输气管道防洪安全分析范文

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《甘肃水利水电技术杂志》2015年第六期

1防洪标准

（1）河道现有防洪标准管道穿越河段位于兰州市西固区，下游8km处河道两岸属于兰州市区，人口稠密、企事业单位较多，是甘肃省政治经济文化中心，根据GB50201-94《防洪标准》和GBT50805-2012《城市防洪工程设计规范》，城市该河段设计防洪标准为100年一遇。（2）输气管道穿越黄河防洪标准涩宁兰输气管道复线工程八盘峡黄河穿越处河道宽230m，工程等级为水域穿越大型工程。根据GB50423-2013《油气输送管道穿越工程设计规范》，确定该穿越断面设计防洪标准为100年一遇。根据以上防洪标准，该穿越工程穿越八盘峡黄河断面的洪水设防标准按照100年一遇洪水进行防洪安全性评估。

2自然地理概况

涩宁兰复线八盘峡穿越段，位于黄河八盘峡水电站下游3km，兰州市西固区河口镇八盘村北，左岸属于河口镇八盘村，右岸属新城镇上庄村，穿越断面左岸为G109国道北连兰（州）-西（宁）高速公路，南接乡村公路可直达穿越断面；右岸有兰（州）-青（海）铁路通过，并有乡村公路可达穿越断面。总体上交通较为方便。八盘峡位于兰州市西固区，距兰州市52km，八盘峡水电站是黄河干流上地水头、径流式电站。

2.1地形地貌从八盘峡坝后至八盘村段的峡谷段，总体为不规则“U”形峡谷，左岸河边一般有高出河水面8～12m的陡坎，坎上平台为侵蚀堆积Ⅱ级阶地，宽度10～120m不等，台面较平整，台面被改造为耕地或为村庄住户及公路，并有八盘峡电站进厂公路通过，阶地后缘至上部为基岩陡坡，岸坡坡度50°～75°，坡顶为Ⅴ～Ⅵ级阶地及广泛堆积的黄土和夹于阶地顶面之间的砂卵砾石层，形成丘陵状地貌，高出河床100m左右；右岸临河一带除八盘峡附近有残留Ⅱ级侵蚀堆积阶地外，其他坡段基本无残留阶地，多为陡缓不等、冲沟发育的岸坡，岸坡坡度20°～65°不等，相对坡高大于200m，在高出河面18～22m间有铁路通过，并已运行40余年。该段黄河总体河道相对顺直，河床相对较窄，无漫滩、心滩，两岸山体雄厚，岸坡陡缓不均，左岸为台坎状岸坡，主要有八盘村及八盘峡电厂住地。右岸不平整沟谷相间发育，岸坡及坡顶植被稀少。八盘峡管道穿越段地形地貌见图1。

2.2水文兰州水文站位于黄河八盘峡穿越断面下游45km处，根据兰州站1969-2011年实测资料统计，兰州水文站多年平均径流量302亿m3，最大径流量508亿m3，最小径流量204亿m3。兰州水文站年径流受补给条件的影响四季分明，冬季（12-2月份）干旱少雨，径流靠地下水补给，最小流量出现在（1-2月份），这时期为枯季径流；春季（3-5月份）以后气温明显升高，流域积雪融化，和融冰形成春汛，流量显著增大；夏季、秋季是流域降雨较多的季节，也是河流发生洪水的时期。随着黄河上游梯级水库的兴建，特别是龙羊峡水库的调节，使径流年内发生变化趋于均匀。枯水期12月-2月径流量占年径流量的比例由天然情况下的8.1%增加到14.4%，汛期7-10月由天然情况下的55.8%降至47.6%。

2.3泥沙管道穿越段以上的泥沙主要来源于刘家峡水库下泄沙量和刘家峡水库至工程断面区间产沙。刘家峡电站自1969年投入运用以来，黄河干流及支流大夏河的来沙被刘家峡水库拦蓄，而支流洮河库容已经淤满，洮河入库泥沙几乎全部出库。刘家峡下游盐锅峡及八盘峡水库已经淤积平衡，对悬移质泥沙的拦截作用不大。根据兰州站1969-2011年实测资料统计，兰州站实测日均含沙量在1～10kg/m3之间，多年平均输沙量为0.389亿t，汛期7-10月输沙量0.308亿t，占全年的79%。由于刘家峡水库进行洮河异重流排沙及区间湟水河来沙，7-8月常出现量级不等的连续沙峰，可延续8～17d。由于八盘峡下游约8km处修建河口水电站，河口水电站至八盘峡坝址为河口水电站库区，水库蓄水使得水位抬升，流速减缓，含沙量减小。

2.4气象涩宁兰复线工程八盘峡黄河穿越河段附近区域属冷温带半干旱区，气候干燥，降水量少，增发强烈，温差大，日照时间长，无霜期短，多风等气候特征。根据兰州气象站实测资料统计，多年平均气温9.5℃，最冷为1月份，平均气温为-6.4℃，7月份平均气温最高，为22.3℃，极端最高气温为39.8℃，极端最低气温为-21.7℃。多年平均年降水量为320.2mm，多年平均蒸发量1448.7mm，无霜期168d，最大风速27.6m/s，风向多为SE、ESE，最大冻士深度103cm。

2.5水利工程及其他设施黄河上游干流峡谷众多，水流喘急，落差集中，水量充沛稳定，水能资源丰富，开发条件优越，已建水电站效益巨大，是闻名全国水利开发黄金地段。在距穿越工程上游3km处为八盘峡水电站，下游5km处为河口水电站。根据《黄河水利开发利用规划》和《中国水力发电工程-规划经济卷》，八盘峡水电站至河口水电站区间无水电站及其他大型水利工程规划项目。

3河道演变分析

3.1河道历史演变概况黄河兰州段位于积石峡和黑山峡的中心地带，在新生代以前的燕山运动地壳褶皱中形成，其地质构造属于第四纪中更新世。宏观纵览，在现代地貌格局形成后，黄河上游峡谷河床的深层构造较为稳定。八盘峡穿越河段经考证和查阅历史特大洪水文献资料，由于受山体地质条件的限制，历史上遭遇特大洪水前后，河道没有发生过改道和变迁情况，主河道相对稳定。

3.2河道近期演变分析由于穿越断面所在河段无实测逐年大断面资料。因此，河段的近期演变可根据纵向、横向稳定系数进行分析计算。根据黄河穿越断面所在河段的实际情况，平摊流量取用6500m3/s，水面宽240m、平均水深5.36m、比降0.23%、河床粒径30mm。将以上数据代入《桥渡水文》推荐的河道纵向、横向稳定系数计算公式中。由纵横向稳定系数可以看出，穿越断面为纵横向均为峡谷河段，综合评价该河段为峡谷稳定河段。这种河段断面相对规整、水流集中、河岸稳定、较长时段内岸边不易垮塌。

3.3河床演变趋势分析涩宁兰复线八盘峡穿越河段为“U”形河道，岸高约16.0m。河道下游为河口电站，河道比降变缓，水流流速减小，穿越断面处在一定时段内会发生泥沙缓慢淤积的情况，但在较长时间内将基本处在冲淤平衡状态。河流在平面、横向、纵向都逐渐演变为比较稳定的状态，主流不易摆动，河势稳定。

4水利分析计算

4.1设计洪水计算根据2014年龙、刘水库联合防洪调度方案（表1）。穿越断面处洪峰流量采用和八盘峡水库出库一致的流量，即百年一遇洪峰流量6500m3/s。

4.2最大冲刷深度计算对河床冲刷后的最大水深，参照TBl0017-99《铁路工程水文勘测设计规范》及JTGC30-2002《公路工程水文勘测设计规范》计算。（1）采用（铁路规范）计算一般冲刷的基本参数及计算结果。

4.3断面冲刷深度与管顶埋深的关系穿越断面冲刷深度采用现状洪水位减去一般冲刷水深得最低冲刷高程线，河床冲刷最低高程为1546.36m，相应的管道顶面高程为1525.66m，管顶在最低冲刷线下19.7m处（图2）。从图中可以看出，冲刷后管道埋深最小的是左岸河底，最小埋深11.4m。满足定向钻管道最小埋深6.0m的要求。

5防洪安全评价

经以上分析计算，对涩宁兰输气管道穿越黄河八盘峡河段的防洪安全做出评价：（1）洪水对管道工程的安全影响评价黄河八盘峡穿越断面百年一遇洪水的洪峰流量为6500m3/s，经计算冲刷后最大水深为10.84m，最低冲止高程为1546.36m，最低冲刷点下1525.66m为穿越管道管顶高程，管道在最低冲刷线下19.70m。管道最小埋深在左岸河底，最小埋深11.4m，满足最小埋深6.0m要求。另外，穿越断面处于河口电站库区，由于水库壅水，水流流速减小，库区处于淤积状态，因此，洪水对工程安全没有影响。（2）现状管道埋深安全评价现状管道埋深位于河道最大冲刷深度以下19.70m，最小埋深11.4m，位于左岸，满足最小埋深6.0m要求，管道埋深满足安全要求。（3）水工保护措施安全评价根据SY6793-2010《油气输送管道线路工程水工保护设计规范》规定：冲刷防护设计应根据河流特性、水流性质、河道地貌、地质等因素，结合防护位置，选用适宜的护岸、护底、护脚、稳管和地表排水防护工程。（4）综合评价管道穿越断面所在河段的纵横向稳定性较好，受下游河口电站水库的控制，河道不易冲刷变形；现状管道埋深位于河道最大冲刷深度以下19.70m，管道不会产生漂浮移位现象，管道埋设深度达到规范规定的埋设深度要求，安全性很好。

作者：汪鹏飞 单位：中国石油 西部管道分公司