大洲溪涉河工程防洪評價關(guān)鍵技術(shù)探討

張帥東

（杭州舜禹水利工程設計咨詢有限公司，浙江 杭州 310022）

0 引言

洪澇災害是中國歷史發(fā)展進程中重點關(guān)注的自然災害，事關(guān)經(jīng)濟發(fā)展、社會進步、人類生存，為降低洪澇災害對社會發(fā)展的不良影響，中國出臺了一系列防洪減災制度、規(guī)定、標準及要求，不斷完善防洪減災體系。涉河工程是在河道管理范圍內(nèi)修建的跨河、穿河、取水、渡河等工程項目，會對河流防洪能力產(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，需要加強相關(guān)工程防洪評價。結(jié)合河道特點、工程特點等，針對不同側(cè)重點進行防洪評價，確定該工程建設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，工程建設目的是滿足廠區(qū)貨運車輛運輸需求，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，設計行車速度40 km/h，橋梁公路設計安全等級為二級。橋梁跨越大洲溪，河道內(nèi)設置1排橋墩，每排橋墩3個，每個橋墩直徑1.80 m，設計洪水頻率為20年一遇。橋梁上部柱、下部樁基礎直徑分別為1.80 m、2 m，每排3個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準為10 年一遇，因此，此工程防洪評價計算采用10年一遇標準。

2 大洲溪涉河工程防洪評價關(guān)鍵技術(shù)

2.1 水文分析計算

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、臺風雨，主雨季為4-7 月梅雨期和7-10 月臺風期，連續(xù)四個月降水，占全年降水量的55%～60%。其中，洪水主要由臺風暴雨形成，雨強大，歷時短，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，短時間內(nèi)會形成洪峰，洪量集中，短歷時暴雨是該區(qū)域洪水發(fā)生主要原因。

2.1.2 設計洪水

此工程在大洲溪建橋處的流域面積80 km2，采用浙江省瞬時單位線法推求流量的方法計算設計洪水，橋址處相應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計洪水成果表

2.2 橋梁阻水分析

根據(jù)工程建設方案，此工程在河道內(nèi)的建筑主要為3個橋墩及連系梁，3 個橋墩占水域面積共9.42 m2，連系梁占水域面積共10.22 m2，共計19.64 m2。依照《建德市河道整治規(guī)劃》確定橋位處防洪標準為10 年一遇，對應河底高程和洪水位分別為46 m、48.89 m。根據(jù)橋梁工程建設方案，河道內(nèi)設置有一排橋墩，建成后會對河道產(chǎn)生一定阻水作用，影響河道行洪能力，按照10 年一遇防洪標準計算橋梁阻水情況，最終計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%），滿足建設要求。

2.3 壅水分析計算

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

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年一遇標準進行計算，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，水位壅高幅度越小，橋梁下游洪水位基本不變。這是因為此工程屬于山區(qū)性河道，水面比降大，水流速大，工程建成后對橋墩上游水位壅高影響較大，對下游影響不大。

2.4 沖刷分析計算

項目主體建設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，會對周圍河道產(chǎn)生較為嚴重的沖刷影響，造成河床形態(tài)改變。該河道大部分河道堤防建設缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，河道較窄，建設工程較為老舊，多采用塊石砌面、卵石填肚方式，且缺少日常維修，一旦遭遇汛期便會被嚴重損毀。周圍居民居住環(huán)境的變化，大量交通設施、村鎮(zhèn)建設等都會對河道、水域等進行占用，部分農(nóng)民也會在河道內(nèi)種植農(nóng)作物，都會對河道行洪能力產(chǎn)生影響。同時，河床沖刷還會影響河道中水沙運動，這種變化是一種持續(xù)性的變化，無論橋梁工程建設前后都處于動態(tài)變化狀態(tài)，在橋梁設計和施工中也要考慮這種變化，參考《公路橋位勘測設計規(guī)程》推薦的計算公式，精確計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，橋墩導致水流變窄，橋下流速增加，水流挾沙能力也隨之增強，這種沖刷能力的增長，會導致橋梁下河床深度增加，待達到新的沖淤平衡后，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)資料及河勢穩(wěn)定性分析，建立相應二維數(shù)學模型，計算橋梁工程建成前后水流流速，發(fā)現(xiàn)建設工程前流速在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為強風化巖，計算結(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，幾乎不會對工程安全產(chǎn)生影響。

3 結(jié)語

通過以上分析計算，得出如下結(jié)論：根據(jù)工程建設情況，此工程防洪評價通過橋梁設計方案、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，對工程前后河道水流流速、最大水位壅高值、占用水域等值進行計算，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，工程建設對河道水位的壅高影響為35 cm，對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，對河道行洪能力影響小。

由于橋位斷面河床組成為強風化巖，建成后，不會受沖刷影響，也不會影響工程安全。項目建成后，左岸及右岸橋梁梁底凈空分別為17.50 m、14.20 m，滿足防汛搶險通道凈空要求。

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