湯營伊河公路大橋防洪影響研究

□朱曉璞　□張　怡　□甄億位（.河南省洛陽水文水資源勘測局；.河海大學水文水資源學院）

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湯營伊河公路大橋防洪影響研究

□朱曉璞1□張怡2□甄億位2
（1.河南省洛陽水文水資源勘測局；2.河海大學水文水資源學院）

文章通過剖析湯營伊河公路原橋沖毀原因，推求設計洪峰及設計水位，分析新建橋梁的河道雍水和沖刷情況，全面評估新建大橋對河道行洪、河勢穩定及其他水利工程等方面的影響。結果表明：相比原橋，新建大橋設計標準更高，與河道防洪標準相適應，大橋建成后可為兩岸交通、人民生活和防汛搶險帶來更多便利。

伊河；公路大橋；壅水；沖刷；防洪影響

1　基本情況

湯營伊河新建大橋位于河南省欒川縣潭頭鎮湯營村上游1000 m處，河道坡降16/10000，河床寬300～1000 m，主河槽寬50 m，兩岸灘地寬200～800 m，河道內分布粗沙、鵝卵石，主流靠近右岸。河兩岸有農田、人工種植林、村莊和公路。

原湯營伊河公路大橋是空腹式石拱橋，全橋5孔，凈跨40 m，全長233.70 m，橋面高程為452.90 m。2010年7月，洛陽市區及南部山區普降暴雨，建設項目所在河段遭遇了罕見的特大洪水，洪峰流量達3150 m3/s，沖毀了原湯營伊河橋，60多人死亡，造成該地交通癱瘓，給當地經濟發展社會穩定造成了一定影響。

新建的湯營伊河大橋位于原橋舊址上，距潭頭鎮5 km。設計橋長306 m，寬9.50 m，單跨30 m。設計洪水頻率為100 a一遇。

2　防洪分析計算

2.1水文分析計算

2.1.1設計洪峰流量

為減少短系列帶來的抽樣誤差，計算設計洪水時，在充分利用已有實測資料的同時，重視并運用歷史洪水、暴雨資料。利用臨近測站的長短系列水文資料進行分析，結果表明取潭頭水文站和代表斷面1977-2010 a的33年實測洪峰流量資料具有較好的代表性。采用P-Ⅲ型曲線［2］［3］適線，代表斷面頻率曲線如圖1，不同頻率設計洪峰流量成果見表1。

經過實地勘測結果，經分析計算點繪出代表河道大斷面圖和水位—面積關系曲線。

2.1.2設計洪水位

依據分析計算的設計流量和實測河道斷面的資料，經分析計算，湯營伊河大橋橋位處伊河發生20 a一遇洪水時，平均流速為2.90 m/s，相應的過水面積為800 m2；50 a一遇洪水時，平均流速為3.40 m/s，相應過水面積為966 m2；100 a一遇洪水時，平均流速為3.60 m/s，相應過水面積為1100 m2。

根據過水斷面計算結果，結合斷面水位—面積關系曲線，計算出設計洪水位，結果見表2。根據表2，發生100 a一遇設計標準洪水時，橋位處河道斷面的洪水位為447.20 m，最大水深6.80 m，平均水深3.70 m。

圖1　代表斷面洪峰流量頻率曲線圖

表1　湯營伊河大橋設計洪峰流量成果表（單位：m3/s）

表2　湯營伊河大橋設計洪水位成果表（單位：m）

2.2壅水分析計算

水位壅高計算主要是推算工程阻水引起的水位最大壅高值和壅水長度［6］。本次壅高計算采用《公路橋位勘測設計規范》（JTJ062-2002）中的雍水高度計算公式：

式中：K=KvkN；DZ為橋前最大壅水高度；K為系數；VM為橋下平均流速0M為天然狀態下橋下平均流速；Kv為修正系數；KN為定床壅水系數。壅水長度計算公式如下：

式中：L為壅水曲線全長；DZ為最大壅水高度；I為水面比降。

經計算，100 a一遇洪水時，湯營伊河大橋下壅水高度為0.20 m，壅水曲線長度為130 m，波浪高度0.50 m。

2.3沖刷分析計算

建橋后，水流被壓縮而引起的橋下整個河床斷面的一般性沖刷，同時由于橋墩阻流產生的水流沖擊和渦流作用，橋墩附近產生局部沖刷。故對本工程建設后河道進行一般性沖刷和橋墩局部沖刷計算分析。河道沖刷采用《公路工程水文勘測設計規范》（JTGC30-2002）沖刷公式計算。根據工程地質勘探報告，該橋橋址處河床沖刷層為亞粘性土，河床的沖刷按亞粘性土河床處理。

2.3.1一般沖刷計算

根據粘性土河床的橋下一般沖刷公式，湯營伊河大橋橋位100年一遇洪水位為447.20 m，最大沖坑深1.10 m。

2.3.2橋墩局部沖刷計算

橋墩局部沖刷與橋墩形狀大小有關，根據設計，伊河新橋橋墩為灌柱樁基礎雙立柱型式，立柱直徑為1.60 m，排列方向與水流方向一致，橋墩計算直徑B1=1.60 m。湯營伊河大橋100 a一遇設計洪水位為447.20 m時，由于hp/B1＜2.50，根據粘性土河床局部沖刷計算公式，求得沖刷完成后墩前在一般沖刷的基礎上局部沖坑深hp=0.30 m。

2.4橋梁梁底高度復核

所建湯營伊河大橋所處的河段不通航，沒有防凌任務，橋梁梁底最小高度根據《公路橋位勘測設計規范》進行計算復核，結果如表3。

表3　橋梁底部高程復核表（單位：m）

由表3可知，建橋后發生100 a一遇洪水時，伊河公路大橋梁底高程復核值為449.50 m，低于橋梁設計值451.00 m，工程設計合理，不影響河道行洪。

3　防洪影響評價

3.1對河道行洪安全的影響

湯營伊河大橋與河道流向基本垂直，每排橋墩排列方向也與水流方向一致，對橋前壅水及河勢流態的干擾小，橋臺在近河岸處，壓縮河道過水斷面較少，橋墩阻水面積很小，對水流導向作用很弱，不會對主河槽的流勢產生大的影響。發生100 a一遇洪水時，橋位處的過水橫斷面面積為1100 m2，比原橋增加了110 m2。因此，大橋能滿足100 a一遇設計洪水的行洪要求，相比原橋行洪能力有明顯提高，對河道行洪基本無影響。

3.2對河勢影響

湯營伊河大橋下部結構為灌柱樁基礎雙立柱橋墩，橋臺在兩岸邊坡處，橋墩直徑1.60 m，橋臺、橋墩占用天然河道斷面，對水流有側向壓縮作用，使得橋位河段天然河道的斷面形態和水流結構稍有改變，對河道沖淤及河勢都將有一定影響。

當發生100 a一遇洪水時，墩頭沖坑深為1.40 m。大橋影響范圍內的河段兩岸進行了護砌，能有效地保護岸坡，湯營伊河大橋的建設不會改變現有的河道岸線，對河勢穩定影響較小。

3.3對現有防洪、河道整治及其它水利工程與設施影響分析

根據梁底高程復核計算，湯營伊河大橋采用100 a一遇設計標準，設計橋梁梁底高程高于100 a一遇的洪水位，大于梁底復核值，對現有防洪不會產生影響，對將來河道整治工程也不會產生不良影響。在湯營伊河大橋上游約10 km處有潭頭水文站，水文站處的河道高程比橋址處的河道高約20 m，建設項目對潭頭水文站的測驗斷面及測驗設施無影響；100 a一遇洪水時橋址上游最大壅水高度0.20 m，相應橋上游壅水長度為130 m，湯營伊河大橋上游有多個水電站，但最近的距離也在數公里之外，建設項目對其無影響。

3.4對防汛搶險的影響分析

所建大橋連通了兩岸的交通，為當地的居民生活提供了便利條件，也為防汛提供了更好的交通條件。同時，大橋的設計防洪標準提高為100 a一遇，較原橋更有利于防汛搶險工作。

4　結論

根據湯營伊河公路大橋工程實際條件，計算了新建橋梁后河道的壅水高度和沖刷深度，復核了新橋橋梁梁底高程，經評價分析，新建湯營伊河公路大橋設計合理，對河道行洪、周邊水利工程及防汛搶險工作無不利影響。

［1］黃振平.水文統計學［M］.北京：水利水電出版社，2011.

［2］詹道江等.工程水文學［M］.北京：水利水電出版社，2011.

［3］楊德軒.橋梁壅水的計算［D］.北京：北京交通大學，2007.

（責任編輯：韋詩佳）

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