淺談涵洞跨越河涌的防洪影響評(píng)價(jià)
——以新廣從路跨越紅路支流的涵洞為例

饒超群 廣州市宏濤水務(wù)勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司

1.工程背景

1.1 工程概況

新廣從路南起黃石東路，北至從化街口街增立交，全長(zhǎng)49.555km。城市快速路Ⅰ級(jí)，設(shè)計(jì)車速60km/h。

擬建涵洞軸線方向與紅路支流水流方向夾角約90°，雙孔5m（寬）×4m（高）鋼筋砼箱涵，長(zhǎng)度40m。設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)采用20年一遇。涵洞基礎(chǔ)采用尺寸250×250預(yù)制方樁處理，樁長(zhǎng)6m，樁間距1.0m，梅花形布置。

1.2 河涌基本情況

紅路支流為白海面的一條主要支涌，發(fā)源于紅路水庫(kù)，流經(jīng)大一山莊，穿過(guò)廣從公路以及萬(wàn)科云山，流經(jīng)永平街，于嘉禾琴星小學(xué)北側(cè)匯入白海面涌。紅路支流全長(zhǎng)4.78km，集雨面積7.14km2（含紅路水庫(kù)1.8km2），干流河床總坡降為2.47‰。擬建涵洞處堤防等級(jí)為4 級(jí)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)按20 年一遇。

擬建涵洞所在位置，以三角洲沖洪積平原地貌為主，局部為殘丘剝蝕地貌，地勢(shì)較平坦，場(chǎng)地較平整。根據(jù)鉆探揭露資料，土層自上而下分為素填土、粉質(zhì)黏土、中砂、強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)頁(yè)巖。擬建涵洞處堤防位于粉質(zhì)黏土上。

1.3 跨越設(shè)計(jì)

本次涵洞跨越斷面位于紅路支流樁號(hào)3+230處。

該涵洞底與紅路支流設(shè)計(jì)渠底順接，涵洞頂板底標(biāo)高15.25m（珠江基面高程，下同），涵洞底板面標(biāo)高11.25m。涵洞施工時(shí)采用土包圍堰導(dǎo)流。

2.防洪評(píng)價(jià)計(jì)算

2.1 水文分析計(jì)算

2.1.1 設(shè)計(jì)暴雨

根據(jù)廣東省水文局2003年編制的《廣東省暴雨參數(shù)等值線圖》查出本區(qū)域各歷時(shí)暴雨均值Ht、變差系數(shù)Cvt、點(diǎn)面換算系數(shù)αt，用Cs=3.5Cv皮爾遜Ⅲ型曲線，按公式算得本區(qū)域的P=5%頻率各歷時(shí)點(diǎn)暴雨量Htp，再作點(diǎn)面折算，得出各歷時(shí)設(shè)計(jì)面暴雨量Htp，相應(yīng)頻率的設(shè)計(jì)暴雨量參數(shù)（點(diǎn)暴雨）成果見(jiàn)表1。

表1 暴雨量計(jì)算成果表

2.1.2 河涌控制斷面地理參數(shù)

樁號(hào)3+230斷面地理參數(shù)：分水嶺至斷面的河長(zhǎng)1.53km，控制集雨面積2.00km2（不含紅路水庫(kù)集雨面積），綜合平均比降5.0‰，集水區(qū)域特征參數(shù)θ=8.95。

2.1.3 設(shè)計(jì)洪水

本次分別采用廣東省綜合單位線法以及推理公式法推求控制斷面計(jì)算集雨面積的洪峰流量，對(duì)兩種計(jì)算方法所得成果進(jìn)行分析，選用較為合理的成果。

廣東省綜合單位線法：紅路支流上游屬高丘區(qū)，中下游屬低丘平原。集水區(qū)域位于《廣東省暴雨徑流查算圖表》分區(qū)的珠江三角洲分區(qū)的Ⅶ1珠江三角洲的設(shè)計(jì)雨型。暴雨低區(qū)的αt～t～F關(guān)系圖；粵東沿海、珠江三角洲區(qū)產(chǎn)流參數(shù)；廣東省綜合單位線滯時(shí)m1～θ關(guān)系圖中的大陸高丘區(qū)關(guān)系線（即A線）。各斷面集雨面積均小于500km2，采用廣東省綜合單位線Ⅱ號(hào)無(wú)因次單位線Ui～Xi。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 省綜合單位線計(jì)算洪峰流量成果表

推理公式法：集水區(qū)域位于《廣東省暴雨徑流查算圖表》分區(qū)的珠江三角洲分區(qū)的Ⅶ1珠江三角洲的設(shè)計(jì)雨型；暴雨低區(qū)的αt～t～F關(guān)系圖；粵東沿海、珠江三角洲區(qū)產(chǎn)流參數(shù)；大陸地區(qū)推理公式（1988年修訂）匯流參數(shù)m～θ關(guān)系圖。用推理公式法進(jìn)行洪峰流量計(jì)算時(shí)，根據(jù)工程集水區(qū)域下墊面情況選取m值。并與省綜合單位線法的計(jì)算成果進(jìn)行協(xié)調(diào)。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 推理公式法計(jì)算洪峰流量成果表

2.1.4 設(shè)計(jì)洪水成果分析

根據(jù)涵洞所處的地理位置和其現(xiàn)有的地形地貌情況，以及附近河流的計(jì)算結(jié)果相比較（如白海面涌），選用省綜合單位線法的計(jì)算成果比較合適。

2.1.5 設(shè)計(jì)洪水位

曼寧公式建立水位～流量關(guān)系曲線：

式中：Q 為某水位時(shí)的流量（m3/s）；

n為糙率，經(jīng)實(shí)地勘測(cè)結(jié)合天然溝道糙率表對(duì)比，擬定為0.028；R為水力半徑（m），通常以平均水深代替；I為河涌比降，采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值為0.0025；A為某水位時(shí)的過(guò)水面積（m2）。

涵洞底板面標(biāo)高為11.25m，涵洞下游現(xiàn)狀河涌斷面寬7m。根據(jù)不同水位情況下的水力半徑、流速、斷面面積等數(shù)據(jù)，試算得到紅路支流在涵洞處的P=5%水位為13.42m。

2.2 壅水分析

涵洞修建之后，涵洞未縮窄過(guò)水面積，不會(huì)形成涵洞處的整體壅高。

2.3 涵洞頂板底標(biāo)高復(fù)核

紅路支流涵洞頂板底距離設(shè)計(jì)洪水位的超高考慮0.5m。則涵洞頂板底最低高程為13.92m。而涵洞頂板底設(shè)計(jì)標(biāo)高為15.25m。因此可知，二十年一遇洪水條件下，涵洞頂板底高程大于過(guò)流要求的涵洞頂板底最低高程，且還有1.33m的凈空。

2.4 沖刷與淤積分析

為了保證涵洞的安全和順利渲泄洪水，涵洞預(yù)制方樁基礎(chǔ)需要有足夠的埋置深度，以避免涵洞受河水沖刷而產(chǎn)生安全問(wèn)題。

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286-2013)，來(lái)計(jì)算沖刷深度。

式中：hB局部沖刷深度（m）；hp沖刷處的水深，以近似設(shè)計(jì)水位最大深度代替，2.17m；V行近流速，2.99m/s；VCP近岸垂線平均流速，2.99m/s；η水流流速不均勻系數(shù)，1；VC泥沙起動(dòng)流速（m/s），河底為粉質(zhì)黏土，計(jì)算得0.55；n與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān)，0.25。最終計(jì)算得到hB局部沖刷深度為1.14m。

以上可知，預(yù)制方樁基礎(chǔ)埋置深度大于局部沖刷深度，滿足防沖刷設(shè)計(jì)要求。

3.防洪綜合評(píng)價(jià)

3.1 項(xiàng)目建設(shè)與現(xiàn)有水利規(guī)劃的關(guān)系及影響分析

擬建涵洞設(shè)計(jì)中已考慮防洪要求，設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)與措施符合《廣州市白云區(qū)防洪排澇規(guī)劃》相關(guān)規(guī)定。

3.2 與有關(guān)管理要求的適應(yīng)性分析

本項(xiàng)目是在紅路支流河涌管理范圍內(nèi)改建1座涵洞。涵洞會(huì)占用河涌管理用地及河涌水域，但未縮減河涌水域。

3.3 涵洞運(yùn)行期間對(duì)河涌行洪的影響

涵洞修建之后，未縮減河涌水域，涵洞中墩未對(duì)過(guò)水面積產(chǎn)生影響，不會(huì)形成涵洞處的整體壅高。

二十年一遇洪水條件下，涵洞頂板底高程大于過(guò)流要求的涵洞頂板底最低高程，且還有1.33m的凈空。

3.4 涵洞施工期間對(duì)河涌行洪的影響

涵洞施工期間無(wú)需縮減河涌水域，因此不會(huì)對(duì)現(xiàn)狀河涌行洪造成影響。

3.5 項(xiàng)目建設(shè)對(duì)岸坡和其它水利工程與設(shè)施影響分析

目前涵洞附近河涌未整治達(dá)標(biāo)，根據(jù)《廣州市白云區(qū)防洪排澇站規(guī)劃》，遠(yuǎn)期紅路支流需要按照二十年一遇標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)劃整治，涵洞的建設(shè)除了需要考慮現(xiàn)狀河涌順接，還要考慮與規(guī)劃河涌防洪標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)，并預(yù)留與以后實(shí)施的規(guī)劃河涌銜接的空間。涵洞預(yù)制方樁施工過(guò)程中可能會(huì)對(duì)現(xiàn)狀擋墻穩(wěn)定產(chǎn)生影響。

3.6 建設(shè)項(xiàng)目第三人合法水事權(quán)益的影響分析

涵洞附近有污水管、電纜等地下管線，施工前應(yīng)與管線權(quán)屬單位溝通遷改事宜，避免施工時(shí)破壞管線造成損失。