運(yùn)煤公路橋巴州河上游寺家莊河段防洪影響評價

冀雅珍

（山西省水利水電科學(xué)研究院，山西 太原 030002）

1 工程概況

陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司寺家莊礦井運(yùn)煤公路工程，起點(diǎn)昔內(nèi)公路，南北方向建一座跨距40 m長的運(yùn)煤公路橋，鋼筋混凝土梁結(jié)構(gòu)，由兩側(cè)橋墩和三排立柱支撐，公路橋橫跨巴州河，終點(diǎn)接場地道路，全長899 m。工程沿線主要河流為巴州河和野嶼溝。巴州河為松溪河一級支流，工程涉河河段地處昔陽縣樂平鎮(zhèn)寺家莊村，位于巴州河上游。巴州河上游約2 km處為秦山水庫，河中平常少水，汛期有水庫泄水和區(qū)間洪水。在野嶼溝出口處修建排水溝，位于運(yùn)煤公路下游，與其平行，以泄野嶼溝中雨水至巴州河，此外工程還包括公路路基排水溝。

2 防洪標(biāo)準(zhǔn)的確定

根據(jù)防洪標(biāo)準(zhǔn)，工程所處河段河道保護(hù)村鎮(zhèn)的標(biāo)準(zhǔn)為5%，寺家莊礦井屬中型企業(yè)，保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)為2%，左岸昔內(nèi)公路是縣級公路，保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)為2%，該工程橋梁保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)為2%，因此確定工程及附近堤防的標(biāo)準(zhǔn)為2%，50年一遇。

3 設(shè)計洪水計算

巴州河流域未設(shè)水文站，擬采用經(jīng)驗公式法和推理公式法兩種不同方法進(jìn)行設(shè)計洪水計算和比較。但由于經(jīng)驗公式法對流域內(nèi)不同下墊面類型考慮單一，計算結(jié)果往往偏大。而推理公式法的理論比較完備，在全省有一套較完整的運(yùn)算系統(tǒng)，參數(shù)分析所選雨量資料均來自省內(nèi)成果，因此最后采用推理公式法得出計算成果。

推理公式法主要是根據(jù)坡面及洪水河槽的植被條件，同時考慮河道其他一些阻水條件，依據(jù)《山西省暴雨洪水計算實用手冊》，由設(shè)計流域位于的劃分區(qū)查得各歷時的暴雨統(tǒng)計特征值，從而求得各個頻率各種歷時的點(diǎn)暴雨量、各種頻率下的面暴雨量、暴雨的時程分配（采用典型暴雨分配與降雨量分段控制相結(jié)合的方法）、產(chǎn)流分析及匯流分析推算出洪峰流量。公路橋斷面以上控制面積62.5 km2，計算成果50年一遇的斷面洪峰流量為299 m3/s，20年一遇的斷面洪峰流量為267 m3/s。

采用上述分析方法，對排水溝野嶼溝4.0 km2設(shè)計洪水進(jìn)行計算，計算成果50年一遇的斷面洪峰流量為77 m3/s，20年一遇的斷面洪峰流量為60 m3/s。

4 河道水力計算

4.1 糙率的確定

河床糙率參照《水力計算手冊》中的天然河道糙率表，根據(jù)巴州河河道糙率的有關(guān)數(shù)據(jù)，河床糙率采用0.028。

4.2 設(shè)計水深的計算

根據(jù)實測巴州河寺家莊公路橋段河道橫斷面和相應(yīng)設(shè)計洪峰流量，推算河道設(shè)計洪水水面線。設(shè)計條件水面線考慮已建和在建橋梁。

河道水面線計算采用河道恒定非均勻流基本方程，即能量方程進(jìn)行計算。

計算可知，現(xiàn)狀2%的最大洪水水深1.73 m，建橋后2%的最大洪水水深1.84 m，此段兩岸堤防高度為2.2 m，加上堤防安全超高0.3～0.5 m，水面以上橋下凈空最小達(dá)到1.81 m，由此可見，此段堤防及橋梁設(shè)計滿足50年一遇洪水的過洪要求。

4.3 河道沖刷深度計算

4.3.1 水流平行于岸坡沖刷深度計算

水流平行于岸坡產(chǎn)生的沖刷，參考《堤防工程設(shè)計規(guī)范》，采用以下公式進(jìn)行計算：

式中：hB——局部沖刷深度，從水面起算，m；

hp——沖刷處水深，以近似設(shè)計水位最大深度代替，m；

vcp——平均流速，m/s；

v允——河床上允許不沖流速，m/s；

n——與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān)，一般取0.25。

該公式按P=2%的設(shè)計流量計算，取v允=0.55 m/s，沖刷深度計算成果見表1。

表1 水流平行岸坡沖刷深度計算表

通過上述計算可知，工程實施后，2%水流平行岸坡沖刷深度為0.80 m。

4.3.2 水流斜沖岸坡沖刷深度計算

水流斜沖防護(hù)岸坡產(chǎn)生的沖刷根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》，按下式計算：

式中：Δhp——從河底算起的局部沖深，m；

α——水流流向與岸坡交角，度；

m——防護(hù)建筑物迎水面邊坡系數(shù)；

vJ——水流的局部沖刷流速，m/s；

d——坡腳處土壤計算粒徑，cm。

工程建設(shè)處的水流斜沖岸坡沖刷深度計算成果見表2。

表2 水流斜沖防護(hù)堤沖刷深度成果表

由計算結(jié)果可知，2%水流在彎道處最大沖深可達(dá)2.94 m，設(shè)計時，堤防的基礎(chǔ)埋深一般應(yīng)在3.0 m以上，橋梁設(shè)計基礎(chǔ)埋深符合要求。由于水流流速較大，為保證工程和堤防安全，應(yīng)進(jìn)行護(hù)底處理。

4.3.3 排水溝野嶼溝斷面水力計算

對野嶼溝排洪渠道進(jìn)行設(shè)計計算，渠道采用梯形泄洪斷面型式，滿足50年一遇和20年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)分別計算，計算結(jié)果見表3。通過計算可知，野嶼溝排水渠道的堤防高度應(yīng)不低于2 m。

表3 野嶼溝排洪渠道斷面設(shè)計

5 防洪綜合評價

第一，按照《防洪標(biāo)準(zhǔn)》，工程項目防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。依據(jù)水文分析計算，工程段河道50年一遇設(shè)計洪峰流量應(yīng)為299 m3/s，符合巴州河的防洪要求。從對河道的管理方面考慮，工程的實施不會對河道的管理產(chǎn)生不利影響。

第二，依據(jù)計算，在河道50年一遇設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)條件下，河道最大水深1.84 m，堤防實際高度2.2 m，不會對河道行洪產(chǎn)生大的影響。工程修建后，從水力計算結(jié)果來看，對河道防洪不會產(chǎn)生大的影響，工程不改變河道走向，對河道和河勢的穩(wěn)定沒有影響。

第三，工程建成后，在本河段50年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)設(shè)計流量的水流平行沖刷深度為0.80 m，彎道處水流沖刷深度為2.94 m。由于該段河道比降大，水流流速相對較大，要求橋梁基礎(chǔ)埋深不小于3 m，橋梁設(shè)計基礎(chǔ)埋深大于3 m，符合沖刷要求。雖然工程修建保持原有堤防不變，但需對堤防進(jìn)行必要的加固。

第四，對第三人合法水事權(quán)益的影響分析，由于在本工程影響范圍之內(nèi)沒有其他的永久水利工程，所以工程建設(shè)后對第三人合法水事權(quán)益沒有影響。

6 建議

第一，建議對河道進(jìn)行清淤，以疏通河道、增加河道的行洪能力；第二，對野嶼溝匯流處左岸堤防進(jìn)行加固處理，防止野嶼溝洪水對堤防沖刷，影響昔內(nèi)公路安全；第三，根據(jù)防洪要求，建議橋梁建設(shè)時避開汛期，施工期間棄渣不得在河道堆放，以保障河道水流暢通；第四，當(dāng)?shù)厮姓块T負(fù)責(zé)涉河項目的監(jiān)管和驗收。