國道207線五渡大橋洪水計算分析

李 琳

（山西省水利水電勘測設計研究院，太原030024）

1 工程概況

G207線五渡大橋建成于1980年，位于陽泉郊區(qū)城鄉(xiāng)結合處，與桃河垂直相交。承擔著過境車輛和城市運輸的雙重任務，隨著路段內交通量的逐年增加及超重車輛的重負碾壓，橋梁相繼出現了不同程度的損壞，直接威脅著207線交通運輸的通暢和人民生命財產的安全?？紤]該橋所處地理位置，車流量較大，載重車多，雙曲拱橋存在設計及施工不足，斷面抗彎性能穩(wěn)定性不足，整體性差等缺點。目前采取的加固技術難以保證加固效果，故決定在原址拆除舊橋基礎上建新橋。本工程對新建橋梁進行防洪影響評價，并對橋址斷面以上流域的洪水進行分析計算。

2 流域概況

桃河的河源位于山西省壽陽縣東部的土徑嶺，河口位于平定縣娘子關鎮(zhèn)，之后與溫河匯合稱為綿河，自西向東貫穿陽泉市，全長80km，流域面積1310km2，平均縱坡11.3%，總體呈蜿蜒曲折型，河床較穩(wěn)定。上游為亂流以上，本段河床較寬闊，平均400m，彎道半徑較大，有大片灘地形成（如陽泉市區(qū)、平定五礦及二電廠一帶），該區(qū)域為陽泉市的工礦區(qū)，因采礦造成地形地貌的人為破壞嚴重；亂流以下為中游，基本無較大支流匯入，河道橫割太行山屋脊，切割深達數十米到百多米，兩岸懸崖峭壁、巖石裸露，河流湍急，水土流失嚴重，生態(tài)環(huán)境較為惡劣；下游進入陽泉市城區(qū)段，近年來經過疏浚整治，河道較為規(guī)整，兩岸建有濱河公園，生態(tài)環(huán)境較好。

3 洪水分析

3.1 水文測站情況

陽泉水文站為汛期觀測站，由山西省水文站于1955年6月在桃河陽泉段設立，1959年6月改為常年觀測，控制流域面積503km2，1980年1月上遷2km繼續(xù)觀測，并改名為陽泉 （二）站，其控制流域面積490km2，為國家基本水文站。

3.2 暴雨洪水特性

桃河年際豐枯流量差異很大，洪水主要由暴雨形成，流域內山高、坡陡、溝多、流急，暴雨強度大，洪水一般來勢兇猛、流速較大，匯流速度很快，同時量大峰高、歷時短，造成洪水陡漲陡落。另外由于流域內上游河道縱坡較大、支溝眾多，汛期洪水往往挾帶大量卵石、塊石等推移質泥沙，加之城區(qū)段河道彎曲，橋梁多，故局部沖淤現象嚴重。

流域受地形影響，多有局部性暴雨洪災發(fā)生，從統(tǒng)計資料分析看，流域平均每3～4年發(fā)生一次致災性洪水。其中1963年8月23日桃河洪峰流量達1810m3/s。造成市區(qū)河堤決口7處，洪水進入市區(qū)，直接經濟損失達1億元。

3.3 設計洪水計算

依據GB50201—2014《防洪標準》五渡大橋為100年一遇防洪標準，大橋跨越的桃河城區(qū)段河道防洪標準亦為100年一遇。

3.3.1 歷史調查洪水

根據山西省水利廳編制的 《歷史洪水調查成果》，陽泉水文站的歷史洪水調查成果如表1。

表1 陽泉水文站歷史洪水調查 單位：m3/s

續(xù)表1

由表1可知，陽泉站調查期最大洪峰為1945年的2810m3/s，歷史洪水調查期最遠為1896年的2584m3/s，在歷史洪水中洪峰大于2000m3/s有4場洪水，洪峰在1100～1600m3/s之間的有4場洪水，而在實測的61年系列中，最大洪峰2200m3/s發(fā)生在1959年，洪峰在1000～1800m3/s之間的有3場洪水。分析認為陽泉站特大洪水的標準應在2000m3/s以上為宜，故本次設計選取大于2000m3/s的5場作為特大洪水，其中1945年洪峰2810m3/s為1896年以來的最大洪水，重現期確定為122年。

3.3.2 設計洪水

本次收集到陽泉水文站1955～2015年61年的實測洪峰流量系列，實測洪峰流量系列如表2。

表2 陽泉站實測洪峰流量 單位：m3/s

將陽泉站1955～2015年共61年洪峰流量系列加入歷史調查洪水后，進行頻率分析。

特大洪水的經驗頻率根據式（1）計算：

式中 PM為第M項特大洪水經驗頻率；M為特大洪水序位；a為特大洪水個數；N為歷史洪水調查考證期（年）。

實測洪水流量經驗頻率按式（2）估算：

表4 歷次成果比較

式中 Pm為實測洪水流量經驗頻率（%）；a為特大洪水個數；N為歷史洪水調查考證期（年）；mi為按實測洪水流量系列遞減次序排列的序位；l為實測洪水流量系列中按特大洪水流量處理的項數；n為實測洪水流量系列項數。

本次采用P-III型頻率曲線，先由矩法初估均值及Cv，再通過適線法調整參數，適線時盡可能擬合全部特征點。

陽泉站洪峰流量頻率曲線經擬合后如圖1，各不同頻率設計洪峰流量如表3。

圖1 陽泉站洪峰流量頻率曲線

表3 桃河陽泉站洪峰流量成果

五渡大橋位于陽泉水文站下游2km處，控制流域面積534km2，與陽泉站控制流域面積503km2相差6.16%，在10%以內，故橋址處洪峰流量直接采用陽泉站的設計成果，100年一遇洪峰流量2865m3/s。

3.3.3 成果合理性分析

本次計算陽泉站設計成果比較如表4。

由表4可見，由于系列延長本次設計成果較2002年桃河陽泉城區(qū)段河道治理成果減小約10%，較2008年陽泉市桃河河道治理成果較為接近，較2013年陽泉市桃河河道治理初設批復成果減小約2%，根據陽泉站實測洪峰系列可知，本次系列延長的年份為枯水年，洪峰流量呈逐年遞減趨勢，延長洪水系列后的分析成果與以往歷次設計洪水計算成果相比，更加符合洪水變化的實際情況，故認為本次計算成果是比較合理的。

4 結語

本次洪水計算，沒有直接采用以前河道治理的成果，而是通過對洪水系列進行延長，然后采用PIII型頻率曲線進行洪水分析計算，使得本次分析計算成果更加符合洪水變化實際情況，更加合理可靠。