黄河万家寨老牛湾客运码头防洪评价报告20140917（按山西河务局审

黄河万家寨老牛湾客运码头工程

防洪评价报告

黄河勘测规划设计有限公司

Yellow River Engineering Consulting Co.，Ltd.

二○一四年九月

黄河万家寨老牛湾客运码头工程

防洪评价报告

郑重声明

黄河勘测规划设计有限公司拥有本报告的知识产权。其他单位和个人未经许可，不得翻印、传播或他用，否则我公司保留追究其法律责任的权利。

黄河勘测规划设计有限公司

Yellow River Engineering Consulting Co.，Ltd.

二○一四年九月

审定 ： 刘继祥 项目负责人 ： 审查 ： 校核 ： 编

写 ：

钱 胜 安催花 张 建 钱 胜 鲁 俊

廖晓芳 慕 平 廖晓芳 崔振华

焦营营 韦诗涛

蔺 冬钱 裕

目 录

1 概述 ................................................................................................................. 1 1.1 项目背景 .................................................................................................... 1 1.2 评价依据 .................................................................................................... 5 1.3 技术路线及主要分析内容 ....................................................................... 6 2 基本情况 ......................................................................................................... 7 2.1 建设项目概况 ............................................................................................ 7 2.2 河道基本情况 .......................................................................................... 14 2.3 现有水利工程及其它设施情况 ............................................................. 19 2.4 水利规划及实施安排 .............................................................................. 21 3 河道演变分析 ............................................................................................... 22 3.1 建库前河道历史演变情况 ..................................................................... 22 3.2 万家寨水库冲淤分析 .............................................................................. 22 3.3 库区河道演变趋势分析 ......................................................................... 28 4 凌情分析 ....................................................................................................... 29 4.1 万家寨水库凌情概述 .............................................................................. 29 4.2 万家寨水库运用对工程河段防凌影响分析 ......................................... 33 5 防洪评价计算 ............................................................................................... 36 5.1 水文分析计算 .......................................................................................... 36 5.2 壅水计算 .................................................................................................. 45 5.3 冲刷计算 .................................................................................................. 45 6 防洪综合评价 ............................................................................................... 50 6.1 项目建设与有关规划的关系及影响分析 ............................................. 50 6.2 项目建设是否符合防洪防凌标准、有关技术和管理要求 ................. 50

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6.3 项目建设对库区行洪安全的影响分析 ................................................. 51 6.4 项目建设对库区河势稳定的影响分析 ................................................. 51 6.5 项目建设对堤防工程、河道整治工程及其他水利设施的影响分析 . 51 6.6 项目建设对防汛抢险影响分析 ............................................................. 52 6.7 项目建设对水库防洪调度影响分析 ..................................................... 52 6.8 项目建设对水库发电影响分析 ............................................................. 52 6.9 项目建设对库区通航影响分析 ............................................................. 52 6.10 项目建设对第三人合法水事权益的影响分析 ................................... 53 6.11 项目施工对库区行洪的影响分析 ........................................................ 53 6.12 项目施工对防汛抢险的影响分析 ....................................................... 54 6.13 项目施工对环境的影响分析 ............................................................... 54 6.14 万家寨水库运用对码头运营的影响分析 ........................................... 54 6.15 河道凌情对项目建设的影响分析 ....................................................... 55 7 防治与补救措施 ........................................................................................... 56 7.1 项目建设对黄河防洪防凌影响的防治措施 ......................................... 56 7.2 项目施工对行洪影响的防治措施 ......................................................... 56 7.3 项目施工对防汛抢险影响的防治措施 ................................................. 56 7.4 项目施工对环境影响的防治措施 ......................................................... 57 7.5 万家寨水库运用对码头运营的防治措施 ............................................. 57 7.6 河道凌情对码头建设的防治措施 ......................................................... 58 8 结论与建议 ................................................................................................... 59 附件

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1 概述

1.1 项目背景

偏关县是“千里黄河大峡谷之最，万里长城外三关之首”，是中国长城最长、古堡最多的县，是中国黄河峡谷最美的县之一。黄河从这里入晋、大峡谷在这里开端、内长城于这里终止、内外长城在这里交汇、二人台从这里唱响、走西口在这里起源，自然和人文风韵的结合让它拥有了迷人的魅力。偏关距离北京、太原和呼和浩特分别只要5、4和3个小时的车程，使之拥有了得天独厚的地理优势和广阔的客源市场。

老牛湾风景区位于偏关县西北49km处，山西省与内蒙古自治区的交界处，以长城黄河为界。北靠长城与内蒙古清水河县接壤，西隔黄河临鄂尔多斯市准格尔旗，景区总面积25km2。

老牛湾是长城与黄河的第一个交汇处，被中国长城学会命名为“长城与黄河握手之地”，因此偏关成为山西省境内长城与黄河交汇的唯一县。全境有内、外长城，秦、北魏、明代长城500km，占山西全省长城（2500km）1/5，居全国各县之首。老牛湾是全长100km的外长城的起点。

老牛湾是明代重要军事要塞，有神牛犁河的美丽传说，有被誉为“石头民俗博物馆”的古老村落，这里有被《中国国家地理》杂志评为“中国最美的十大峡谷之一”的晋蒙黄河大峡谷，有被山西省摄影家协会、内蒙古师范大学、河南工业大学、太原理工大学等多所高校授予的“摄影写生基地”，2010年，在上海世博会期间和国庆60周年之际，老牛湾被多家媒体推介为“游山西不得不去的十个地方”之一，她以独特的自然风光，奠定了在黄河、长城文化特色旅游业发展中的核心地位。

近年来，山西省偏关县委、县政府立足新农村建设，大力发展旅游经

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济，利用老牛湾得天独厚的山水资源和历史文化遗产，积极引进资金进行深度开发。按照《山西省偏关县旅游发展规划》，目前老牛湾～万家寨库区水上运输量已经达到15万人次/年；预测2020年达到19.8万人次/年、2030年达到28万人次/年。

现在万家寨库区内共有小沙湾、冯家塔、城湾、城坡、四座塔、包子塔和窑子峁七个码头，库区的客运船舶包括运输客船和旅游客船，载客量从10多人到100人不等。据偏关县交通运输局统计，2011年，全部渡口客运量为14.4万人次/年，其中，以出行、赶集为主的客运量目前占到65%，以水上旅游为目的的客运量占35%。随着偏关县交通和旅游业的发展，国际旅游客运量逐年增加，现有的自然渡口将不能提供足够的客运船舶停靠泊位。未来的几年，是万家寨库区码头建设的关键阶段，既面临着繁重的任务，也给港口结构的功能升级创造了条件。

为了与日益发展的旅游经济相匹配和确保景区安全，偏关县委、县政府决定由偏关县交通运输局建设黄河万家寨水库老牛湾客运码头工程，工程位于万家寨水库坝址上游约12.1km处左岸，工程的建设将改善万家寨库区水路交通格局，进一步提升景区品味，促进偏关县交通和旅游经济健康、可持续发展。

码头工程地理位置示意图见图1.1-1，平面布置示意图见图1.1-2。 依据《中华人民共和国水法》、《中华人民共和国防洪法》及相关法律法规的规定，黄河河道管理范围内建设项目，应进行防洪评价，为建设单位及河道管理部门决策提供科学依据。受山西省偏关县交通运输局委托，黄河设计公司编制完成了《黄河万家寨老牛湾客运码头工程防洪评价报告》。

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工程所在地

图1.1-1 老牛湾客运码头工程地理位置示意图

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图1.1-2 老牛湾客运码头工程平面布置示意图

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1.2 评价依据

1.2.1 法律法规及有关规定

（1）《中华人民共和国水法》主席令第74号（2002）； （2）《中华人民共和国防洪法》主席令第18号（2009）； （3）《中华人民共和国水土保持法》主席令第39号（2011）； （4）《中华人民共和国环境保护法》主席令第22号（1989）； （5）《中华人民共和国河道管理条例》国务院令第588号（2011）； （6）《建设项目环境保护管理条例》国务院令第253号（1998）； （7）《河道管理范围内建设项目管理的有关规定》（水利部 国家计委 水政[1992]7号文）；

（8）《关于黄河水利委员会审查河道管理范围内建设项目权限的通知》（水利部 水政[1993]263号）；

（9）《黄河流域河道管理范围内建设项目管理实施办法》（1993年11月29日，黄委会 黄水政[1993]35号）；

（10）《<黄河流域河道管理范围内建设项目管理实施办法>补充规定（暂行）》（黄水政[2005]1号）；

（11）《黄河水文管理办法（2009年修订）》（黄水政[2009]22号）； （12）《河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则》（水利部办建管[2004]109号）；

（13）《黄河河道管理范围内建设项目技术审查标准（试行）》（黄建管[2007]48号） 1.2.2 规范规程

（1）《防洪标准》（GBT 50201-94）；

（2）《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-2006）；

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（3）《铁路工程水文勘测设计规范》（TB 10017-99）； （4）《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30-2002）； （5）《河港工程总体设计规范》（JTJ212-2006）； （6）《内河航运工程水文规范》（JTS145-2011）； （7）《内河通航标准》（GB50139-2004）；

（8）《港口工程环境保护设计规范》（JTS149-1-2007）。 1.2.3 其他有关资料

（1）《黄河流域防洪规划》（水利部黄河水利委员会，2013年9月）； （2）《黄河万家寨水利枢纽》（中国水利水电出版社，2002年7月）； （3）《黄河万家寨水利枢纽2013年汛期调度运用方案》（黄河万家寨水利枢纽有限公司，2013年5月）；

（4）《黄河万家寨水库老牛湾客运码头工程可行性研究报告》（长江航道规划设计研究院，2013年5月）。

1.3 技术路线及主要分析内容

本次黄河万家寨老牛湾客运码头工程防洪评价工作进行了基本资料收集，现场查勘并和业主进行了充分的沟通，在上述工作的基础上开展了深入细致的分析论证和评价工作。依据相关法律、法规、规程、规范、相关规定、相关规划对长江航道规划设计研究院提出的客运码头推荐设计方案进行了评价。为确保黄河防洪及客运码头的安全，重点评价了码头工程建设对黄河万家寨库区防洪、防凌、河势、冲淤、通航、水库发电及环境的影响，并就不利影响提出相应的防治和补救措施。

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2 基本情况

2.1 建设项目概况

2.1.1 项目建设的必要性

拟建码头位于山西省忻州市偏关县万家寨库区老牛湾，与下游万家寨水利枢纽坝址的距离约12.1km。本工程的建设是老牛湾～万家寨景区开发系统的一个子项目，同时也是解决库区水上客运交通的重要组成方式。其功能是以忻州市和偏关县为基本腹地，为当地居民出行创造必要综合交通手段，也为推动偏关县的旅游经济发展创造了良好的机遇。

（1）本工程的建设是推动偏关县地方经济发展的需要。

偏关县县委、县政府提出将旅游产业作为新的经济增长点。黄河万家寨水库老牛湾客运码头工程的建设是偏关县经济社会发展的新亮点，对促进偏关县加速崛起全面振兴具有十分重要的现实意义和深远的历史意义。建设本工程是偏关县大力发展旅游业的重大举措，也是偏关县顺应国家宏观经济政策调整、有效拉动内需的最佳选择，更是偏关县加快经济转型、改变经济结构、带动第三产业发展的有效途径。

（2）本工程的建设是改善万家寨水库水路交通格局的需要。 现阶段从老牛湾到万家寨渡口的旅客主要通过公路运输，而现有公路弯急、坡陡，来往两地大概需要2～3小时的车程。本工程的建设，将改善万家寨水库水路交通格局，形成水上快速通道，大大缩短两地的来往时间。

（3）本工程的建设是打造老牛湾～万家寨景区旅游品牌的需要。 老牛湾～万家寨景区已形成老牛湾黄河长城交汇点、黄河大拐弯、老牛湾古堡、老牛湾古村落、黄河大峡谷、包子塔观景台、明长城沿线、杨家川峡谷等十余个景点，并精心设计推出了多个地方色彩浓郁的特色旅游

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项目。老牛湾不仅是内外长城的交点，更是黄河与长城的交汇点，堪称中国万里长城西部之首，是中国边塞、黄河、长城游的精华；由于万家寨水库的蓄水拦沙作用，偏关段晋陕大峡谷的水质跃居黄河中下游之首，库区曲回九转、碧波荡漾，呈现出和晋陕大峡谷其他段截然不同的青绿色。老牛湾～万家寨景区作为偏关县的旅游龙头品牌，本工程建设将为游客在景区提供多样化的旅游方式，提高景区的旅游接待能力，为打造老牛湾～万家寨景区旅游品牌提供强有力的支持。

（4）本工程建设是保障库区船舶靠泊安全和游客生命财产安全的需要。

随着老牛湾～万家寨景区的发展，旅客量将逐年增加。根据预测2020年老牛湾～万家寨景区的旅游客运总量为19.8万人次/年。如此多的旅客量必须要有安全、可靠的上下水通道。库区内快慢船、大小船相交织，对船舶安全提出了较高的要求。而且现代社会对人身安全的重视程度日渐提高，安全事故的成本和社会影响日渐增大。本工程的建设将告别老牛湾没有供客运船舶停靠的专用码头的历史，为库区船舶靠泊安全和游客生命财产提供强有力的保障。

（5）本工程的建设是城乡统筹与新农村建设的需要。

偏关县老牛湾～万家寨库区内的村庄将根据资源特点和旅游业发展的需要，逐步改变经济结构，结合旅游区的旅游服务培养旅游特色村，建设特色型旅游村落体系，以此满足城乡统筹与新农村建设的需要。 2.1.2 码头建设规模和防洪标准

本项目以满足2020年的水上旅游发展为目标，共设100客位客船泊位4个，设计年客运量19.8万人次。建筑物等级为II级，使用年限为50年。

根据《防洪标准》（GBT50201-1994）5.3.1章节，山区河流一般城镇的主要港区陆域，防洪标准为5年～10年，因此本次客运码头防洪标准应取

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十年一遇。根据《黄河河道管理范围内建设项目技术审查标准》中第二章第十条“设计洪水除满足建设项目自身防洪标准外，还应与建设项目所在河段的防洪及水电工程标准相协调”的准则，码头按万家寨水库的校核洪水万年一遇的防洪标准进行设计，本次码头防洪评价也按照万家寨水库的校核洪水万年一遇的防洪标准进行分析计算。 2.1.3 客运码头建设方案 2.1.3.1 码头设计参数

（1）设计水位及高程（黄海高程，下同） 设计高水位：980.00m（万家寨水库最高蓄水位）； 设计低水位：962.15m（90%通航保证率）。 （2）码头前沿设计水深及设计河底高程

根据《河港工程总体设计规范》（JTJ212—2006），计算如下：

码头前沿设计水深Dm =T+Z+△Z，

式中：T——设计船型的满载吃水；

Z——龙骨下最小富裕深度（m）； △Z——其他富裕深度（m）。

码头前沿设计河底高程＝设计低水位－码头前沿设计水深。 经计算码头前沿设计水深及河底高程结果见表2.1-1。

表2.1-1 码头设计水深及设计河底高程一览表

船型 100客位客船 T 1.0 Z 0.5 △Z 0.3 Dm 1.8 设计河底高程（m） 960.35 根据上述计算结果，本工程设计河底高程取为960.30m。 （3）码头平台尺度和高程

根据《河港工程总体设计规范》（JTJ212-2006）， 对于客运船泊位码头停靠单艘客船：

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码头长度Lm≥0.65L（L为船舶长度）=0.65×27.0m=17.55m， 结合水工结构方案，取靠泊墩台尺度为23.4m×23.4m。 对于趸船泊位：

趸船长度取（0.70～0.90）L=18.9m～24.3m，

因此确定趸船尺度为20m×5m×0.80m（长×宽×吃水）。 根据《河港工程总体设计规范》（JTJ212—2006），计算如下： 码头面设计高程E=Z+△，

式中：Z——设计高水位（m），Z=980.0m

△——超高值（m），△为0.1m～0.5m

码头面设计高程E=980.0+（0.1～0.5）=980.1m～980.5m 考虑与后方陆域更好地衔接，码头平台顶面高程取980.10m。 （4）泊位长度

根据《河港工程总体设计规范》（JTJ212-2006）中对连续布置多个顺岸码头泊位的计算规定：

Lb=4L+5d=4×27+5×5=133.0m。（L为船长，d为船间距） （5）停泊水域

100客位客船泊位：B总=2.0B =2.0×5.6=11.2m。（B为船宽） 码头停泊水域距离主航道有一定距离，船舶停泊在本码头前沿不会影响主航道过往船舶通航。

（6）陆域尺度

本工程陆域南北向纵深约100m，东西向长约160m，占地总面积约7080m2。

（7）设计船型

拟建工程为客运码头，主要考虑以100 客位的客船作为设计代表船型。船型尺度见表2.1-2。

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表2.1-2 万家寨老牛湾客运码头设计代表船型尺度表

项目 客运泊位 船型 100客位客船 船舶尺度(长×宽×吃水)(m) 27.0×5.6×1.0 备注 设计代表船型 （8）客运能力

设计年客运量为19.8万人次/年，设计年作业天数为230天。 客运码头通过能力根据下列公式进行测算，详见表2.1-3。

Ps?(2T?1)TyPN?G KB表2.1-3 码头通过能力表

参数 Ty G P T KB N Ps 参数含义 泊位年运营天数 设计代表船型客位数 设计船型客位利用率 泊位每天平均靠离艘次 不平衡系数 泊位数 码头综合通过能力 单位 天 人/艘 艘/天 个 万人次/年 推荐方案 客船 230 100 0.80 4 2 4 25.8 综上，拟建工程的综合通过能力为25.8万人次/年，满足旅客运量19.8万人次/年的要求。 2.1.3.2 码头平面布置

根据设计船型、船舶荷载和结构的稳定性，码头采用高桩墩台、趸船与浮动靠泊式栈桥组合的结构。根据码头前沿设计水深、水域的地形条件、水流的流向、泊位停泊水域及河底高程，推荐方案码头前沿线为直线布置，基本与水流流向平行，码头布置所在滩面高程约961m～962m。

水域部分拟建两个高桩墩台泊位和两个趸船泊位供客船停靠，可停靠4艘100客位客船。墩台、趸船之间布置浮动靠泊式栈桥，栈桥的纵向长度为72.6m。

高桩墩台平面尺寸为23.4m×23.4m，排架间距为7m，共4榀排架。基

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础采用4×4根直径为1.2m的钻孔灌注桩，上部结构由现浇立柱、连续梁和现浇面板组成。由于水位变幅较大，码头共设置4层系缆平台；系船设施采用150kN系船柱，靠船设施采用D200×200×1000型橡胶护舷。高桩墩台与后方陆域通过人行栈桥接连。人行栈桥基础采用直径为1m的钻孔灌注桩，上部结构由现浇横梁、预制面板和现浇面层组成。

趸船主尺度为20m×5m×0.8m，趸船与高桩墩台之间通过浮动靠泊式栈桥连接。

浮动靠泊式栈桥采用浮箱拼装形成，浮箱体上部表面采用防滑花纹设计，安全稳固，四角皆为圆弧钝角造型，避免一般水泥、木制、铁制设施所常见的危险，例如：滑倒、被碎木屑、锈钉刺伤等。浮动靠泊式栈桥配备系船栓、防撞箱和护栏等附属设施。

陆域部分位于码头北侧，总占地面积7080m2。整个陆域主要分为两个区域，西侧为停车场，根据每日旅客量布置了42个小型汽车车位、13个大客车车位以及2个医疗消防专用车位，停车场占地面积为2688m2。东侧主要为公厕和客运中心，客运中心面积为1500m2，主要供港区人员办公、售票和游客休息。进港区处设置大门，并且在游客上船路径上设置了排队区和检票处。陆域部分高程略高于码头平台高程，均在980m以上。

码头工程总平面布置图见附图一。码头工程水工结构图见附图二、附图三。

2.1.4 客运码头施工方案 2.1.4.1 施工方案

（1）施工难点

本工程的施工难点是：灌注桩为嵌岩桩，岩石强度较大，对钻孔技术和设备有较高的要求。

（2）主要设备及工艺流程

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根据本工程的施工工程量和工程特点，合理选择施工设备和机具。本工程拟采用的主要设备有专用钻机、砼搅拌及输送设备、电焊设备等，本工程主要施工工艺如下：

施工准备→灌注桩施工→现浇框架→安装靠船构件→安装附属设施→安装浮动靠泊式栈桥

施工准备→碾压密实→基层施工→构筑物基础施工→配套设施施工 2.1.4.2 施工方法

（1）灌注桩施工应在库区低水位时进行，钢筋笼沉放采用相应的运输起吊设备。由于本工程只有32根钻孔灌注桩，灌注桩施工尽量选择在水位低于滩地高程时进行干地施工，必要时修建施工作业平台，施工周期只需要2个月，因此不需要做施工围堰。

（2）现浇框架。灌注桩施工完毕后，在工作平台上进行框架的施工，砼浇筑采用泵送工艺。

（3）安装靠船构件。框架施工完成后，在工作平台上进行靠船构件的安装。

2.1.4.3 施工进度计划

本项目施工计划工期为12个月，其具体安排见表2.1-4。

表2.1-4 施工进度计划

序 号 1 2 3 4 5 6 7 项 目 施工准备 桩基施工 现浇框架 安装浮动栈桥 码头附属设施 陆域工程 竣工验收 工 期（月） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 - 13 -

2.2 河道基本情况

2.2.1 万家寨水库及库区河道概况

（1）万家寨水库

万家寨水利枢纽位于黄河北干流上段托克托至龙口峡谷河段内，是黄河中游规划梯级开发的第一级。坝址左岸为山西省偏关县，右岸为内蒙古自治区准格尔旗。万家寨水利枢纽的主要任务是供水结合发电调峰，同时兼有防洪防凌作用；可向山西、内蒙提供14亿m3的年供水量，向山西、内蒙电网提供108万kW的调峰容量和27.5亿kW.h的年发电量，并对下游龙口水利枢纽、天桥水电站的防洪、防凌提供有利条件。

万家寨水库1998年10月下闸蓄水运用，属Ⅰ等大（1）型工程，枢纽永久建筑物为Ⅰ级水工建筑物。拦河坝正常运用设计洪水标准为千年一遇，非常运用校核洪水标准为万年一遇，入库洪峰流量分别为16500m3/s、21200m3/s。

万家寨水库设计最高蓄水位980m，正常蓄水位977m，采用“蓄清排浑”运用方式，汛期防洪限制水位966m，排沙期运行水位952m～957m，降水冲刷最低水位在948m以下。最高蓄水位980m以下总库容8.96亿m3，调节库容4.45亿m3。水库最大回水长度72.34km，回水区水面面积28.11km2。

万家寨水利枢纽建筑物由拦河坝、泄水建筑物、坝后式厂房、引黄取水建筑物及GIS开关站等组成。半整体混凝土直线重力坝坝顶高程982m，坝顶长443m，最大坝高105m。泄水建筑物位于河床左侧，包括底孔、中孔、表孔，均采用长护坦挑流消能。万年一遇洪水泄流量8326m3/s，千年一遇洪水下泄流量7899m3/s。河床右侧坝后式厂房安装有6台单机容量为18万kw水轮发电机组。在大坝左岸边坡坝段设有两孔引黄取水口，单孔引水流量24m3/s，可满足向山西年供水12亿m3的任务。

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（2）库区河道概况

万家寨水库大坝上距黄河上中游分界处托克托县的河口镇104km，距水库入库站头道拐水文站114km，距原设计的水库末端拐上村72km。黄河中游河口镇至拐上河长32km，河道比降0.161‰；拐上至大坝间河道比降约1.068‰。万家寨库区河道呈U型河槽，平均河宽约350m，主槽为基岩，两岸滩地为沙卵石淤积物，拐上是河道纵坡由缓变陡的转折点。水库末端拐上到坝址区间从上到下左岸有支流红河、杨家川，右岸有龙王沟、黑岱沟等支流汇入，但汇入的水沙量较小。 2.2.2 气象

本工程地处温带大陆性季风气候区。冬季受蒙古冷高压控制，多西北风，气候寒冷干燥。夏季太平洋副热带高压增强，暖湿的海洋气流侵入，蒙古冷高压减弱北撤，冷暖气流交汇形成降水。多年平均气温7.0℃，最高日平均气温30.0℃，最低日平均气温-31.0℃。降水方面，多年平均降雨量400mm，多年最大降雨量700mm，多年最小降雨量230mm。枢纽所在地区，夏天常发生局部强对流性暴雨，暴雨强度大，笼罩面积小，降雨历时短。风况方面，多年平均风速2.2m/s，最大风速18m/s，最大风速相应风向为南、西南。 2.2.3 径流泥沙

（1）来水来沙特性

采用头道拐水文站的实测资料来分析码头工程处的来水来沙特性。统计头道拐1952年7月至2012年6月的水沙量（见表2.2-1），由表可知，头道拐断面水沙量具有以下特点：

一是来水来沙量年内分配不均。头道拐1952年7月～2012年6月年平均径流量为212.3亿m3，其中汛期（7月～10月）水量110.0亿m3，占全年水量的52.3%；年平均输沙量为1.01亿t，其中汛期沙量0.77亿t，占全

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年沙量的76.4%。

3

二是来水来沙量年际变化大，头道拐最大年径流量为448.9亿m（1967

年），是最小年径流量91.6亿m3（2002年）的4.8倍；最大年输沙量为2.87亿t（1967年），是最小年输沙量0.15亿t（1991年）的19.5倍。

三是20世纪50年代以来，头道拐来水来沙量总体上呈减小趋势。1952年7月至1968年6月、1968年7月至1986年6月、1986年7月至2012年6月来水量依次分别为262.4亿m3、244.2亿m3、159.3亿m3；来沙量依次分别为1.75亿t、1.17亿t、0.44亿t。

表2.2-1 头道拐水文站断面水沙特征值

时 段 7月- （年.月） 10月 1952.7-1968.6 1968.7-1986.6 1952.7-1986.6 1986.7-2012.6 1952.7-2012.6 水量（亿m3） 10月- 6月 98.5 109.3 104.2 97.5 101.3 7月- 6月 262.4 244.2 252.8 159.3 212.3 沙量（亿t） 7月- 10月 1.43 0.93 1.17 0.26 0.77 10月- 6月 0.32 0.24 0.28 0.19 0.24 7月- 6月 1.75 1.17 1.44 0.44 1.01 含沙量（kg/m3） 7月- 10月 8.72 6.91 7.87 4.15 6.96 10月- 6月 3.29 2.16 2.69 1.92 2.35 7月- 6月 6.68 4.79 5.70 2.79 4.76 163.9 134.9 148.6 61.8 111.0 （2）近期水沙变化特点

由于上游龙羊峡、刘家峡水库工程的联合调蓄运用，以及近期降雨偏枯和沿程工农业用水增加，黄河河道内水量明显减少，头道拐水沙关系发生了以下明显的变化。

一是来水来沙量明显减少。1986年7月至2012年6月头道拐年平均来水来沙量分别为159.3亿m3、0.44亿t，仅为1952年7月～1986年6月年平均来水来沙量的63.0%和30.8%。

二是径流年内分配发生了明显变化。1986年7月～2012年6月年平均来水量为159.3亿m3，汛期、非汛期来水量占年来水量的比例分别为38.8%和61.2%，1952年7月～1986年6月年平均来水量为252.8亿m3，汛期、

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非汛期来水量占年来水量的比例分别为58.8%和41.2%，与1986年以前来水分配情况相比，汛期和非汛期水量的比例差异明显。 2.2.4 地形地貌及地层岩性

（1）地形地貌

拟建码头位于万家寨库区左岸，属黄土高原地貌，为中低山区。黄河以东多为基岩裸露区，以西多为黄土覆盖区。黄河为本区最低排泄通道，由北西流向本区后折向南流。在拐上以上河段宽阔平缓，拐上至龙口段为峡谷段，岸高百余米，河谷呈U形，宽300m～500m，平水期水深3.0m～5.0m。

（2）地层岩性

区域地层为华北地台相，基底为太古界桑干群；盖层除缺失奥陶系上统、志留系、泥盆系及石炭系上统外，自寒武系至第四系均有出露。万家寨峡谷区系寒武系上、中统，奥陶系中、下统灰岩地层以及少量石炭系砂页岩。拟建场地地貌单元属高原地貌，为中低山区，地层结构较为简单，属区域构造相对稳定地区。工程地段岩体坚硬、完整，断层不发育。

根据本次勘察资料，拟建工程区域上部主要为第四系黄土地层，下伏第三系泥质砂岩及二叠系砂岩、泥岩。由新到老分述如下：

①填土：褐红色、浅红色，以粉质粘土为主，松散状态，属高压缩性土。 ②1黄土状粉土（Q4新）：土黄色～黄褐色，偶含小砾。具虫孔及微细孔，稍湿，多呈松散状态，中等摇振反应，无光泽反应，干强度低，低韧性。为非自重湿陷性黄土，湿陷性黄土地基的湿陷等级为I级。属高压缩性土。另外拟建线路大部分表层均分布有耕植土，土黄色，以粉土为主，富含植物根，干燥，松散，厚0.1m～0.3m。

②2 中粗砂（Q4新）：褐黄色，湿，多呈松散状态，中粗砂中夹有粉质粘土及混有少量砾石，属高压缩性土。

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②3 砾石（Q4新）：褐黄色，湿，多呈松散状态，砾石成分为砂岩，砾石直径一般介于2 mm～20mm，砾石间充填土和砂，属中等偏高压缩性土。

③1黄土状粉土（Q4 al+pl）：土黄色～褐黄色，偶含小砾。具虫孔及微细孔，稍湿，多呈松散状态，中等摇振反应，无光泽反应，干强度低，低韧性。为非自重湿陷性黄土，湿陷性黄土地基的湿陷等级为I级。属高压缩性土。

③2中粗砂夹砾石（Q4 al+pl）：褐黄色，湿，多呈松散状态，中粗砂中夹有粉质粘土及混有少量砾石，砾石直径2 mm～10mm，属中等偏高压缩性土。

③3砾石（Q4 al+pl）：褐黄色，湿，多呈松散状态，砾石成分为砂岩，砾石直径一般介于2mm～20mm，砾石间充填土和砂，属中等压缩性土。

④1黄土状粉土（Q3al）：土黄色，偶含小砾。具虫孔及微细孔，上部土质干燥，稍密～中密；下部稍湿，多呈中密状态，中等摇振反应，无光泽反应，干强度低，低韧性，为非自重湿陷性黄土。属中等压缩性土。

④2黄土状粉质粘土（Q3al+pl）：浅黄色、褐红色，以粉质粘土为主，土呈碎瓣状，可塑状态，局部硬塑状态，无摇振反应，切面稍有光滑，干强度中等，中等韧性。不具湿陷性。属中等偏低压缩性土。本层夹有层状钙质结核，层状钙质结核厚度在0.1m至1.0m之间。

④3砂砾石（Q3al）：褐黄色，湿，多呈稍密～中密状态，砾石成分为砂岩，砾石直径一般介于2 mm～20mm，砾石间充填40％左右的中粗砂，属中等偏低压缩性土。

⑤1粉质粘土（Q1al+pl）：黄褐色、浅红褐色，饱和，硬塑状态，无摇振反应，切面稍有光滑，干强度中等，中等韧性，属低压缩性土。

⑤2中粗砂（Q1al+pl）：黄褐色，饱和，密实，属低压缩性土。 ⑥泥质砂岩（R）：褐黄色，泥质胶结，散体状结构，成岩性差，锤击易碎，为极软岩，岩体极破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。

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⑦1强风化砂岩(P2sh)：褐黄色、紫红色，泥质胶结，散体状～碎裂状结构，以砂岩为主，部分夹泥岩或砂岩、泥岩呈互层出现，成岩性差，锤击易碎，为极软岩，岩体极破碎～破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。

⑦2中风化砂岩(P2sh)：褐黄色、紫红色，泥质胶结，裂隙块状或中厚层状结构。裂隙面光滑，岩芯呈碎块状和短柱状，锤击声哑，易碎，以砂岩为主，部分出现砂岩、泥岩互层现象，具软硬不均特征。为软岩～极软岩，岩体破碎～较破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。

2.3 现有水利工程及其它设施情况

2.3.1 堤防及河道整治工程

拟建码头所在万家寨库区属峡谷河段，两岸多为高山绝壁，为无堤防河段，该河段无河道整治工程。码头工程处左岸为滩地，右岸为悬崖峭壁，码头位于左岸，无其他设施。 2.3.2 水利枢纽工程

（1）万家寨水利枢纽

拟建码头下游约12.1km处为黄河中游已建成的万家寨水利枢纽。万家寨水库1998年10月下闸蓄水运用，水库总库容8.96亿m3，调节库容4.45亿m3，总装机容量108万kW。水库设计最高蓄水位980m，正常蓄水位977m，防洪限制水位966m。

（2）龙口水利枢纽

拟建码头下游约37.7km处为黄河中游已建成的龙口水利枢纽。龙口水库2009年9月开始蓄水发电，水库总库容1.96亿m3，调节库容0.71亿m3，总装机容量420MW。水库正常蓄水位898m，防洪限制水位893m，设计洪水位896.56m，校核洪水位898.52m。

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2.3.3 其他水利设施

（1）水文站

码头上游102km处为头道拐水文站，是黄河干流极为重要的控制监测站。头道拐水文站位于内蒙古自治区托克托县中滩乡麻地壕村，地理位置坐标为：东经111°04′，北纬40°16′，1958年4月建站，集水面积36.8万km2。

码头下游约13km处为万家寨水文站，位于山西省偏关县万家寨乡万家寨村，地理位置坐标为东经111°26′，北纬39°34′，1954年建站，集水面积39.5万km2。

（2）库区测验断面

码头上游约1.8km处有WD14号断面，下游0.4km处有WD11号断面。 （3）取水工程

码头下游12.1km左岸处有万家寨引黄入晋工程。万家寨引黄工程由总干线、北干线、南干线、联接段组成，引水线路总长442.3km。工程从黄河万家寨水利枢纽取水，总干线设计年引水量12亿m3，其中由南干线向太原市供水6.4亿m3，由北干线向大同市、朔州市供水5.6亿m3。

码头上游22km右岸处有小沙湾水源工程，为内蒙古准格尔旗能源基地供水工程，工程于1993年建成通水，设计引水流量1.2m3/s，日供水量10万t，设计供水保证率为97%，工程取水部分为二级建筑物。

（4）桥梁

码头下游12.3km有万家寨黄河公路大桥，桥梁位于内蒙古自治区与山西省交界处，离万家寨水利枢纽出口200m，左岸是山西省偏关县万家寨，右岸是内蒙古鄂尔多斯市准格尔旗。桥长246.8m，于1993年4月开工修建，1994年4月竣工通车。桥面宽12m，孔跨布置12×20m。

（5）码头

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拟建码头工程上游约1km支流杨家川有杨家川码头，码头工程下游约2km处有包子塔码头。

2.4 水利规划及实施安排

码头工程所在万家寨库区河段属典型的山区峡谷型河道，目前暂无具体的水利规划要求。

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3 河道演变分析

3.1 建库前河道历史演变情况

黄河从内蒙古托克托县的头道拐折向南流，切断了黄土高原，开始进入中游段，其中头道拐至河曲段为峡谷和平原相间连接的河道形态，峡谷段两岸悬崖陡峻，河谷窄狭，河道比降大，水流湍急，该段河床较为稳定，冲淤变化很小。在峡谷之间为河谷宽敞，比降平缓的盆地和平原，河道宽阔，比降小。随着来水来沙的变化，河床进行自动调整，发生相应的冲淤变化。

头道拐至章盖营子河段为平原冲积型转入山区型的过渡段，该河段长约28km，为沙质河床，比降为0.28‰，河宽2000m左右；从章盖营子至大榆树湾开始进入峡谷河段，该段长19km，河道比降为0.7‰，由沙质河床逐渐过渡到基岩河床；大榆树湾以下至坝址段长67km，河道纵坡陡峻，河谷狭窄，基岩裸露，河床比降由0.7‰变为1.2‰，平均河宽350m左右。从章盖营子至坝址段建库前河道基本冲淤变化很小，河势稳定。

3.2 万家寨水库冲淤分析

3.2.1 库容及淤积量变化

万家寨1997年7月进行原始库容测验，2000年正式进行汛前汛后的库容淤积测验，1997年7月～2012年9月，库区干流累计淤积量为4.396亿m3，其中2000年及以前、2003年、2005年、2006年四年淤积量较大，均在0.4亿m3 以上，之后年淤积量有减少的趋势。1997年至2012年各年淤积量统计如下表3.2-1。

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表3.2-1 1997年～2012年万家寨水库库容及各年淤积量统计表

年份 1997 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 总库容（亿m3） 8.96 8.234 8.042 7.74 7.294 7.088 6.603 5.998 5.616 5.485 5.145 4.848 4.684 4.564 年淤积量（亿m3） 0.726 0.192 0.302 0.446 0.206 0.485 0.605 0.382 0.131 0.34 0.297 0.164 0.12 累计淤积量（亿m3） 0.726 0.918 1.22 1.666 1.872 2.357 2.962 3.344 3.475 3.815 4.112 4.276 4.396 注：总库容指最高蓄水位980m以下的库容。 套绘水库2013年4月库容及库容损失曲线（见图3.2-1），由图可知，截止到2013年4月，水库最高蓄水位下的总库容8.96亿m3已淤积过半，高程980m以下水库库容减少量为4.651亿m3，其中汛限水位966m以下库容减少4.298亿m3，占总减少量的92.4%，数据表明：水库泥沙淤积主要集中在汛限水位以下。

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985975965955水位（m）94593592591590589588501234563库容（亿m）78910原始水位—库容曲线水位—库容曲线（2013年4月）累计库容损失(建库至2013年4月)

图3.2-1 万家寨水库库容及库容损失曲线

3.2.2 坝前水位变化

万家寨水库的实际运用方式与其初步设计阶段运用方式相比有所不同，实际运用方式为：汛期实行分期防洪限制水位，9月20日前库水位控制在966m以下，9月21日开始升高库水位，10月1日起库水位控制在974m。凌汛期的流凌封河期控制库水位在970m左右，稳封期库水位不超过975m，开河期控制库水位在970m左右。春季流凌结束后即可蓄到977m，4月底前蓄至980m。万家寨水库1999年～2012年坝前水位变化过程线见图3.2-2，由图可知，坝前最高蓄水位出现在2010年6月28日，为978.66m。

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980970960水位（m）95094093092099-1-100-1-101-1-102-1-103-1-104-1-105-1-106-1-107-1-108-1-109-1-110-1-111-1-112-1-1时间（年-月-日）

图3.2-2 万家寨水库1999 年～2012年坝前水位日变化过程线（8时水位）

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3.2.3 库区纵向淤积形态

图3.2-3为万家寨库区2012年～2013年干流淤积纵剖面图（深泓点，下同）。对比原始河底高程及设计的水库冲淤平衡河底高程，在距坝0km～14km，由于每年凌汛期的计划排沙及机组发电水流的携沙出库，形成坝前冲刷漏斗；距坝14km～57km河底高程接近设计冲淤平衡高程。

990980970960高程（m）9509409309209109008900102030405060距万家寨水库大坝（km）708090100原始河底深泓线淤积平衡后河底高程2012年4月河底深泓线2012年9月河底深泓线2013年4月河底深泓线

图3.2-3 万家寨水库干流淤积纵剖面形态图

3.2.4 库区横断面淤积形态

码头下距万家寨水库WD11号测验断面约0.4km，上距WD14测验断面约1.8km。万家寨水库建库后开始每年分别进行汛前汛后各一次淤积测验，套绘1999年～2013年WD11和WD14断面图（见图3.2-4～图3.2-5）可知，WD11断面位于水库坝前段，万家寨水库运用后该断面处河床呈现逐年平行淤积抬高的趋势，平均河底高程由1999年9月的917.3m抬高至2013年4月的954.31m，抬高近40m，其设计淤积平衡河底高程为954.60m，现状平均河底高程较设计淤积平衡高程低0.29m。WD14断面横断面调整

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情况基本与WD11断面相一致，2013年4月现状河底平均高程为953.54m，其设计淤积平衡河底高程为955.57m，现状平均河底高程较设计淤积平衡高程低2.03m。 WD1110401999.910201000高程（m）2000.62003.62006.42009.42013.42001.52004.62007.42011.42002.42005.52008.498096094092090001002012.4200300起点距（m）400500600

图3.2-4 万家寨水库WD11断面套绘图 WD1410401999.910201000高程（m）2000.62003.62006.42009.42013.42001.52004.62007.42011.42002.42005.52008.498096094092090001002002012.4300起点距（m）400500600

图3.2-5 万家寨水库WD14断面套绘图

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3.3 库区河道演变趋势分析

万家寨水库库区淤积主要取决于上游水沙特性、水库运行水位、水库水位变幅及水库形态等。目前水库淤积主要集中在汛限水位966m以下，纵向淤积基本属锥体淤积形态。整体而言水库已基本接近设计的冲淤平衡形态。横向淤积方面，码头下游0.4km处的WD11断面平均河底高程已接近设计淤积平衡河底高程。

河势变化方面，由于码头工程所处河段属山区峡谷型河道，河道弯曲，但码头处河段岸线较顺直。长期以来，由于该河段受两岸山体地形制约，河势的横向变化不大。从WD11淤积横断面套绘图也可以看出，工程河段为单一河槽，主流稳定，河槽横向无摆动现象。

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4 凌情分析

4.1 万家寨水库凌情概述

4.1.1 水库修建前河段凌情

万家寨水库投入运行前，距坝址86km以上河段，即左岸托克托县毛不拉以上，右岸准格尔旗小滩子黑圪劳湾以上河段，为稳定封冻河段。从1952年至万家寨水利枢纽建成运行前的46年时间内，仅有1981年、1988年、1989年三年头道拐以下出现未封河现象，其余年份全部封河。而黑圪劳湾以下至万家寨水利枢纽下游马栅河段河道比降大，水流速度大，一般冬季不封河，河道仅有岸冰和流冰花，整个冬季以淌凌为主，封冻期不产生冰塞。开河期大量凌块下泄至马栅河段，个别年份在马栅河段产生堆冰险情。万家寨水库修建前，头道拐至大坝前河道冰凌顺利下泄，封河期不产生冰塞阻水，开河期不产生冰坝险情，没有凌汛灾害发生。建库前河道冰情特征如下：

（1）流冰初、终日期。万家寨冬季一般不完全结冰，整个冬季都在流冰。在通常情况下，此段的流冰初、终时间应高于头道拐和河曲之间，据统计资料，万家寨的流冰初、终日期应在11月6日～12月1日之间，多年平均为11月17日；流冰的终止日期在3月21日～4月10日之间，多年平均在3月30日。

（2）流冰块与冰厚。据河曲站的观测资料，最大流冰块尺寸为200m×120m，以此值作为万家寨现状流冰块的估计值。1988年观测到万家寨最大岸冰厚1.30m。

（3）流冰总量的估算。头道拐站只有1964年有观测资料，1964年春，头道拐站的流冰总量为13.1×106m3，义门站的流冰总量为44.6×106m3，从头道拐到义门站，流冰量增加了31.5×106m3，假定其沿程变化是均匀的，

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万家寨总冰量占河曲站总冰量的80.4%，拐上断面的流水量占河曲总冰量的52.7%。河曲站有1978～1985年共8年流冰量观测资料，最大年流冰总量为90.7×106m3，那么万家寨断面的流冰总量约为72.9×106m3。 4.1.2 建库后河段凌情特点

万家寨水库1998年10月下闸蓄水运用以来，对头道拐以下河段防凌产生了不利影响，主要有以下几个特点：

（1）封冻河段增长

万家寨水利枢纽运行后，由于水库蓄水，水面比降仅有0.1‰，库区流速降低，原来不封河的黑圪劳湾至万家寨水库大坝河段全部封河，封冻河段增长86km，使内蒙古河段防凌战线加长，防凌任务加重。

（2）冰凌下泄受阻，冰塞冰坝险情频繁发生

万家寨库区及上游封冻河段根据成因可分为三段：窑沟火车站（距离大坝约52km）以下至大坝为平封段；曹家湾（距离大坝约68km）至窑沟火车站为立封段；曹家湾以上为平立封交叉段，主流处立封，其它为平封段。

封开河期间产生冰塞冰坝，万家寨水库下闸蓄水后，回水区流速减小，水面宽度变化不大的情况下，流凌密度急剧增加，产生严重的冰塞和冰坝。

（3）黄河水位壅高，沿河村庄受灾

万家寨库区封河时，静水面先封河，形成库面冰。开河时库内静水冰既坚硬又后开，对上游来冰有顶托作用。

库尾主要卡冰河段位于窑沟火车站至交通水泥厂（距离大坝约63km），该河段弯道多，河道窄，天然卡口多，尤其铁路大桥（距离大坝约57km）桥墩阻冰严重，无论是开河期还是封河流凌期，该河段形成冰塞、冰坝后，最高壅水高度均在7m左右，尽管水库留有足够蓄冰库容，但尚有来冰难以入库。由于万家寨水库特殊的地理位置及库尾特殊的地势条件，库尾凌汛灾害可能会时常发生。如在1998年～1999年，封河期由于上游河段冰流

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量大，致使库尾河段形成冰塞，冰塞壅水高度达5m～7m，开河期在三道塔村形成冰坝，壅水2m以上，最高水位达到了983.42m，接近984m的移民高程，冰坝上下游水位差6m，且持续时间长达7天，造成三道塔村河段3个村庄受淹，6000多人受灾，800亩农田冲毁，林地120亩被淹，沿黄公路部分上水，交通中断。

从实测凌情资料看，冰塞冰坝主要发生在窑沟火车站至交通水泥厂，其发生冰塞冰坝的回水影响一般不超过拐上。万家寨库区河道示意图见图4.1-1。 4.1.3 万家寨水库凌汛期运用方式

万家寨水库的防凌调度运用，主要根据内蒙古河段封开河情况，以水库库水位的控制调度为主。根据近几年万家寨水库的防凌运用经验，其凌汛期调度运用方式为：封河发展期按控制库水位不超过970m运行；稳定封河期按控制库水位972m左右运行；在头道拐小流量过程结束后，可按不超过975m控制运行；开河期按控制库水位不超过970m运行，若遇特殊凌情水库要随时降低水位。同时，万家寨水库泄流要平稳，河曲河段解冻前，下泄流量一般不超过1000m3/s。

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客运码头

图4.1-1 万家寨水库库区河道示意图

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4.2 万家寨水库运用对工程河段防凌影响分析

码头工程位于万家寨水库大坝上游约12.1km处。万家寨水库蓄水运用后，改变了库区河道的天然状态，码头位置处河段将由原来的不完全封冻变为年年封冻，但建库前后均未出现过冰塞、冰坝的情况，基本未出现凌汛灾害。码头修建后，占据了部分过水断面，使同水位下过流能力降低，可能使冰花及冰块在码头位置处堆积，壅高上游水位。本次参考万家寨库区河段上下游冰情，对万家寨库区河段因新建码头能否出现冰塞、冰坝进行估算。

4.2.1 冰塞壅水分析

从冰塞的形成时间来看，河段的冰塞一般形成于流凌封河期。流凌封河期，气温下降，河道内产生冰花和流凌，随着气温进一步降低，冰花密度加大，流凌速度减小，大量流凌向下游输送。此时，如果下游河道已经封冻，下游河段河道狭窄或者比降由缓变陡，大量冰花在水流作用下潜入冰盖下并在冰盖下堆积，从而形成冰塞。

影响冰塞形成和发展的因素很多，且相互关系非常复杂，主要有热力因素、水力因素及河道边界条件三个方面。热力因素是指气温和水温，气温越低，产冰量越大，充足的来冰量和体积大硬度高的冰块是产生封冻和冰塞的必要条件；水力因素是指流速和水深，流速的大小和水深的变化反映在河道输冰能力和冰盖下流冰的运动状态，是冰塞形成和演变的必要条件；河道边界条件是指比降、弯曲形态、河道特性等，反映在对冰塞体的拦截和阻力，在初封期对卡冰阻水起很大作用。

鉴于冰塞形成条件较为复杂，在进行冰塞壅水分析时，首先应初步判定工程河段冰塞形成的可能性及其影响范围。根据《凌汛计算规范》（SL428－2008），冰塞形成的动力条件可用冰盖前缘水流的临界佛汝德数Fr或临界流速判别。其表达式为：

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Fr?v0?gH0?12

式中，v0——冰盖前缘的断面平均流速，m/s； H0——冰盖前缘平均水深，m；

g——重力加速度，m/s2；

当冰盖前缘水流的佛汝德数Fr大于临界佛汝德数Frc时，或冰盖前缘水流流速v大于冰花下潜临界流速（也称第一临界流速）v01时，则冰花潜入冰盖底面；冰花潜入冰盖底面后，冰盖下由于阻力增大，流速减小，当其小于冰花堆积临界流速（也称第二临界流速）v02时，下潜冰花即发生堆积，冰塞开始形成并逐渐发展，造成上游水位壅高。当v?v01时，冰花不再下潜，而是沿冰盖前缘平铺上延。

根据不同的河段和冰花堆积的孔隙度分析，Fr在0.06～0.12之间变化。我国原水电部西北勘测设计研究院、北京勘测设计研究院根据黄河刘家峡至盐锅峡河段的观测资料分析，Frc=0.09。冰花下潜临界流速的计算，国内外有不少观测研究成果，而且其结果比较接近，变化在0.6～0.7m/s之间。

修建码头后使河道行洪面积减小而且改变水流方向，冰花遇阻挡后，有一部分在冰盖前沿下潜，可能会成为产生冰塞的地方。采用修建码头后的断面资料及库区实测断面资料，将封河流量分为400m3/s、600m3/s、800m3/s三个量级，水库起调水位分别为960m、965m、970m，经计算码头断面处佛汝德数Fr在0.02～0.07之间，冰花不能潜入冰盖下形成冰塞。 4.2.2 冰坝壅水分析

开河期，上游河段形成的流冰在下游河道内受阻，冰块上爬下插或挤压堆积形成阻水冰堆体，严重阻塞过水断面，使上游水位显著壅高，形成冰坝。从冰坝的形成地点上来看，冰坝多发生在河流急弯、狭窄段、水库回水末段、河流汇合处以及冬季冰塞河段等地方。冰坝溃决后以更多的冰

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量和水量向下游迅速推进，如果在下游又遇到坚固的冰盖或者弯道、狭窄、浅滩河段，会再次形成新的冰坝再次壅水。

一般情况下，冰坝在形成过程中，坝体一边在加长增厚，内部又在不断的消融，往往不等冰坝发展到稳定成熟期便溃决，所以，冰坝很不容易形成稳定的坝体。根据《凌汛计算规范》，冰坝形成的水力条件可用冰块下潜临界流速判别，冰块下潜临界流速与冰块尺寸有关，由于其尺寸、强度都较冰花为大，所以其下潜临界流速应比冰花的为大。据黄河流域冰坝统计，冰块下潜流速为0.68～1.31m/s。由于新建码头位置距坝址较近，稳定封冻后流速很小，不具备形成冰坝的动力条件。

开河期库区主要卡冰结坝河段位于坝上53km～63km的牛龙湾河段，该河段弯道多，河道断面宽度、河床比降变化大，加上浑河入口及铁路桥，冰凌在此下泄不畅，易卡冰结坝。当冰坝溃决后，堆冰体会推移至下游继续堆积。从近年观测资料来看，由于码头所在位置距坝较近，开河冰坝溃决下移未运行至码头所在河段即完全消除。同时，万家寨水库开河期控制水位不超过970m运行，970m～980m之间有2.4亿m3的库容拦冰。因此，库尾河段的冰坝一般影响不到码头所在位置。

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5 防洪评价计算

5.1 水文分析计算

5.1.1 暴雨洪水特性

（1）暴雨特性

黄河万家寨水库坝址以上黄河上游的降雨主要集中在7月～8月中旬和9月这两个时段。黄河上游汛期降水多以强连阴雨形式出现，特点是强度小、历时长和面积广。如1981年黄河上游大水，造成兰州站产生实测48年来的最大洪水，洪峰流量达7090m3/s。黄河中游暴雨是降雨强度大、历时短、笼罩面积较小的区域性暴雨。如1933年8月6日的暴雨及1977年8月1日乌审旗大暴雨。这类暴雨可造成地区性大洪水。万家寨地区常发生局部性暴雨。这种暴雨的特点是强度大，笼罩面积小，降雨历时短，可造成某一支流或某一地段特大洪水。如1969年8月1日大暴雨，造成黄河万家寨河段洪峰流量达11400m3/s（调查值）的历史最大流量。

（2）洪水特性

万家寨坝址洪水的来源一是头道拐以上的黄河干流洪水，另一是头道拐（河口镇）至坝址8847km2的区间洪水（不计大黑河）。黄河兰州以上洪水到万家寨流程很长，一般洪水要历时12天左右，峰型肥胖，龙羊峡、刘家峡建库以来下泄流量基本受到控制。兰州站以下到头道拐站区间，黄河支流很少，穿行于腾格里与毛乌素沙漠之间，多为大面积干旱沙地和大面积灌区，是黄河径流支出区。同时，黄河内蒙古河段堤防设计标准为5620 m3/s～5900m3/s，远小于万家寨水库的泄洪能力，因此，单一黄河上游来水对万家寨枢纽不形成威胁。

头道拐至坝址区间面积8847km2，该地区局部暴雨强度大。距坝址13.8km的支流杨家川，流域面积仅1038km2，1969年8月1日产生10000m3/s

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以上的洪峰流量。区间最大的支流红河，流域面积5461km2，同一天发生5830m3/s的大洪水。区间洪水汇流时间很短，降雨径流预报的预见期，暴雨中心偏区间上游时最多5小时，暴雨中心在杨家川时预见期仅1小时。

头道拐以上黄河干流洪水多发生在9月或10月，头道拐至万家寨区间洪水发生在7月或8月，干流洪水与区间洪水发生时间不重合，单一黄河上游来水对万家寨枢纽不形成威胁，因此，万家寨水库防洪以防区间洪水为重点。

万家寨下游有龙口、天桥两座水库。龙口水库位于万家寨下游25.6km，天桥水库位于龙口水库下游70km。黄河万家寨水利枢纽有限公司负责万家寨、龙口两座水库的调度运行管理，山西省天桥水力发电厂负责天桥水库的调度运行管理。

汛期，遭遇大暴雨洪水时，万家寨同龙口水库实施联合调度，万家寨、龙口同天桥水库进行配合调度。万家寨、龙口水库联合调度泄洪影响涉及山西省偏关县、山西省河曲县、内蒙古自治区准格尔旗、天桥水库及其库尾以上陕西省府谷县。 5.1.2 万家寨水库设计洪水

万家寨水利枢纽属于Ⅰ等大（1）型工程，经审定设计标准为：枢纽挡水建筑物按千年一遇洪水设计、万年一遇洪水校核。

万家寨水库设计洪水采用河—万区间洪水与坝址洪水同频率，河口镇相应的组合洪水。用下式计算设计洪水。

Q设= Q河+ Q区间

Q设——万家寨坝址某频率设计洪水流量； Q河——河口镇相应洪水流量，且Q河≤6000m3/s； Q区间——河—万区间与Q设同频率洪水流量。

不同频率洪水计算成果见下表5.1-1。

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表5.1-1 万家寨水利枢纽不同频率洪水计算成果表

项 目 均值 Qm（m3/s） 3900 统 计 参 数 Cv 0.58 Cs/Cv 3 0.01 21200 不同频率p（%）洪水峰值 0.1 16500 1 11700 10 6900 2002年3月，水利部水利水电规划设计总院主持对黄河万家寨水利枢纽工程大坝进行了安全鉴定，水利部天津水利水电规划设计研究院对设计洪水进行了复核，复核意见如下：

（1）由于《水利水电工程等级划分及洪水标准》的变更，万家寨水利枢纽洪水设计标准高于现行标准，对工程而言是偏于安全的；

（2）设计时所采用的重现期有偏小的可能，使设计洪峰偏大。但对工程而言偏于安全。

（3）设计洪水复核成果与初设相比，时段洪量值偏小4%左右，洪峰值偏小5%左右，故采用初设成果对于工程而言是偏于安全的。 5.1.3 码头工程设计洪水

码头工程位于万家寨水库大坝上游约12.1km处，其间无支流汇出或汇入。因此码头设计洪水可采用万家寨水库设计洪水成果，万年一遇的设计洪水洪峰流量为21200 m3/s。本次补充计算码头十年一遇非汛期设计洪水洪峰流量为2560m3/s。 5.1.4 码头工程设计洪水位 5.1.4.1 现状库区水面线

（1）计算方法

水面线的计算采用能量守恒方程，其公式为：

Z1??1V122g?Z2??2V222g?Q2??LK2V22?V12??() （5.1-1）

2g式中：Z－断面水位（m）；

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V－断面平均流速（m/s）； a1、a2－系数（取a1＝a2＝1.0）； g－重力加速度（m/s2）； Q－河段平均流量（m3/s）； ΔL－断面间距（m）；

K—河段上、下游断面流量模数平均值，即K?C?R?A

A－上、下游断面面积的平均值（m2）；

R—上、下游断面的水力半径平均值（m）；

C—谢才系数，即C?R1/6/n

n—河段综合糙率； ξ—局部水头损失系数；

下标1和2分别表示上、下游断面。

按上式由坝前水位向上游逐段推算，可推求出各断面的洪水位。 （2）计算条件 1）河道断面资料

本次水面线计算从WD00断面推算到WD32断面，共18个断面，码头位于WD11断面上游0.4km处，长133m，980m以下高程占用河道宽度约70m，占用河道面积比例约为7%。码头布置在左岸，码头断面水力因子见表5.1-2，码头断面见图5.1-1。

表5.1-2 码头断面水力因子表

高程 （m） 现状（无码头） 面积A（m2） 水面宽B（m） 流速v（m/s） 水深h（m） 面积A（m2） 9057.44 现状（有码头） 水面宽B（m） 382.9 流速v（m/s） 2.34 水深h（m） 23.65 980 9778.59 451.29 2.17 21.67 3注：流速为校核洪水21200m/s下的流速。 - 39 -

103010201010高程（m）1000码头断面990码头布置9809709609500100200300起点距（m）400500600

图5.1-1 码头横断面图（2013年11月）

2）河段糙率

参考已建水库坝前段糙率资料和实测资料，本工程综合选取糙率0.015。

（3）水面线计算成果

根据以上计算方法和计算条件，分别推算出无码头、有码头校核洪水水面线和最高蓄水位水面线。其中，校核水位、最高蓄水位水面线推算时，起始水位分别为979.1m、980m。万家寨水库不同设计水位的水面线成果见表5.1-3和图5.1-2。

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表5.1-3 万家寨水库设计水面线计算成果表

设计水位水面线（m） 序号 断面号 校核水位 最高蓄水位 备注 （m） （m） 无码头 有码头 无码头 有码头 1 WD00 17 916.42 979.10 979.10 980.00 980.00 2 WD00+50 67 920.00 979.10 979.10 980.00 980.00 3 WD00+205 222 924.16 979.10 979.10 980.00 980.00 4 WD01 690 932.33 979.10 979.10 980.00 980.00 5 WD02 1763 940.13 979.11 979.11 980.00 980.00 6 WD04 3932 948.91 979.12 979.12 980.01 980.01 7 WD06 6580 951.66 979.16 979.16 980.01 980.01 8 WD08 9140 949.69 979.20 979.20 980.01 980.01 9 WD11 11704 952.27 979.26 979.26 980.01 980.01 10 WD11-14 12104 952.27 979.27 979.27 980.01 980.01 码头 11 WD14 13991 950.34 979.31 979.31 980.01 980.01 12 WD17 17091 949.60 979.38 979.38 980.01 980.01 13 WD20 20093 954.93 979.50 979.50 980.01 980.01 14 WD23 22449 955.23 979.62 979.62 980.01 980.01 15 WD26 25312 957.39 979.75 979.75 980.01 980.01 16 WD28 27272 957.06 979.86 979.86 980.01 980.02 17 WD30 28910 955.04 979.97 979.97 980.02 980.02 18 WD32 30505 958.69 980.07 980.07 980.02 980.02 注：校核水位对应的流量是21200m3/s，最高蓄水位对应的非汛期十年一遇洪峰流量是2560m3/s。 距坝里程 现状河底 - 41 -

990980970高程（m）96095094093092091005101520距坝里程（km）校核水位（无码头）校核水位（有码头）最高蓄水位（无码头）最高蓄水位（有码头）码头位置现状河底高程253035

图5.1-2 万家寨水库现状水面线图

5.1.4.2 库区淤积平衡后水面线

（1）水库淤积平衡纵剖面 水库淤积平衡纵剖面见图5.1-3。

990970河底高程（m）95093091089001020304050607080

淤积平衡河底高程原始河底高程距坝里程（km）图5.1-3 万家寨水库淤积平衡纵断面图

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（2）水库淤积平衡横断面

根据万家寨水库淤积平衡形态下各断面的河底高程，如表5.1-4所示，对现状河底进行断面概化。

表5.1-4 万家寨水库水面线计算各断面淤积平衡形态

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 断面号 WD00 WD00+50 WD00+205 WD01 WD02 WD04 WD06 WD08 WD11 WD11~14 WD14 WD17 WD20 WD23 WD26 WD28 WD30 WD32 距坝里程 （m） 17 67 222 690 1763 3932 6580 9140 11704 12104 13991 17091 20093 22449 25312 27272 28910 30505 河底高程 （m） 951.50 951.50 951.50 951.50 951.50 951.92 952.88 953.78 954.60 954.77 955.57 956.75 958.31 959.94 961.17 961.83 962.38 962.72 （3）水面线计算成果

采用能量守恒方程推算无码头和有码头情况下校核水位和最高蓄水位水面线，起始水位为校核水位979.1m、最高蓄水位980m，万家寨水库淤积平衡后的水面线成果见表5.1-5和图5.1-4。

表5.1-5 万家寨水库淤积平衡后水面线成果表

序号 1 2 断面号 WD00 WD00+50 距坝里程 淤积平衡河底 （m） 17 67 （m） 951.50 951.50 淤积平衡后水面线（m） 校核水位 979.10 979.10 979.10 979.10 最高蓄水位 980.00 980.00 980.00 980.00 备注 无码头 有码头 无码头 有码头 - 43 -

3 4 5 6 7 8 9 10 10 11 12 13 14 15 16 17 985980975WD00+205 WD01 WD02 WD04 WD06 WD08 WD11 WD11-14 WD14 WD17 WD20 WD23 WD26 WD28 WD30 WD32 222 690 1763 3932 6580 9140 11704 12104 13991 17091 20093 22449 25312 27272 28910 30505 951.50 951.50 951.50 951.92 952.88 953.78 954.60 954.77 955.57 956.75 958.31 959.94 961.17 961.83 962.38 962.72 979.10 979.11 979.12 979.15 979.18 979.23 979.30 979.30 979.35 979.45 979.61 979.75 979.93 980.09 980.22 980.34 979.10 979.11 979.12 979.15 979.18 979.23 979.30 979.30 979.35 979.45 979.61 979.75 979.93 980.08 980.22 980.34 980.00 980.00 980.00 980.01 980.01 980.01 980.01 980.01 980.01 980.01 980.01 980.01 980.02 980.02 980.02 980.03 980.00 980.00 980.00 980.01 980.01 980.01 980.01 980.01 980.01 980.01 980.01 980.02 980.02 980.02 980.03 980.03 码头 高程（m）970965960955950945051015距坝里程（km）2025校核水位（无码头）校核水位（有码头）最高蓄水位（无码头）最高蓄水位（有码头）码头位置淤积平衡河底高程3035

图5.1-4 万家寨水库淤积平衡设计水面线图

5.1.4.3 码头工程设计高水位

根据万家寨水库淤积平衡后校核洪水位和最高蓄水位下库区水面线推算成果（见表5.1-5），得出码头设计高水位应为980.01m。

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5.2 壅水计算

（1）壅水高度

码头修建后，占据了部分行洪断面，使同水位下过水面积减小，造成工程区及上游一定范围内水位壅高。万家寨水库达到设计淤积平衡状态后校核洪水位以及最高蓄水位条件下修建码头前后水面线成果见表5.1-2、表5.1-5。可见，校核洪水位及最高蓄水位条件修建码头后工程区的壅水可以忽略不计。

（2）波浪高度

根据《河港工程总体设计规范》（JTJ212-2006），波浪较大的库区的港口，码头前沿设计高程可适当提高。

参照《混凝土重力坝设计规范》（SDJ21-78）附录二中的公式进行波浪高度计算，公式如下：

h?0.0166VD （5.2-1）

式（5.2-1）中：h——浪高，m；

5413V——计算风速，m/s，根据偏关县气象资料统计，最大风速为17m/s，风向南、西南。

D——风区长度，0.6km。 计算得到波浪高度为0.50m。

5.3 冲刷计算

码头建成后，由于码头平台对河道水流的阻碍作用，码头平台周围的水流在床面附近形成淘刷漩涡，引起河床的一般冲刷和局部冲刷，冲刷深度与过流条件、河道断面、河床土壤特性、码头平台阻水几何形状等因素有关。码头墩台之下河床的冲刷计算，是确定码头墩台基础埋深的重要因素。

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