西溝中橋防洪影響評價

寇國峰，康曉寧，劉憲亮

(1.華北水利水電學(xué)院，河南 鄭州450011;2.邯鄲市水利水電勘測設(shè)計研究院，河北邯鄲056000;3.河南黃河河務(wù)局，河南 鄭州450008)

1 項目概況

西溝中橋位于靈壽縣寨頭鄉(xiāng)西溝村東，中心樁號AK24+752.全橋為3孔，單孔跨徑為20 m，橋梁全長66 m，設(shè)計梁底高程為404.988～406.216 m，上部結(jié)構(gòu)為預(yù)制小箱梁，下部采用肋板臺、柱式墩、鉆孔灌注樁基礎(chǔ).西溝中橋設(shè)計標準為100 a一遇，河道防洪標準取10 a一遇.橋位處水流主要來于西部山區(qū)坡面匯水，橋位交叉以上斷面控制流域面積2.08 km2.中橋位于砂子洞水庫蓄水區(qū)內(nèi)，橋位處河底寬8.8 m，河底高程398.00 m，河道左岸村級道路高程405.00 m，路面寬度3.50 m.橋位所在河段河床質(zhì)以砂礫為主，橋梁與河道夾角為90°.

2 設(shè)計洪水計算

2.1 設(shè)計暴雨

采用由設(shè)計暴雨推求設(shè)計洪水的方法［1］，根據(jù)2004版《河北省設(shè)計暴雨圖集》，查得該流域中心不同歷時設(shè)計點暴雨量和變差系數(shù)Cv值及Cv/Cs比值，計算不同頻率的點暴雨量，計算結(jié)果見表1.

2.2 設(shè)計洪峰流量

交叉斷面設(shè)計洪峰流量選用推理公式法［1］計算，公式的基本形式如下:

表1 西溝橋交叉斷面控制流域設(shè)計點暴雨量

式中:Qm為洪峰流量，m3/s;hτ為單一洪峰的凈雨，mm;τ為流域匯流時間，h;F為流域面積，km2;L為沿主河道從出口斷面至分水嶺最遠點距離，km;J為沿流程L的平均比降，以小數(shù)計;m為綜合匯流參數(shù)，河北省取 m=0.7θ0.137.

計算主要涉及設(shè)計暴雨、產(chǎn)流、匯流等幾個環(huán)節(jié)，其中引入設(shè)計雨型并采用初損后損法即兩刀切法計算設(shè)計凈雨過程，可得洪峰流量計算成果見表2.

表2 設(shè)計洪峰流量

由于西溝中橋橋址位于水庫庫尾蓄水范圍內(nèi)，需分析水庫100 a一遇洪水的庫水位.庫水位計算需要掌握水庫入庫洪水過程資料，該成果直接參照2008年石家莊市水利水電勘測設(shè)計研究院編制完成的《石家莊市靈壽縣砂子洞水庫除險加固工程初步設(shè)計報告》的洪水成果，見表3和如圖1所示.

表3 水庫設(shè)計洪峰流量

圖1 洪水過程線

3 洪水水力計算

3.1 洪水位計算

由于橋位處河道位于庫區(qū)尾部，其洪水位受水庫調(diào)洪作用影響較大，并受庫尾回水影響.為此，首先根據(jù)水庫調(diào)度原則進行10 a一遇和100 a一遇2個標準的水庫洪水調(diào)節(jié)計算，再進行水庫尾部回水計算以確定橋位斷面洪水位.

3.1.1 庫水位計算

砂子洞水庫汛限水位為84.8 m，當庫水位超過84.8 m時，溢洪道開始泄洪，輸水洞不參與泄洪.

參照2008年石家莊市水利水電勘測設(shè)計研究院編制完成的《石家莊市靈壽縣砂子洞水庫除險加固工程初步設(shè)計報告》的成果，將2018年作為水平年，則水庫水位、庫容及泄量關(guān)系見表4.

表4 砂子洞水庫水位、庫容、泄量關(guān)系

水庫的調(diào)洪演算，是在已知入庫洪水、泄流建筑物類型與尺寸、運用方式下的水庫蓄泄調(diào)節(jié)計算.其基本原理是逐時段聯(lián)立求解水庫的水量平衡方程和水庫的蓄泄方程.其水量平衡方程為［2］

式中:Q1，Q2為時段 Δt始、末的入庫流量，m3/s;q1，q2為時段 Δt始、末的出庫流量，m3/s;V1，V2為時段Δt始、末的入庫蓄水量，m3;Δt為計算時段，s.

其蓄泄方程為

式中:q為泄流量，m3/s;Z為泄流水頭，m;V為水庫蓄水量，m3.

根據(jù)以上方法計算得調(diào)洪成果見表5.

表5 砂子洞水庫調(diào)洪計算結(jié)果

3.1.2 庫尾回水計算

庫尾回水根據(jù)實測河道斷面，按前述天然河道水面線方法進行計算，計算結(jié)果見表6.

表6 橋位洪水位(回水后)

計算結(jié)果表明該橋位處受水庫回水影響較大，橋下水位基本與水庫水位一致.

3.2 壅水計算

壅水高度和長度采用推薦公式計算［3］:

橋下河道水流受水庫尾水頂托，流速很小，建橋造成的壅水值很小.

3.3 浪高計算

浪高根據(jù)規(guī)范中的公式進行計算［4］:

式中:hb為波浪高，m為風(fēng)速，m/s為沿浪程的平均水深，m;D為計算浪程，m.

經(jīng)計算，橋位斷面處100 a一遇洪水的浪高取計算最大值0.179 m.

3.4 橋梁底高程計算

根據(jù)文獻［4］中有關(guān)公式計算橋梁允許梁底高程.橋梁允許梁底高程由100 a一遇設(shè)計洪水位、壅水高度、2/3風(fēng)浪高、橋下凈空等參數(shù)確定，經(jīng)計算得橋梁底最低允許高程為404.386 m.

3.5 沖於分析

橋位處河段河床質(zhì)以砂礫為主，溢洪道底高程401.67 m(正常蓄水位)，高于該處河底 3.67 m，洪水期庫水頂托，水位較高，水流速度很小，河道的沖刷可忽略［5］.

4 防洪影響評價

4.1 防洪安全性分析

橋設(shè)計防洪標準為100 a一遇，符合國家標準《防洪標準》［6］和《公路橋位勘測設(shè)計規(guī)范》中的設(shè)計要求.橋位處受水庫尾水頂托，行洪斷面大，流速很小，因此，建橋造成壅水幾乎可以忽略.

4.2 行洪形勢影響分析

由于該橋位洪水期庫水頂托，水位較高，水流速度很小，建橋?qū)拥佬泻橛绊懽冃。静挥绊懞拥佬泻樾蝿?

4.3 其他影響評價

建橋后，由于橋位處壅水幾乎可忽略，所以不會對左岸和上游村莊防洪安全產(chǎn)生影響.

橋位斷面河道左岸村級道路高程405.0 m，路面寬度3.5 m，沙石路面，該道路是西溝村與外界的唯一通道，兼做水庫防汛搶險道路.本橋?qū)?yīng)位置的梁底高程406.0 m，其建成后該沙石路面以上凈空只有1.0 m，將阻斷該道路通行，應(yīng)采取相應(yīng)措施.

［1］葉守澤.水文水利計算［M］.北京:中國水利水電出版社，1994.

［2］ 吳持恭.水力學(xué)(上)［M］.北京:高等教育出版社，2003.

［3］水利部長江水利委員會水文局.SL278—2002水利水電工程水文計算規(guī)范［S］.北京:中國水利水電出版社，2002.

［4］交通部公路規(guī)劃設(shè)計院.JTJ062—1991公路橋位勘測設(shè)計規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，1991.

［5］河北省水利水電勘測設(shè)計研究院.大清河流域防洪規(guī)劃報告(河北省部分)［R］.天津:河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，2002.

［6］水利水電規(guī)劃設(shè)計總院.GB 50201—94防洪標準［S］.出版地、出版社不詳，1994.