大洲溪涉河工程防洪評(píng)價(jià)關(guān)鍵技術(shù)探討

張帥東

（杭州舜禹水利工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司，浙江 杭州 310022）

0 引言

洪澇災(zāi)害是中國歷史發(fā)展進(jìn)程中重點(diǎn)關(guān)注的自然災(zāi)害，事關(guān)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步、人類生存，為降低洪澇災(zāi)害對(duì)社會(huì)發(fā)展的不良影響，中國出臺(tái)了一系列防洪減災(zāi)制度、規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)及要求，不斷完善防洪減災(zāi)體系。涉河工程是在河道管理范圍內(nèi)修建的跨河、穿河、取水、渡河等工程項(xiàng)目，會(huì)對(duì)河流防洪能力產(chǎn)生影響，尤其是在河流岸線大力開發(fā)下，涉河工程項(xiàng)目大規(guī)模興建，給河道防洪、行洪能力造成不同程度的干擾，需要加強(qiáng)相關(guān)工程防洪評(píng)價(jià)。結(jié)合河道特點(diǎn)、工程特點(diǎn)等，針對(duì)不同側(cè)重點(diǎn)進(jìn)行防洪評(píng)價(jià)，確定該工程建設(shè)方案能否滿足河道穩(wěn)定性及安全行洪能力要求，能夠保障河道上下游汛期行洪安全。

1 工程概述

大洲溪位于建德市，屬于新安江重要支流，河道主流長度23.20 km。此工程位于建德市下涯鎮(zhèn)，涉及河道為大洲溪，工程建設(shè)目的是滿足廠區(qū)貨運(yùn)車輛運(yùn)輸需求，橋位處河道寬度為33.80 m，河道控制最小寬度為28 m。橋梁工程跨度20 m+3 m×30 m，橋?qū)?4 m，雙向兩車道，設(shè)計(jì)行車速度40 km/h，橋梁公路設(shè)計(jì)安全等級(jí)為二級(jí)。橋梁跨越大洲溪，河道內(nèi)設(shè)置1排橋墩，每排橋墩3個(gè)，每個(gè)橋墩直徑1.80 m，設(shè)計(jì)洪水頻率為20年一遇。橋梁上部柱、下部樁基礎(chǔ)直徑分別為1.80 m、2 m，每排3個(gè)橋墩之間用一道連系梁連結(jié)在一起，連系梁高度1.80 m，寬度1.80 m，河道左右梁底高程分別為69.20 m、68.50 m。根據(jù)《建德市河道整治規(guī)劃》，橋梁所在行政村防洪標(biāo)準(zhǔn)為10 年一遇，因此，此工程防洪評(píng)價(jià)計(jì)算采用10年一遇標(biāo)準(zhǔn)。

2 大洲溪涉河工程防洪評(píng)價(jià)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 水文分析計(jì)算

2.1.1 暴雨洪水特性分析

工程位于大洲溪內(nèi)，流域徑流主要由降水形成，包括春雨、梅雨、臺(tái)風(fēng)雨，主雨季為4-7 月梅雨期和7-10 月臺(tái)風(fēng)期，連續(xù)四個(gè)月降水，占全年降水量的55%～60%。其中，洪水主要由臺(tái)風(fēng)暴雨形成，雨強(qiáng)大，歷時(shí)短，雨量集中，一天內(nèi)降水量約為本場暴雨量的70%～90%。由于暴雨急驟，山區(qū)性河流坡降大，短時(shí)間內(nèi)會(huì)形成洪峰，洪量集中，短歷時(shí)暴雨是該區(qū)域洪水發(fā)生主要原因。

2.1.2 設(shè)計(jì)洪水

此工程在大洲溪建橋處的流域面積80 km2，采用浙江省瞬時(shí)單位線法推求流量的方法計(jì)算設(shè)計(jì)洪水，橋址處相應(yīng)20 年一遇流量519 m3/s，10年一遇流量410 m3/s。根據(jù)《建德市河道整治規(guī)劃》，大洲溪洪水成果見表1。

表1 大洲溪河流特征及設(shè)計(jì)洪水成果表

2.2 橋梁阻水分析

根據(jù)工程建設(shè)方案，此工程在河道內(nèi)的建筑主要為3個(gè)橋墩及連系梁，3 個(gè)橋墩占水域面積共9.42 m2，連系梁占水域面積共10.22 m2，共計(jì)19.64 m2。依照《建德市河道整治規(guī)劃》確定橋位處防洪標(biāo)準(zhǔn)為10 年一遇，對(duì)應(yīng)河底高程和洪水位分別為46 m、48.89 m。根據(jù)橋梁工程建設(shè)方案，河道內(nèi)設(shè)置有一排橋墩，建成后會(huì)對(duì)河道產(chǎn)生一定阻水作用，影響河道行洪能力，按照10 年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算橋梁阻水情況，最終計(jì)算出該橋梁工程建成后阻水率為6.41%，不超過《浙江省涉河橋梁水利技術(shù)規(guī)定》（8%），滿足建設(shè)要求。

2.3 壅水分析計(jì)算

根據(jù)橋梁工程建設(shè)前后水流要素，采用經(jīng)驗(yàn)公式法中壅水計(jì)算公式計(jì)算橋墩最大壅水高度（Δh）及橋梁最大壅水長度（L），具體計(jì)算公式如下：

式中：vM—橋下平均流速（m/s）；vo—天然斷面平均流速（m/s）；η—系數(shù)（與水流進(jìn)入橋孔阻力相關(guān)，一般為0.05）。

式中：Δh—橋前最大壅水高度（m）；I—橋位以上水面比降。

按照10年一遇標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，可知此工程最大壅高為35 cm，影響范圍至橋梁上游100 m范圍內(nèi)，壅高后洪水位距離岸頂仍有2.60 m 空間，可見對(duì)河道行洪能力及兩岸防洪安全影響不大。根據(jù)橋梁上下游不同范圍工程前后壅高數(shù)值，可知距離橋梁越遠(yuǎn)，水位壅高幅度越小，橋梁下游洪水位基本不變。這是因?yàn)榇斯こ虒儆谏絽^(qū)性河道，水面比降大，水流速大，工程建成后對(duì)橋墩上游水位壅高影響較大，對(duì)下游影響不大。

2.4 沖刷分析計(jì)算

項(xiàng)目主體建設(shè)工程位于大洲溪河流，流域面積96.14 km2，河道主流長度23.20 km，河道總比降為11.94%。河流屬于雨源類河流，受降水控制明顯，特別是山溪性河流，源短流急，枯洪變化懸殊，河床縱比降大，會(huì)對(duì)周圍河道產(chǎn)生較為嚴(yán)重的沖刷影響，造成河床形態(tài)改變。該河道大部分河道堤防建設(shè)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，河道較窄，建設(shè)工程較為老舊，多采用塊石砌面、卵石填肚方式，且缺少日常維修，一旦遭遇汛期便會(huì)被嚴(yán)重?fù)p毀。周圍居民居住環(huán)境的變化，大量交通設(shè)施、村鎮(zhèn)建設(shè)等都會(huì)對(duì)河道、水域等進(jìn)行占用，部分農(nóng)民也會(huì)在河道內(nèi)種植農(nóng)作物，都會(huì)對(duì)河道行洪能力產(chǎn)生影響。同時(shí)，河床沖刷還會(huì)影響河道中水沙運(yùn)動(dòng)，這種變化是一種持續(xù)性的變化，無論橋梁工程建設(shè)前后都處于動(dòng)態(tài)變化狀態(tài)，在橋梁設(shè)計(jì)和施工中也要考慮這種變化，參考《公路橋位勘測設(shè)計(jì)規(guī)程》推薦的計(jì)算公式，精確計(jì)算河道一般沖刷深度和局部沖刷深度。

一般沖刷深度指，橋梁建成后，橋墩導(dǎo)致水流變窄，橋下流速增加，水流挾沙能力也隨之增強(qiáng)，這種沖刷能力的增長，會(huì)導(dǎo)致橋梁下河床深度增加，待達(dá)到新的沖淤平衡后，一般沖刷停止。局部沖刷指橋梁建成后，流向橋墩的水流受到阻礙后水流結(jié)構(gòu)發(fā)生劇烈變化，出現(xiàn)螺旋狀水流，攪動(dòng)橋墩周圍泥沙，產(chǎn)生局部沖刷。根據(jù)此工程地質(zhì)資料及河勢(shì)穩(wěn)定性分析，建立相應(yīng)二維數(shù)學(xué)模型，計(jì)算橋梁工程建成前后水流流速，發(fā)現(xiàn)建設(shè)工程前流速在4.20～4.40 m/s 之間，建成后橋梁周圍水流速在4.40～5.10 m/s之間，較工程前略有增加。河道內(nèi)橋墩建成后，左岸流速增加，橋位處局部流速略有變化，但河床下0.90 m為強(qiáng)風(fēng)化巖，計(jì)算結(jié)果顯示工程建成后，橋梁周圍最大沖刷深度為0.90 m，且河道兩岸擋墻為漿砌石結(jié)構(gòu)，沖刷影響小，幾乎不會(huì)對(duì)工程安全產(chǎn)生影響。

3 結(jié)語

通過以上分析計(jì)算，得出如下結(jié)論：根據(jù)工程建設(shè)情況，此工程防洪評(píng)價(jià)通過橋梁設(shè)計(jì)方案、水文資料、地質(zhì)勘察資料等分析，發(fā)現(xiàn)新建橋梁阻水率為6.41%，沒有超過相關(guān)技術(shù)規(guī)定的阻水率要求，同時(shí)，對(duì)工程前后河道水流流速、最大水位壅高值、占用水域等值進(jìn)行計(jì)算，發(fā)現(xiàn)因工程位于山區(qū)性河道，水面比降大，流速也較大，工程建設(shè)對(duì)河道水位的壅高影響為35 cm，對(duì)橋墩上游水位壅高影響范圍至100 m范圍，壅高后洪水位距離岸頂2.60 m，對(duì)河道行洪能力影響小。

由于橋位斷面河床組成為強(qiáng)風(fēng)化巖，建成后，不會(huì)受沖刷影響，也不會(huì)影響工程安全。項(xiàng)目建成后，左岸及右岸橋梁梁底凈空分別為17.50 m、14.20 m，滿足防汛搶險(xiǎn)通道凈空要求。

綜上可知，此項(xiàng)目建設(shè)方案滿足河勢(shì)穩(wěn)定、行洪能力、防汛搶險(xiǎn)、工程安全等方面的要求，工程建設(shè)合理可行。