淺談橋型對河道洪水影響分析

胡 宇

(萍鄉市河江水利工程咨詢有限公司，江西 萍鄉 337000)

1 項目概況

麻山鎮步行橋位于萍水河支流的麻山河下游(麻山鎮步行橋原址重建)，橋梁橫跨麻山河，河寬約42m，橋梁寬度為4.0m，橋面寬度組成：0.3m(欄桿)+3.4m(人行道)+0.3m(欄桿)，總長度為52m，總面積為268m2，河床高程78.60m，拱頂高程86.13m。橋梁上部結構采用四等跨10.0m圓弧線鋼筋混凝土板拱，拱圈厚度為50cm，凈矢跨比為1/4。下部結構采用樁基橋墩和樁基橋臺，墩臺樁基直徑均為1.0m，以中風石灰巖為樁端持力層。橋頭施工時應順接兩端現有道路。設計荷載為人群荷載4.5kPa，設計洪水頻率按50a一遇。

圖1 建設項目臨河平面示意圖

2 洪水影響分析計算

2.1 防洪標準

建設項目地處麻山鎮，河道兩岸堤防工程等級為IV等，根據《防洪標準》(GB50201-2014)以及保護區域重要性的原則，鄉村防護區的防護等級為IV等，防洪標準為20-10a；中橋防護等級為IV等，防洪標準為50a。

綜合考慮，該項目涉及麻山鎮步行橋，因此對涉及城鎮河道防洪標準采用10a一遇，麻山鎮步行橋防洪標準采用50a一遇。

2.2 水文分析計算

建設項目工程地處湘東區境內，附近袁河主河道有蘆溪水文站，控制流域面積331km2，本次設計采用參證站流量資料和《江西省暴雨洪水查算手冊》分別推求洪峰流量。

2.2.1 水文比擬法

蘆溪水文站設立于1957年12月，控制流域面積331km2，為國家基本水文站，觀測水位、流量、降雨量。1973年1月基本水尺斷面下遷50m，1975年底蘆溪鎮治理袁河，裁彎取直，于1976年1月1日將測流斷面上遷到距鐵橋下300m左右，設立臨時斷面測流，后經省水文總站批準，于同年4月14日將測流斷面上遷100m，直到現在。1972年8月-12月(因斷面左岸被大水沖垮)和1976年-1978年期間受治理河道影響，測驗質量較差，流量資料未整編，僅刊印實測流量成果表和日平均水位表。測站水位觀測基面1976年以前采用假定基面高程，1976年以后采用黃海基面高程，蘆溪水文站實測最高水位為100.21m(假定基面高程)，最大流量為707m3/s(1970年5月8日)。有1958-2017年共60年實測流量資料系列。袁河流域歷史上曾發生過多次特大洪水，蘆溪河段歷史洪水成果見表1。

表1 袁河蘆溪河段調查歷史洪水成果表

2.2.2 《江西省暴雨洪水查算手冊》法

根據項目所在流域位置，查《手冊》附圖，得斷面所在流域年最大24h暴雨量均值H24=105.0mm，Cv=0.48，Cs=3.5Cv;年最大6h暴雨值均值H6=70.0mm，CV=0.48，Cs=3.5Cv；年最大1小時暴雨值均值H1=45.0mm，CV=0.38，Cs=3.5Cv。算結果見表2。

表2 設計暴雨計算成果表

通過《手冊》瞬時單位線法計算可得煤金山中橋斷面各頻率設計洪峰流量。各頻率設計洪水過程如表3。

表3 建設項目《手冊》法推求洪峰流量成果表

2.3 洪水計算成果的比較和采用

用水文比擬法與推理公式法兩種方法推算洪峰流量，計算成果以煤金山中橋斷面為控制斷面，比較結果見表4。

表4 兩種方法設計洪峰流量比較表

從表4中可以看出，《手冊法》計算成果略大于參證站水文比擬法計算成果。水文比擬法采用的各水文站洪峰流量系列更長，并有可靠的歷史洪水調查資料，系列代表性好，計算成果反映了相似流域的洪水情況。《手冊》法計算涉及到許多參數的選用，各種參數是江西地區綜合的成果，具有比較好的代表性。考慮到兩種方法計算成果比較接近，從偏安全的角度考慮，因此采用《手冊》法計算結果作為本項目計算洪水成果。

3 橋型對洪水影響分析

根據總平面布置圖，步行橋重建方案有兩個：一是原址原貌重建(四拱)；二是原址三拱重建。推求河道水面線主要是由下游水利工程建筑物作為起推斷面，往河流上游推算洪水水位線。

3.1 方案一：原址原貌四拱橋型

橋梁寬度為4.0m，橋面寬度組成：0.3m(欄桿)+3.4m(人行道)+0.3m(欄桿)，總長度為52m，總面積為268m2，河床高程78.60m，拱頂高程86.13m。橋梁上部結構采用四等跨10.0m圓弧線鋼筋混凝土板拱，拱圈厚度為50cm，凈矢跨比為1/4。下部結構采用樁基橋墩和樁基橋臺，墩臺樁基直徑均為1.0m，以中風石灰巖為樁端持力層。

通過下游水利工程建筑物推求水面線，步行橋斷面頻率P=2%時，流量Q=849m3/s，水位Z=84.98m，此時橋梁壅水高度為0.08m，橋下凈空按1.00m計算，橋梁下弦最低高程為86.06m，拱圈厚度為50cm，橋面最低高程為86.56m。

在50a一遇洪水條件下，步行橋斷面設計洪峰流量849m3/s，工程前橋位過水面積269m2，平均流速2.62m/s；大橋建成后，橋位過水面積223m2，平均流速2.83m/s，與天然情況相比，大橋建成后河道面積縮小了17.1%，平均流速增加0.21m/s，流速增幅為8.0%，橋位斷面最高壅水為0.08m。

圖2 方案一：步行橋四拱立面示意圖

3.2 方案二：原址三拱重建

橋梁寬度為4.0m，橋面寬度組成：0.3m(欄桿)+3.4m(人行道)+0.3m(欄桿)，總長度為52m，總面積為268m2，河床高程78.60m，拱頂高程86.18m。橋梁上部結構采用三等跨13.0m圓弧線鋼筋混凝土板拱，拱圈厚度為60cm，凈矢跨比為1/4。下部結構采用樁基橋墩和樁基橋臺，墩臺樁基直徑均為1.0m，以中風石灰巖為樁端持力層。

通過下游水利工程建筑物推求水面線，步行橋斷面頻率P=2%時，流量Q=849m3/s，水位Z=84.95m，此時橋梁壅水高度為0.07m，橋下凈空按1.00m計算，橋梁下弦最低高程為86.02m，考慮到三拱支撐整個橋梁上部結構，為了保證橋梁的穩定性和安全性，設計拱圈厚度為60cm，橋面最低高程為86.62m。

在50a一遇洪水條件下，步行橋斷面設計洪峰流量849m3/s，工程前橋位過水面積269m2，平均流速2.62m/s；大橋建成后，橋位過水面積233m2，平均流速2.75m/s，與天然情況相比，大橋建成后河道面積縮小了13.5%，平均流速增加0.13m/s，流速增幅為4.9%，橋位斷面最高壅水為0.07m。

圖3 方案二：步行橋三拱立面示意圖

3.3 方案選定

表5 步行橋兩種方案對比成果表

綜上所述，重建步行橋三拱設計方案對比四拱設計方案，雖然能降低洪水水面線，但是降低的幅度有限，僅僅降低0.03m，從橋梁的穩定性和安全性考慮，要增加拱圈厚度0.10m，從整體效果而言，反而提高了橋面高程0.06m；從工程造價來看，三拱設計方案對比四拱設計方案，減少了一個橋墩的造價，但是增加了整個橋面的造價，整體算下來，相差不大。最終，橋梁設計單位和當地政府共同決定，采用了原址原貌四拱方案重建麻山鎮步行橋[1]。

4 建設項目對洪水影響評價

4.1 法規規劃適應性評價

根據《防洪標準》(GB50201-2014)以及保護區域重要性的原則，該段河道兩岸防洪工程防洪標準為10a一遇。因此建設項目防洪標準滿足法規和規范要求。

4.2 河道行洪影響評價

麻山河段10a一遇洪水條件下，平均流速在1.90-3.01m/s區間。建設項目步行橋屬于原址重建工程，擬建方案過流單寬10.0m，比老橋橋墩寬度更大，梁底高程也比老橋梁底更高，因此對涉及河道內行洪影響甚微。

4.3 河勢穩定影響評價

該工程實施后，河流的地質地貌條件、河床地層的組成均沒有發生大的改變，工程建設對該河段河勢的影響較小。據現場踏勘和相關資料分析，工程河段多年來河道形態變化不大，河勢未發生明顯變化，水流流向穩定，河段岸線穩定。隨著建設項目的實施，河段河勢在未來一段時間將會形成新的平衡。

4.4 防洪工程影響評價

現狀麻山河城鎮河段兩岸已建防洪堤工程，根據《防洪標準》規范，該河段防洪標準10a一遇，建設項目實施后，對現有防洪工程影響甚微。

4.5 其他設施影響評價

該項目實施后，不新增河道侵占面積，不影響現有防洪堤，對涉及河道管理范圍內其他設施影響甚微。建設項目竣工后，河道管理范圍內禁止建設任何阻洪建筑物。

4.6 防汛搶險和水上救生影響評價

工程建設滿足《防洪標準》規范，工程所處河段入河通道順暢，工程建設對水上救生影響較小。項目建成運行后，隨著道路等基礎設施的完善，將有利于搶險車輛、物資及人員的通行，對河段防汛搶險更為有利。

4.7 洪水對建設項目影響評價

根據《防洪標準》(GB50201-2014)以及保護區域重要性的原則，重建項目采用防洪標準為50a一遇(P=2%)。項目防洪標準適宜。

4.8 淹沒影響評價

建設項目步行橋屬于原址重建工程，橋墩寬度和梁底高程比歷史上老橋更大，設計梁底高程超出橋位斷面50a一遇洪水水位1.07m，壅水長度僅為37.70m。因此洪水對建設項目影響甚微[2]。

4.9 沖刷與淤積影響評價

河床的沖刷與淤積變化主要取決于水流挾沙力變化和泥沙起動流速。水流流速小于泥沙起動流速，河床將不會沖刷；水流流速大于泥沙起動流速，會引起河床的沖刷。輸沙率增大將引起河道減淤或沖刷，輸沙率減小將引起淤積或減沖；河道水動力條件的改變，會引起河槽發生相應的調整。本工程河段內，河床以及河岸地質均為花崗巖，沖刷結果對河床造成影響甚微。

5 消除或減輕建設項目對洪水影響的工程措施

根據中華人民共和國《水法》、《防汛法》、《河道管理條例》，水利部、國家計委水政[1992]7號《河道管理范圍內建設項目管理的有關規定》等，凡在河道管理范圍內新建、擴建、改建的建設項目，對洪水有影響的均應采取措施消除或減輕洪水影響。結合本工程實際情況，頻率P=2%時，建設項目步行橋原址重建，對河道兩岸和上、下游河道以及水利建筑物影響很小，且可系用以下措施來消除或減輕。

1)建設單位應做好防御洪水預案，利用水文部門預報的洪峰、洪量、洪水位、流速、洪水到達時間、洪水歷時等洪水特征值，密切配合并聽從防汛部門調度。

2)制定超標準洪水防御措施，針對可能發生的超標準洪水，提出在現有防洪工程設施下最大限度減少洪災損失的防御方案、對策及措施。

圖4

6 結 語

麻山鎮步行橋對于當地居民來說，不僅僅是通行的需求，更多的是一種情感的寄托。它見證了當地居民幾代人的成長歷程，同時也見證了麻山鎮改革開放以來，日新月異的變化。這次老橋重建工程，讓它猶如破繭重生一般，以嶄新的姿態，守護著這座城市，以發展的眼光，展望著未來。