淺談跨河橋梁防洪評價

梁雪霞

龍門縣水利水電勘測設計室，廣東 惠州 516800

0 引言

某渡假區項目工程擬建的橋梁橫跨油田河，橋上部構造為3m×20m預制預應力空心板，下部4組橋墩為蓋梁接樁柱式基礎，中間2組橋墩落于油田河主河槽內，邊墩位于油田河左右岸灘地上，右岸橋梁梁底高程為32.411m，左岸橋梁梁底高程為32.475m，橋臺為輕型薄壁橋臺接樁基礎，橋墩直徑1m。所跨河道無通航要求。跨河橋梁占用河道的部分行洪過流面積，對水道的行洪態勢可能造成一定程度的影響，因此對該橋梁進行防洪評價分析。

1 水文分析計算

根據業主提供資料，渡假區按五星級建設標準設計，結合業主要求，本項目防洪標準取城市防洪設計標準50年一遇（P=2%）洪水標準。

橋梁所跨的油田河是增江二級支流，長27km，河床比降3.39‰，集雨面積113.1km2。

洪水計算采用綜合單位線法與推理公式法進行計算作分析比較，兩種方法計算的設計洪峰流量相差不超過20%。經比較分析后，采用綜合單位線法計算成果，項目區50年一遇洪峰流量為881m3/s。

2 壅水分析計算

2.1 一維網河數學模型

一維網河數學模型的基本方程采用圣維南方程組求解，其控制方程為：

式中：Q為流量；Z為水位；R為水力半徑；u為流速；ql為旁側入流；n為糙率系數，可用謝才公式計算；BT為包括主河道泄流寬度和僅起調蓄作用的附加寬度；B為過流河寬；A為過水面積；g為重力加速度；x、t為空間和時間坐標。

網河節點還應滿足下列流量連接條件和動力連接條件：

流量連接條件即進出每一節點的流量與該節點內的實際水量的增減率相平衡：

式中，Q為節點過流量；i為表示匯集于同一節點的各河道斷面的編號；w為節點蓄量。

若節點為無蓄量的幾何點，則w=0。因此：

動力連接條件取為：

式中，k為節點分支，Z為各分支斷面處的水位。

方程（3.1）～（3.4）構成一維河網數值計算的數學模型。模型采用較為成熟、工程應用較多的一維河網三級解法求解。用Preissmann四點加權差分格式離散圣維南方程組,該求解方法穩定性好，求解速度快，能適應單一河道及復雜河網的水面線計算。

一維模型的研究范圍為：上邊界取自南昆水梅州水庫下游、油田河本項目擬建跨河橋上游約300m處，下邊界取至永漢河永漢舊橋。網河概化后，共計4條河段，2個節點，47個計算斷面，模擬河道長度約8km，斷面平均間距約174m。工程附近河道斷面測量數據略。

2.2 一維模型參數選取

由于計算河段缺乏實測水文資料進行模型率定驗證，參照本河段以往計算成果，各斷面的糙率大致在0.032左右。

2.3 壅水計算結果及分析

應用上文的計算方法和邊界條件，選取橋附近油田河9個測量斷面，進行50年一遇工程前、后兩種工況的壅水影響計算，統計工程興建前、后所在河段各斷面的水位、流速及其變化值（工程后減工程前）。計算結果見表1。

表1 油田河建橋前、后行洪影響計算結果

由表1可見，在50年一遇設計洪水條件下，工程按照設計方案建成后，橋下游斷面4河道左岸灘地進行了填方，斷面5和6處為橋所在斷面，這些斷面的過流面積均較工程前有所減小，導致上游水位有所壅高，上游流速相應略有降低；橋所在斷面則因為受過流面積減小較多、局部阻力增大的共同影響，表現為水位有所降低、流速有所增大；對于橋下游河段，河道地形不變，上游來流量不變，故其水位及流速均不變。

當P=2%時，工程上游水位壅高最大約0.14m，流速最大降低約0.11m/s，發生在橋上游附近，隨著斷面與橋距離的增加，水位壅高值逐漸減小，橋斷面水位最大降幅約0.06m，流速最大增幅約1.01m/s。

從上述模型計算比較分析可見，在興建工程后，在50年一遇洪水條件下，擬建工程造成的河道行洪水位和流速的改變均較大，需采取適當的防治及補救措施。建議加大橋跨，跨河橋梁設計跨度不得小于70m。

3 防治及補救措施

為驗證上述建議，從而進行加大橋跨至70m情況下工程后一維水流計算，計算結果與工程前進行比較，分析該建議的效果。計算結果見表2。

表2 采取加大橋跨措施后工程前、后行洪影響計算結果

從表2可得，跨河橋橋跨增加至70m后，橋梁上游斷面7最大壅水為0.07m，對比橋梁下游斷面4因河道左岸填方引起的壅水為0.07m，可知此時跨河橋的建設基本不產生壅水，該措施能有效減少橋梁工程建設對油田河行洪的不利影響。

4 結論

針對該度假項目工程跨河橋梁興建后對油田河的行洪影響進行了計算、分析和評價，主要結論如下：

1）工程對河道行洪安全影響方面：在按照現狀設計方案并且不采取防治及補救措施的情況下，跨河橋的興建對油田河的行洪安全會產生一定的不利影響；而當采取增大橋跨至70m的措施后，跨河橋的建設基本不會減少行洪過流面積，橋梁基本不產生壅水，此時工程的建設對油田河行洪安全影響較小；

2）工程對河勢影響方面：從流速變化分析看，工程實施后，橋梁下游的流速增大較多，且該段位于河流彎道上游，工程建設后水流對左岸的沖刷勢必加大，若不采取措施，河流深槽將向左岸發展并威脅左岸岸線的穩定。建議對橋址下游的兩岸河堤采用拋石護腳，襯砌護岸等防護工程措施；

3）工程對防汛搶險的影響方面：擬建工程段油田河右岸為丘陵，左岸灘地延伸到現有省道路邊，工程建設不會對河道防汛搶險造成不利影響。

綜上所述，當采取增大跨河橋橋跨至70m的措施后，該度假區的跨河橋梁工程才不致對油田河的防洪造成較大的不利影響。