资料,历史最高、最低潮位,发生日期,最大潮差,涨落潮历时及风暴潮对潮位的影响。
2 风暴潮、海啸调查应符合下列要求:
1)风暴潮、海啸调查的内容应包括风暴路径、风力、风向、水位、地震、波浪、降雨、发生时间及持续时间、过程以及建(构)筑物破坏情况;
2)风暴潮、海啸查勘应搜集当地特大风暴潮或海啸历史文献记载、当地风暴潮或海啸影响调查分析成果与报告,分析历史风暴潮或海啸的重现期;
3)现场调查时指认风暴潮或海啸水痕位置,应有旁证,并应分析因受波浪影响而导致偏高的可能性。
3 大跨越工程水中立塔还应按下列要求进行波浪查勘:
1)搜集历年波浪观测资料;
2)调查历史最大波高、波向、发生日期、持续时间、波型、重现期、发生原因、风况以及对海边建筑物的破坏情况;
3)调查工程点海域的强风向与常风向、强浪向与常浪向。
4 大跨越工程水中立塔还应按下列要求进行海流、水温、盐度、泥沙查勘:
1)收集水文测验资料及海洋站水温、盐度资料;
2)调查工程点海域海流的特性,潮流强弱与方向;
3)进行大、中、小全潮水文测验专题工作;
4)当需开展水流泥沙数学模拟或物理模型试验时,应进行冬、夏季大、中、小全潮多垂线同步水文测验专题工作。
5.5.12 大跨越工程海床演变查勘应包括下列内容:
1 搜集地质及岸线和航道规划、海洋功能区划、海洋普查等资料。
2 调查岸滩的历史变迁、海岸带的基本特征。
3 大跨越工程水中立塔还应包括下列内容:
1)搜集历年水下地形图、海图;
2)进行水下地形图测量;
3)调查工程海域泥沙来源、泥沙运动方向、沿岸流和波浪破碎带的范围;
4)调查附近已建海岸工程、航道工程、涉水工程的岸滩冲淤情况及有无骤冲骤淤现象。
5.6 陆地水文分析计算
5.6.1 设计洪水计算应符合下列要求:
1 设计洪峰流量计算宜按以下方法:
1)当设计水文站或断面有实测流量资料30年以上,并有历史洪水调查资料时,可用频率的方法,求得不同频率的设计洪峰流量;
2)当设计水文站或断面实测流量资料不足30年时,可用上、下游参证站的实测流量资料,插补延长设计站或断面的流量系列,并用频率统计的方法推求不同频率的设计洪峰流量;
3)当设计水文站洪峰流量资料短缺,参证站有长系列洪峰流量资料时,可先计算参证站设计洪峰流量,再利用合理的水文分析方法,如流域面积比拟法,将参证站的设计洪峰流量移用到设计站;
4)当大跨越工程方案位于干支流汇合口以下或水库的下游时,可用洪水组合法或典型年法进行洪水组合与洪水演进计算,求得设计断面的设计洪峰流量。
2 设计洪水位计算可按以下方法:
1)设计站或断面有实测水位资料连续30年以上,水域变迁不大,并有历史洪水的调查资料时,可采用频率分析的方法推求设计洪水位;
2)设计站实测水位资料不足30年,当水域变迁不大时,可用上下游邻近站长系列的水位资料通过相关分析,延长设计站或断面的实测水位系列,并用频率统计的办法推算设计洪水位;
3)当设计站或断面有较稳定的水位流量关系时,可用已求得的设计洪峰流量,通过水位流量关系查得设计洪水位;
4)当设计站或断面无实测流量资料时,可用上、下游邻近站的水位流量关系和流量资料;按上述途径求得参证站的设计洪峰流量和设计洪水位,通过设计站或断面与参证站的水位关系,推求设计站的设计洪水位;
5)当设计站或断面无实测水位、流量资料时,可采用水力学公式,计算塔位断面处水位流量关系,并结合历史洪水调查资料,延长其高水部分,利用设计洪峰流量确定设计洪水位,并进行临时观测以验证计算成果;
6)当设计站或断面无实测资料且河段水面比降平缓时,可用参证站的设计洪水位和洪水比降推求设计站或断面的设计洪水位;
7)有总体防洪规划和完整防洪工程体系的河段,应以防洪规划资料为依据,推求设计站或断面的设计洪水位;
8)大中型水库回水区,设计洪水位应考虑回水影响;
9)当跨越断面河床或库区有明显冲刷或者淤积趋势时,应考虑其对设计水位的影响。
5.6.2 设计流速计算应符合下列要求:
1 在水中立塔时,塔位处设计流速以设计洪水相应的垂线平均流速计,宜按以下方法确定:
1)有实测资料时,可根据断面流速分布、深槽横向摆动范围及塔位处断面特性,确定塔位处的设计流速;
2)无实测资料时,可根据设计洪峰流量与相应水位、塔位处河床断面或洪水比降、河床质等资料,采用水力学方法估算,或通过临时实测断面流速分布等途径来确定设计流速。
2 在河滩上立塔,应根据滩地特性、河流主泓摆动范围,并结合河段实际情况分析确定塔位处的设计流速;
3 洪水期漂浮物水面最大流速,或流冰期水面最大流速,可根据大跨越工程上、下游水文站观测资料并结合断面特性、短期简易测验资料分析确定。
5.6.3 河床演变与冲刷分析应符合下列要求:
1 河床演变分析应在河床演变调查和河道观测资料的基础上,运用河流动力学的理论与方法进行的分析;
2 在行洪或通航水域或滩地立塔,主要分析天然冲刷和局部冲刷。
3 河床演变分析应包括以下主要内容:
1)统计分析河段泥沙特征值、水沙控制条件与变化;
2)分析河段河床演变控制的节点或稳定弯道的变化;
3)河势包括岸滩与洲滩的历史变化与原因分析;
4)主流线或深泓线的历史变化与原因分析;
5)历年横断面的变化与原因分析;
6)河床边界条件包括治河工程与其他河工工程的历史变化及其对河势变化影响的分析;
7)大水、大沙年冲淤特征以及引起河床发生较大变化的水、沙特性分析;
8)结合河道、航道治理规划以及上游水库调水、调沙影响,根据电压等级预测未来30年~50年河床的变化趋势与塔基的安全性。
4 河床的天然冲刷深度应在河道调查、河床演变分析以及预测近30年~50年河床变化趋势的基础上,确定塔位处可能出现的横向冲刷幅度与最大纵向冲刷深度。确定方法应包括以下内容:
1)搜集与调查跨越河段或上、下游邻近河段一次洪水最大冲刷深度;
2)根据上、下游邻近河段水文站实测最不利断面,或特大洪水后的冲刷断面与洪水前的断面资料比较,确定最大天然冲刷深度;
3)在跨越河段的水下地形图上选取典型大断面,对历年大断面进行套绘以分析其冲淤变化幅度以及变化趋势;
4)根据水下地形图、河床地质和来水来沙等资料,采用数学或物理模型对河段进行冲淤分析计算,从而确定跨越断面处的天然冲刷深度;
5)应根据河床演变分析与河道变化趋势预测,结合调查或实测的河床冲刷深度,分析计算大跨越工程处天然冲刷深度。
5 在设计洪水、水流特性等分析的基础上,结合塔位基础型式、尺寸和塔位处的地质资料等进行塔位处的局部冲刷计算。
5.6.4 溃堤溃坝洪水对塔位影响的分析与计算应符合下列要求:
1 在防洪堤背水面立塔,应根据河势变化、堤防标准、堤防质量、堤防高度、宽度、坡度以及背水面台地现状等,结合汛期堤防有无险情分析判定溃堤的可能性,背水面台地现状包括标高、宽度、坡度和土质;
2 溃堤口门处洪水流速可按照实用堰水力学方法计算;塔位处的洪水流速可根据溃口处的流速和塔位与溃口口门的距离推算;塔位处冲刷深度可根据塔位处水力条件、地质钻探资料和塔基型式、尺寸进行分析计算,并结合溃堤洪水冲刷坑的调查资料综合确定;
3 当线路在水库下游跨越且塔位处地势较低时,应对水库的坝体安全进行分析判断;当水库防洪设计标准不低于线路工程防洪标准,且水库建设实际达到其设计防洪标准时,可不考虑溃坝洪水影响;当水库防洪设计标准低于线路工程防洪标准,而校核标准不低于线路工程防洪标准时,应根据水库大坝质量和运行方式等实际情况,分析确定是否需要考虑溃坝洪水影响;当水库防洪校核标准低于线路工程防洪标准时,应考虑溃坝洪水影响;
4 溃坝洪水对塔位有影响时,应根据水库大坝的具体情况,研究分析溃坝方式、主要计算参数,选用适当的方法计算溃坝最大洪水流量与过程,并演算到工程地点;有较大的区间洪水加入时,可采用洪水组合方法,推求塔位处的设计洪水要素。
5.7 海湾、河口水文分析计算
5.7.1 潮位分析计算应符合下列要求:
1 潮汐类型与特征潮位统计应符合下列要求:
1)应根据大跨越工程附近海湾、河口验潮资料判别潮汐类型;感潮河口段应分析径流、潮汐对潮位的影响程度;
2)对工程设计使用的高程基准面与潮位基面、海图基面等各种基准面间的关系应作考证,并提供工程所用基面的潮位成果;
3)根据实测资料或插补延长后的系列,统计分析大跨越点潮汐性质、特征潮位、潮差、涨落潮历时等特征值,潮汐及潮位分析按现行行业标准《港口与航道水文规范》JTS 145的要求执行。
2 设计潮位的分析与计算应符合下列要求:
1)对潮位资料系列的可靠性、代表性与一致性,应进行考证、审查与分析;
2)设计潮位的计算应有连续20年以上的潮位系列,并应加入历史最高潮位的调查资料,按年极值法选样,应以极值Ⅰ型分布或皮尔逊Ⅲ型分布进行统计。潮位主要由潮汐控制的,应以极值Ⅰ型分布统计成果为主;水位主要由径流控制的,应以皮尔逊Ⅲ型分布统计成果为主;
3)若工程水域站点有不少于连续5年的最高潮位和最低潮位资料系列,应与附近有不少于连续20年资料的验潮站采用“相关分析法”插补延长,分析计算大跨越点设计最高、最低潮位;
4)以潮汐为主的水域也可采用“极值同步差比法”,由长系列站的设计潮位直接推算大跨越点;
5)采用“相关分析法”或“极值同步差比法”分析计算时,两站应符合潮汐性质相似、地理位置相近、受河流径流的影响相似、风暴潮增减水影响相似等要求;
6)当不具备用“相关分析法”和“极值同步差比法”计算条件时,对于风暴潮影响严重的水域应对设计潮位进行专题研究,并应建立潮位观测专用站,积累资料,用以修正设计潮位。对于风暴潮影响不很严重的水域可以采用经验方法分析推算;
7)对设计潮位计算成果应通过潮波传播特性、风暴潮增减水幅度与历史最高潮位比较等进行合理性分析;
8)设计潮位过程线的拟定应根据潮位资料系列的长短,分别选用频率计算法或典型潮位法。当潮位资料短缺时,可将参证站的潮位过程线移用于大跨越工程地点,并应进行对比验证或修正。
5.7.2 波浪要素分析计算应符合下列要求:
1 实测波浪资料系列的审定应符合下列要求:
1)应从自然地理与水文气象环境等方面,对测波站相对于工程点的代表性进行分析,并分方向检验测波站资料的适用程度;
2)对引用的波浪要素系列的一致性与可靠性应进行考查与审定。
2 波浪特性应根据实测资料与调查成果分析判定,并应符合下列要求:
1)若大跨越工程水域缺乏测波资料,可选择与大跨越工程塔位附近地形与水域开阔程度相似、水深接近的邻近水域参证站作分析;
2)当大跨越工程附近无测波资料,且无法选用参证站时,可按当地地形、强风向、常风向与大跨越工程塔位位置,分析主要来波方向,并结合现场调查资料判定波浪特性。
3 当大跨越工程附近水域有连续20年以上实测资料时,可取某一累积频率波高年最大值系列,用皮尔逊Ⅲ型分布曲线或其他合适的线型,并结合历史特大波高调查资料作频率分析,确定设计波高;
4 当确定某一波向的设计波浪时,年最大波高及其对应周期的数据可在该方向左右各22.5°的范围内选取;
5 当工程附近水域测波资料系列年限较短,不宜直接进行频率分析时,根据已有资料情况与水域波浪特性应选用下列方法:
1)分方向建立波高与邻近气象台相应风速相关关系,以风速资料延长波高系列,并进行频率统计;
2)与邻近水域有长期测波资料的参证站建立波高相关关系,延长波高系列,并做频率统计;
3)当有不少于一整年的短期测波资料时,可用经验频率分析法计算设计波高。
6 若大跨越工程处及其附近水域无实测波浪资料时,其设计波浪要素可视水域宽度、风区长度、平均水深与波浪特性等自然地理条件与天气图、最大风速等气象资料,选用图解法或本规程附录D的经验公式计算。
7 对于采用以上方法计算的设计波高应结合历史最大波高调查资料进行分析比较,并宜做短期波浪观测,以合理确定设计波高。
8 设计波浪周期的计算应采用以下方法:
1)当大跨越工程附近水域的波浪主要为风浪时,可由当地风浪的波高与周期的相关关系外推与设计波高相对应的周期,或按风浪要素计算图直接查出与设计波高相对应的周期,亦可按本规程附录D的经验公式计算;
2)若大跨越工程附近水域的波浪主要为涌浪或混合浪时,可将与年波高最大值相对应的周期系列用皮尔逊Ⅲ型分布曲线或其他合适的线型做频率分析,确定与设计波高同一重现期的周期;
3)应结合调查资料和类似水域经验,通过比较分析,确定合理波周期。
9 设计波长可根据设计波浪周期、设计潮位相应水深按规则波分析计算确定。
10 当一定重现期下的某一累积频率的波高与设计要求的累积频率标准不同时,应换算为设计要求的累积频率的设计波高。
11 将设计波浪要素推算至塔位处时,应根据计算点与塔位处之间的水深、地形差别和底坡摩擦、障碍物影响等情况,进行波浪浅水校正、波浪折射、波浪绕射、波浪破碎、底坡摩阻损失等传播变形计算。当变形计算后塔位处波高大于浅水极限波高时,设计波高应采用极限波高。
12 对于由设计风推算的深水波,波浪传播变形计算的起始水深应取风区平均水深处的水深;对于实测深水波,波浪传播变形计算的起始水深应为测波点附近相应水深。
13 当大跨越工程位于水文气象或自然地理条件复杂的水域内时,可根据历史天气图构建风场,进一步通过波浪模型试验分析论证工程点的设计波浪要素。
5.7.3 海流分析计算可按照现行行业标准《港口与航道水文规范》JTS 145的要求执行。
5.7.4 岸滩稳定性分析应符合下列要求:
1 大跨越工程跨越河段、海域的河床、海床演变趋势及稳定性预测年限应符合本规程第5.1.4条的规定。河床、海床演变分析应考虑人类活动的影响。
2 对于海岸上立塔,应通过历次地形图、海图、海岸航卫片遥感解译资料对比,分析岸线、地形、地貌变化情况,海堤走向与位置的变迁,结合现场海岸动力地貌调查资料分析海岸线的变化趋势和速率,并根据海岸带的自然地理、岩土特性、水域海洋水文条件等,对塔位处的岸线稳定性作出预测。
3 对于在海湾水域中立塔,塔位稳定性可按下列要求分析:
1)通过对历次海图等深线对比,确定塔位处及其附近水域滩槽历年冲淤变化趋势、幅度和速率;
2)收集有关水域潮流及余流方向、海底沉积物的分布、海岸侵蚀和堆积的形态特征,以及沿岸组成物质的粒径变化和重矿物分布情况等资料,分析判断泥沙来源和运移方向;
3)分析工程附近沿岸和水域的建、构筑物对海流动力因素、泥沙来源与运移及海湾滩槽发展的影响;
4)综合分析判断塔位附近海床冲淤变化趋势,预测塔位最大冲刷深度。
4 河口段水中立塔时,应根据潮汐和径流强弱、河口发育特点、沙滩与沙洲外形、边界条件及自然和人类活动引起的变化情况、来水与来沙条件、风浪特性等资料进行塔位附近河床稳定性分析。
5 当塔位所在水域冲刷较严重或人类活动影响较明显时,应结合水下地形资料和潮流、波浪、泥沙等海洋动力因素的原型观测资料,采用水流泥沙数学模型或物理模型等方法进行专题研究,以判断判断滩槽稳定性,分析自然冲刷趋势与幅度,计算塔位基础局部冲刷深度。
5.8 水文勘测成果
5.8.1 可行性研究阶段勘测成果应符合下列要求:
1 对各拟定的大跨越工程方案应根据搜集和调查的资料进行必要的分析计算,编写可行性研究阶段的工程水文勘测报告;
2 可行性研究阶段工程水文勘测报告应包括下列内容:
1)工程所在地的流域水文特性和有关的水利水电、防洪(潮)、河道治理工程规划;
2)各大跨越工程地段河岸或滩地(湖岸、库岸、海岸)稳定条件的初步描述和分析;
3)各大跨越工程方案的最高洪(潮、涝)水位或防洪(涝)最高控制水位;通航水域的最高通航水位、冬季平均枯水位;
4)通航水域现状及规划的航道等级、航运概况,以及航道整治工程规划;
5)应有水利、河道或堤防主管部门与航道部门的意见或建议。
3 对各大跨越工程方案应从工程水文条件进行综合比较,推荐可行的方案,必要时提出保证工程安全的治理措施的建议。
5.8.2 初步设计阶段勘测成果应符合下列要求:
1 本阶段勘测成果是根据设计要求,调查、搜资和分析计算跨越方案处设计水文条件,对跨越方案提供详细水文专业结论和意见,并编写初步设计阶段的工程水文勘测报告。
2 初步设计阶段工程水文勘测报告应包括下列内容:
1)跨越水域的历史最高洪(潮、涝)水位、最高控制水位,防洪(潮、涝)规划、防洪(潮、涝)工程体系、防洪(潮、涝)标准以及运行情况,防洪影响评价的结论及要求;
2)跨越通航水域的现状及规划的航道等级、航道宽度、主航道位置、航道发展与整治规划,最高通航水位,通航安全影响论证的结论及要求;
3)跨越地段的河床、海岸(滩)、湖岸、库岸的历史演变调查与稳定性分析,并预测今后30年~50年的变化趋势,以及对塔位的影响和保证塔位安全的工程措施建议;
4)跨越通航水域最高通航水位和5年一遇洪(潮、涝)水位;跨越非通航水域100年一遇或历史最高洪(潮、涝)水位;历年大风期或冬季平均最低水(潮)位。
3 水中立塔尚应提供下列成果:
1)频率为1%、2%、3.3%、5%、20%的洪(潮)水位;5年一遇洪(潮)水位相应的30年~50年一遇累积频率为1%、5%或13%的设计波浪高或出现的最大波浪高;
2)100年、50年或30年一遇洪(潮、涝)水位及相应的水面最大流速、最大断面平均流速、塔位处垂线平均流速;
3)塔位处的天然冲刷深度或一次洪水最大冲刷深度;
4)洪水期漂浮物的种类、大小与数量,结冰水域的结冰日期、解冻日期,冰期内有无连底冻、冰坝;流冰期流冰最大尺寸、最大密度、堆积高度、最大漂流速度与相应的水(潮)位和最大流速;
5)在行洪或通航水域立塔,应分析立塔对河势、行洪和航道的影响。
4 跨越水库下游时,应说明水库大坝安全对跨越塔的影响。
5 在江(湖、海)堤背水面立塔时,应对大堤安全进行分析;当大堤设计标准较低或堤防质量较差,或属险工险段时,应分析溃堤洪水对跨越塔的影响。
5.8.3 施工图设计阶段勘测成果应符合下列要求:
1 本阶段通过补充调查、资料搜集,对大跨越工程塔位的工程水文条件作进一步分析论证,并编写施工图设计阶段的水文勘测报告;
2 跨越水域稳定性的补充分析,预测今后30年~50年水域演变变化趋势对塔位安全的影响;
3 当跨江塔位于洲滩或水中立塔时,应分析计算塔位处的天然冲刷深度和局部冲刷深度;
4 跨越地段水文要素特大值的出现和客观条件变化的分析论证,以及有关确保塔位安全的工程治理措施的意见或建议。