齊泰公路嫩江大橋水文計算介紹

曹 晶

(黑龍江省公路勘察設計院)

1 基礎條件 概述

嫩江是松花江的北源，發源于大興安嶺伊勒呼里山中段南側，源頭稱南翁河(又稱南北河)。河源海拔1 030 m。先后流經嫩江、莫力達瓦、訥河、富裕、甘南、齊齊哈爾、龍江、泰來、杜爾伯特、大安、肇原等市、縣、旗，于吉林省扶余縣三岔河匯入松花江。河道全長1 370 km。流域集水面積29.7萬km2，地跨內蒙古、黑龍江、吉林省(自治區)。流域內山區面積占32%，丘陵區占52%，平原區占16%。齊泰公路嫩江特大橋位于嫩江下游，地處松嫩平原西南部，地形平坦、開闊，海拔140～150 m。

嫩江河段屬于平原區蜿蜒性河段，從舊鐵路橋上游約3.5 km至下游約1 km處計4.5 km的河段較為順直。鐵路橋上游約8～13 km處有喇叭灣大彎道，已經裁彎取直。鐵路橋上游約2～3 km處的右岸老山后是高達20 m左右的陡峭的土岸，由于受到水流的沖刷，致使其逐年后退。

嫩江大橋橋位處江段屬平原區寬灘性江段，洪水比降小(約為0.03～0.1%)，主河槽寬度 700 ～800 m 左右，滿槽泄洪量約2 000 m3/s，大洪水時主要靠灘地行洪，泛濫寬度達10 km，江岸線很不穩定。

嫩江流域逕流主要受降雨支配，其年內變化:從4月份開始，積雪融化，水量漸增，形成春汛，5月份水位開始回落;6月份以后受降雨影響，水量開始增加。降雨較集中的6月至8月間(占全年降雨量的73.6%)，是洪汛多發季節。月份降水一般以7月份居多，9月份以后水量漸減，11月至翌年4月為封凍期，河道逕流量減至最少。

嫩江江橋水文站有建國以來近50年的觀測資料，還有自1905年至建國前約50年的流量資料。因橋位距該站僅幾百米，其觀測資料可直接做為大橋設計流量和水位的依據，該站水位變化幅度較平穩，一年內水位變幅約3～6 m。1998年8月14日出現的有記載以來最大的洪水最高水位為141.60 m。

橋址上游約900 m處平齊鐵路原建有跨江大橋，該橋全長870 m，1998年被歷史特大洪水沖毀后，于2002年在其下游100 m處重建大橋，由一座主橋和一座溢洪橋組成，主橋長960 m。溢洪橋長520 m。

據現場調查和有關防洪部門的介紹，從鐵路橋上游至喇嘛灣約10 km范圍內無重要防洪堤。

2 水文孔徑計算要點

設計洪水頻率標準為嫩江主橋、灘橋按300年一遇;引道路堤按100年一遇;通航水位為20年一遇;施工水位為10年一遇;防護工程(國堤)為20年一遇

對于平原寬灘的河道，應采取“宜疏不宜堵”的原則。上游鐵路橋是采用一河兩橋的橋孔布設方案，嫩江公路大橋也分為嫩江主橋和嫩江灘橋兩個部分來計算。

本次計算的主要過程是設計洪水流量與水位的確定;河槽和河灘糙率的確定;分別確定主橋、灘橋的橋孔長度;橋前壅水高度及回水長度計算;沖刷計算;水文計算成果表的編制。

3 設計洪水流量與水位的計算

設計洪水流量根據江橋水文站的百年流量資料，利用皮爾遜III曲線計算出300年一遇的設計洪水流量。江橋水文站水文資料和軟件結果見表1。

表1 江橋水文站資料、計算結果對比表

設計水位用兩種方法計算:

第一種方法:以江橋水文站的設計洪水流量及對應水位等水力資料是作為參考依據，繪制H～Q關系曲線上查詢各頻率下流量所對應的水位值。橋位處的設計水位偏安全的取水文站處的水位。

表2 設計水位成果表

第二種計算設計水位的方法:分別利用《橋位設計軟件》按照一河兩橋分別進行計算出設計水位，計算結果一致。

4 其它各種特征水位的確定

最高/最低通航水位為140.71/133.41 m。其中最高通航水位為20年一遇的水位。

最高/最低流冰水位是橋墩內力計算和結構設計所必須的基礎資料。由江橋水文站歷年的最高/最低流冰水位，由經驗頻率曲線外延求得各頻率最高/最低流冰水位，然后，由此水位推算到橋址處得到的最高/最低流冰為136.39/132.29 m。

建議施工水位為10年一遇的水位。

5 橋孔長度計算

嫩江主橋，第一種方法:按式Lj=Kq(QP/QC)n3Bc計算，經計算Lj=1 082 m。第二種方法:按Lj=QP/βqC計算，經計算Lj=1 000 m。擬定嫩江主橋孔徑布置為15×30+45+4×64+45+19×30=1 366 m，上游鐵路橋為966 m，所以1 082、1 000加上墩寬基本上符合主橋長度。

嫩江灘橋，第一種方法計算Lj=496 m，第二種方法計算Lj=472 m。擬定嫩江主橋孔徑布置為17×30=510 m，本次計算結果加上墩寬基本上符合主橋長度。

6 壅水計算

按式Ly=2△Z/IC計算壅水曲線長度，經計算Ly=4 182m。

根據計算出的主橋、灘橋的設計水位和壅水高度，確定了初步選定的主橋、灘橋的臨界樁號K71+000是正確的。并且在《橋位設計系統》中，主橋與灘橋的河床流量比為:19 514∶4 884=8∶2，與河工試驗的流量比例非常接近，進一步的說明計算是正確的。

7 沖刷計算

表3 沖刷計算成果表

8 橋高及河灘路堤高度的確定

主河橋通航孔以20年一遇水位以上凈10 m控制梁底最低高程，即 140.71+10.0=150.71 m;

主橋邊孔及灘橋以300年一遇水位控制，并考慮0.5 m安全高、0.5 m的浪高及橋前壅水值的一半，即141.5+0.5+0.5+0.23/2=142.62 m;

河灘路堤以100年一遇水位控制，并考慮0.5m安全高、100年一遇壅水值及0.5m 的浪高，即141.31+1+0.19=142.5m;

防護工程-國堤以20年一遇水位控制，并考慮20年一遇壅水值，即 140.71+0.1=140.81 m。

9 計算成果匯總

現將水文及孔徑水力計算成果列于表4。

表4 嫩江大橋水文計算成果表