渾河動(dòng)漫橋防洪評(píng)價(jià)計(jì)算與分析

門 亮

（遼寧省葠窩水庫管理局，遼寧遼陽111000）

渾河動(dòng)漫橋防洪評(píng)價(jià)計(jì)算與分析

門 亮

（遼寧省葠窩水庫管理局，遼寧遼陽111000）

本文結(jié)合渾河動(dòng)漫橋所在位置，確定計(jì)算范圍與條件，采用河道一維恒定流對(duì)建橋前后壅水高度及影響范圍進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，分析了50年一遇、100年一遇標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，建橋后水位最大壅高值、橋前水位、影響范圍以及左右岸堤防布設(shè)，最后綜合分析建橋?qū)ι蜿柍鞘蟹篮橛绊懺u(píng)價(jià)。

防洪計(jì)算；橋梁雍水；一維數(shù)學(xué)模型；評(píng)價(jià)分析

沈陽市渾河動(dòng)漫橋工程位于沈陽市區(qū)東南部，沈陽鳥島風(fēng)景區(qū)的上游，北起沈通線交叉口，南至濱堤路交叉口，是連通渾南、渾北的又一個(gè)新通道。依據(jù)沈陽市城市總體規(guī)劃，路線總體呈南北走向，平面線形平順。擬建動(dòng)漫橋?yàn)橹谐惺斤h帶形提籃拱橋，全橋總長(zhǎng)885m，下游距東陵橋約5.5km，上游距高坎橋約3.3km。工程建成后，城市基礎(chǔ)設(shè)施更加完善，渾河南北兩岸的溝通更加方便，城市環(huán)境及城市形象將極大提高，對(duì)調(diào)整城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、吸引內(nèi)外商的投資及加快渾南新區(qū)的發(fā)展具有重要意義。

本文采用河道一維恒定流對(duì)規(guī)劃條件下建橋前后壅水高度及影響范圍進(jìn)行計(jì)算，最后綜合評(píng)價(jià)建橋?qū)Ψ篮榭赡茉斐傻挠绊憽?/p>

1 計(jì)算范圍

計(jì)算范圍從下伯官壩下游至干河子壩上游斷面，計(jì)算范圍內(nèi)河道全長(zhǎng)5.26km；布置河道計(jì)算橫斷面10條，斷面布置見圖1。

圖5 .1 水力計(jì)算斷面布置圖

2 計(jì)算條件

2.1 計(jì)算頻率及流量

擬建動(dòng)漫橋工程設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，根據(jù)渾河沈陽城市防洪規(guī)劃研究成果，渾河干流左岸下伯官壩至干河子壩段，防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，堤防工程的級(jí)別為2級(jí)，規(guī)劃修建堤防。右岸七間房段防洪標(biāo)準(zhǔn)50年，以東高公路為行洪邊界，護(hù)岸為主，由于地勢(shì)較高，規(guī)劃不建堤防。因此水力計(jì)算選取P=2%、P=1%頻率洪水進(jìn)行計(jì)算。

沈陽市渾河動(dòng)漫橋工程位于撫順站與沈陽站之間，根據(jù)工程位置、撫～沈區(qū)間水系分布及洪水來源情況，動(dòng)漫橋工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算的控制斷面選定在小沙河入?yún)R口。沈撫區(qū)間面積僅1256km2，當(dāng)流域發(fā)生較大洪水時(shí)，降雨都會(huì)籠罩全部區(qū)間范圍。根據(jù)最大組合流量與集水面積間的線性關(guān)系推求渾河干流小沙河口處組合流量，以此作為渾河動(dòng)漫橋工程水力計(jì)算洪水組合流量，不同頻率洪水洪峰流量見表1。

表1 渾河動(dòng)漫橋工程水力計(jì)算洪水組合成果表

2.2 起點(diǎn)水位

動(dòng)漫橋水力計(jì)算起點(diǎn)水位，采用干河子壩設(shè)計(jì)條件下的壩上斷面相應(yīng)流量對(duì)應(yīng)的水位見表2。

表2 干河子壩水位流量關(guān)系表

根據(jù)水位流量關(guān)系，推求計(jì)算頻率P=2%、P=1%時(shí)流量對(duì)應(yīng)的水位，作為水力計(jì)算起始水位，成果見表3。

表3 動(dòng)漫橋工程水力計(jì)算起點(diǎn)水位成果表

2.3 河道糙率

渾河沈陽段河道橫斷面為復(fù)式河槽，其糙率按主槽、左灘、右灘分別選定。渾河沈陽段規(guī)劃修編中主槽糙率值采用0.026～0.035。經(jīng)綜合分析，計(jì)算主槽糙率值采用0.029～0.032，與修編報(bào)告中該段主槽糙率基本一致。灘地糙率值采用0.075～0.08，與修編報(bào)告中糙率值一致。計(jì)算選定糙率見表4。

表4 渾河動(dòng)漫橋工程水力計(jì)算主要斷面糙率選定表

3 一維數(shù)學(xué)模型

水面線采用能量方程式進(jìn)行計(jì)算，河道范圍內(nèi)橋梁壅水計(jì)算采用以下公式。

（1）河道水面線采用恒定非均勻流公式推算，基本方程式為：

式中，ΔZ—上下游水位差；

L—上下游流心距；

V上—上游斷面平均流速；

V下—下游斷面平均流速；

（2）橋梁壅水計(jì)算

公路橋壅水高度計(jì)算公式：

式中，ΔZ—橋前最大壅水高度，m；

VOM—天然狀態(tài)下平均流速，m/s，

QOM—天然狀態(tài)下橋下通過的設(shè)計(jì)流量，m3/s；

ωOM—橋下過水面積，m2；

VM—橋下平均流速，

QP—設(shè)計(jì)流量，m3/s；

ωJ—橋下凈過水面積，m2；

KP—考慮沖刷引入的流速折減系數(shù)，取KP=1；

KN—定床壅水系數(shù)；＞2.78時(shí)，取KN=1.50。

4 結(jié)果與分析

各頻率水面線及橋壅水值計(jì)算結(jié)果見表5，水力計(jì)算水面線見圖2。

圖2 水力計(jì)算水面線圖

發(fā)生50年一遇、100年一遇標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，橋前水位最大壅高值分別為0.04m、0.05m，橋前水位分別為55.61m、55.91m。受橋墩壅水影響，動(dòng)漫橋上游至下伯官壩下均產(chǎn)生壅水，影響范圍3.93km。

動(dòng)漫橋橋址右岸設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)50年，且地勢(shì)較高，規(guī)劃不建堤防，地面高程均在57.2m以上，建橋后100年一遇水位55.91m，對(duì)右岸防洪基本無影響；動(dòng)漫橋橋址左岸規(guī)劃修建50年一遇標(biāo)準(zhǔn)防洪堤防，規(guī)劃堤頂標(biāo)高58.56m，較100年一遇水位55.91m高2.65m，滿足防洪要求。

表5 計(jì)算水位及壅高值結(jié)果

5 綜合評(píng)價(jià)

5.1 與現(xiàn)有水利規(guī)劃的關(guān)系及影響

渾河干流右岸煙臺(tái)村至渾北壩段，防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，左岸下伯官攔河壩至干河子壩段，規(guī)劃防洪標(biāo)準(zhǔn)也為50年一遇。擬建的動(dòng)漫橋工程位于干河子壩至煙臺(tái)村區(qū)間，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，其標(biāo)準(zhǔn)高于本河段防洪標(biāo)準(zhǔn)，建橋不會(huì)改變水利規(guī)劃的實(shí)施。

5.2 對(duì)行洪安全的影響

根據(jù)規(guī)劃條件下水力計(jì)算結(jié)果，50年一遇洪水水位壅高0.04m，橋前水位為55.61m；100年一遇洪水水位壅高0.05m，橋前水位為55.91m。動(dòng)漫橋橋址處右岸防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，地勢(shì)較高，以東高公路為行洪邊界，規(guī)劃不建堤防，橋址處地面高程57.2m。左岸現(xiàn)狀無堤，橋址處灘地高程55.00m，規(guī)劃修建50年一遇標(biāo)準(zhǔn)堤防，橋址處堤頂高程58.56m。建橋后橋址至下伯官壩下河道均產(chǎn)生壅水，最大壅水0.06m。由于兩岸均有較大的安全超高值，建橋不會(huì)影響該河段的防洪安全。

5.3 對(duì)河勢(shì)穩(wěn)定的影響

建橋后，由于橋墩的影響，橋址處流速增大，會(huì)引起局部沖刷，可能會(huì)引起局部河段發(fā)生一定的調(diào)整，但河道內(nèi)的沖淤變化仍以自然演變?yōu)橹?，?duì)該河段未來的演變趨勢(shì)和河勢(shì)穩(wěn)定不會(huì)產(chǎn)生大的影響。

5.4 對(duì)河段通行的影響

左側(cè)旅游路附近橋梁設(shè)計(jì)梁底高程61.1m，與灘地之間凈空約5.7m，滿足灘地旅游路最小凈空高度4.5m要求。動(dòng)漫橋主槽梁底較通航最高水位53.1m高11.2m，滿足內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)中凈高8m的要求。

6 結(jié)語

本文采用水力計(jì)算的方法，開展了渾河動(dòng)漫橋防洪評(píng)價(jià)計(jì)算與分析，計(jì)算結(jié)果符合實(shí)際情況，可作為建橋后兩岸堤防建設(shè)的依據(jù)。若通過物理模型試驗(yàn)進(jìn)一步進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)計(jì)算分析結(jié)果更加客觀、可靠。同時(shí)建橋后對(duì)現(xiàn)有水利規(guī)劃實(shí)施、河床演變和河勢(shì)的發(fā)展、河道通航及旅游路通行等進(jìn)行了防洪綜合影響評(píng)價(jià)。分析方法與成果可為開展類似工作及河道管理部門提供一定的依據(jù)和參考。

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TV122

B

1008-1305（2017）01-0150-03

DO I:10.3969/j.issn.1008-1305.2017.01.045

2016-05-10

門 亮（1987年—），男，助理工程師。