山西省中部引黃工程橋頭渡槽防洪影響評價

楊菊香

(山西省水利水電勘測設計研究院有限公司，山西 太原 030024)

1 基本情況

1.1 橋頭渡槽概況

山西省中部引黃工程橋頭渡槽位于山西省保德縣橋頭鎮(zhèn)石堎灣村，穿越朱家川河及神保公路。橋頭渡槽總長195m，設計流量23.05m3/s，設計縱坡1/2500，為2級供水工程主要建筑物，設計洪水標準為50年一遇，校核洪水標準為200年一遇。槽跨布置為中間3跨每跨長45m，左右各1跨長30m。渡槽設計梁底板高程為1018.25m。渡槽槽墩及槽臺共設有6個，0#和5#槽臺、1#和4#槽墩設置在陡峭的半山坡上，2#和3#槽墩位于朱家川河道內(nèi)。槽墩采用鋼筋混凝土重力式空心墩，矩形，尺寸為7.2m×3.5m。槽墩基礎(chǔ)厚3.5m，其下為樁基礎(chǔ)，樁深18m。橋頭渡槽2#、3#槽墩布置如圖1所示。

圖1 橋頭渡槽2#、3#槽墩布置圖

1.2 朱家川河概況

朱家川河為黃河一級支流，發(fā)源于管涔山西麓的神池縣小寨鄉(xiāng)金土梁村、達木河村一帶，流經(jīng)五寨、河曲縣，于保德縣楊家灣鎮(zhèn)花園村附近匯入黃河，全長167.6km，河道比降5.02‰，流域面積2903km2。朱家川河在保德段為窄深型溝槽，底寬約80m，河谷呈“U”型，岸坡陡立，底部近乎直立，上部較緩。

根據(jù)《山西省朱家川河流域綜合規(guī)劃修編報告》及GB 50201—2014《防洪標準》，渡槽跨越朱家川河河段現(xiàn)狀河道防洪標準為10年一遇，規(guī)劃河道防洪標準為20年一遇。

1.3 暴雨洪水條件

朱家川河為季節(jié)性河流，區(qū)域性洪水歷時短暫，多發(fā)生于7—8月份。年際洪枯流量差異大，洪水主要由暴雨形成，流域內(nèi)山高、坡陡、溝多、流急，暴雨強度大，洪水匯流速度快，來勢猛、流速大，洪水暴漲暴落，峰高、量大、歷時短。由于流域上游支溝較多、河道縱坡大，汛期洪水往往挾帶大量卵石、塊石等推移質(zhì)泥沙。

橋頭水文站位于保德縣橋頭鎮(zhèn)橋頭渡槽下游約4km處，控制流域面積2854km2，具有1956年至今的水文資料，資料經(jīng)過整編，可用作洪水設計工作。經(jīng)復核計算橋頭水文站10年一遇洪峰流量931m3/s，20年一遇洪峰流量1564m3/s，50年一遇洪峰流量2529m3/s，200年一遇洪峰流量4159m3/s。橋頭渡槽控制流域面積2813km2，與橋頭水文站控制流域面積2854km2接近，故直接采用橋頭水文站洪水分析成果。

表1 洪水位及壅水分析成果表 單位：m

2 河道過流能力計算

2.1 河道現(xiàn)狀

橋頭渡槽與朱家川河河道相交角度90°，與神保公路相交角度90°。渡槽位置處河道兩岸岸坡陡立，為天然河道，未進行過治理。河道寬度60～90m，河底高程956.0m，河床基本由卵石混合砂土組成，河床干涸，水量滲漏大。渡槽上游神保公路沿河段有漿砌石防護。渡槽上游1km內(nèi)有神朔鐵路兩次穿越河流，渡槽下游138m處有一座小村橋跨河。橋頭渡槽上下游橋梁位置關(guān)系如圖2所示。

圖2 橋頭渡槽上下游橋梁位置關(guān)系圖

2.2 河道過流能力計算

橋頭渡槽下游138m處為一座小村橋，小村橋橋孔斷面為城門洞型，上部為圓拱形，拱高2m，下部近似為矩形，底寬10m，高9m。橋下河道斷面窄深，在上下游河道中恰好形成一個卡口，符合水面線初始斷面的選擇要求，故作為水面線計算的初始斷面。采用堰流公式考慮淹沒出流對該斷面的水位-流量關(guān)系進行計算，可得：洪峰流量為931m3/s時，相應洪水位為964.30m；洪峰流量為1564m3/s時，相應洪水位為967.94m?？梢姲l(fā)生10年一遇洪水時，該斷面位置處水深為9.8m，在小村橋過流范圍內(nèi)，故小村橋過流能力可滿足10年一遇洪水。以此小村橋作為計算起始斷面，采用一維恒定非均勻漸變流方程，自下游向上游推算水面線，可以得渡槽斷面處洪水位成果。

3 渡槽建設后防洪影響評價

3.1 洪水位及壅水分析

采用2.2節(jié)同樣的計算方法推算渡槽建設后不同頻率的河道水面線，洪水位及壅水分析計算成果見表1。橋頭渡槽建設后，位于河道內(nèi)的2#和3#槽墩占據(jù)過水面積，增大了水流阻力，造成河道一定范圍內(nèi)水位壅高，行洪能力降低。

發(fā)生10年一遇洪水時，橋頭渡槽槽址上游最大壅水高度為0.10m，壅水長度為303m。發(fā)生20年一遇洪水時，橋頭渡槽槽址上游最大壅水高度為0.09m，壅水長度為303m。渡槽的建設對河道行洪影響甚微。

橋頭渡槽橫跨朱家川河，槽墩基本順水流方向布置，當發(fā)生10年一遇洪水時，橋頭渡槽槽墩阻水比為17.22%，發(fā)生20年一遇洪水時，橋頭渡槽槽墩阻水比為17.18%，對流速及水流方向有一定改變。橋頭渡槽2#槽墩對河勢穩(wěn)定有一定影響，將加重對下游左岸的沖刷。

橋頭渡槽建設前后，當發(fā)生50年一遇洪水時均會淹及左岸神保公路，故神保公路上游1km內(nèi)已進行過防護。渡槽建設后，槽墩墩柱束窄河道，造成橋位一定范圍內(nèi)水位壅高，壅水范圍為429m，上游257m處神朔鐵路橋壅高僅為0.04～0.16m，不會影響到鐵路橋正常運行。

表2 渡槽梁底部高程復核計算成果表 單位：m

3.2 沖刷分析

根據(jù)中部引黃工程橋頭渡槽地質(zhì)資料及橋頭渡槽技施地質(zhì)縱斷圖，河床上層碎石土及卵石混合土層(厚度0～3m)施工前已全部挖除，渡槽基礎(chǔ)(厚3.5m)持力層主要為奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組灰?guī)r、豹皮灰?guī)r，樁基礎(chǔ)(深18m)樁端置于其下灰?guī)r、豹皮灰?guī)r層上，并對灰?guī)r、豹皮灰?guī)r巖體較破碎處進行固結(jié)灌漿。因此橋墩基礎(chǔ)已埋設至巖基上，巖基不易被沖刷。

3.3 渡槽梁底部高程復核計算

參考JTGC30—2015《公路工程水文勘測設計規(guī)范》的規(guī)定，確定渡槽梁底部高程，公式如下:

H復核=Hs+△Z+e+△hj

(1)

式中，H復核—渡槽梁底部高程；Hs—設計洪水位；△Z—壅水高度；e—風壅增水、浪高等壅水高度；△hj—渡槽下凈空安全值。

經(jīng)復核，橋頭渡槽梁底部高程應高于976.14m，橋頭渡槽設計梁底板高程為1018.25m，遠高于本次復核結(jié)果，因此渡槽設計滿足防洪標準。渡槽梁底部高程復核成果見表2。

3.4 綜合影響分析

橋頭渡槽3#槽墩緊鄰左岸岸坡，距神保公路約10m，在槽墩施工過程中，需要開挖地基，可能造成岸坡的損毀，對岸坡的穩(wěn)定有影響。渡槽在施工過程中，必將對局部地表進行擾動，而且要永久或臨時占用河道或水利工程管理范圍內(nèi)土地。

朱家川河河道現(xiàn)狀防洪標準為10年一遇，規(guī)劃防洪標準為20年一遇?？缭街旒掖ê拥臉蝾^渡槽設計洪水標準為50年一遇，校核洪水標準為200年一遇。渡槽建設的標準高于河道防洪標準，符合GB50201—2014的規(guī)定。

4 工程影響防治措施

4.1 對河道泄洪、河勢穩(wěn)定影響的防治補救措施

橋頭渡槽跨越朱家川河工程在施工期為確保汛期行洪安全，應采取以下措施：

(1)施工期阻水作用較大的臨建工程的設計方案應報河道主管部門的審批，設計方案應滿足防洪要求。

(2)河道內(nèi)不宜堆放大量的施工物料。如必須在槽址附近棄碴，則應納入渡槽設計并妥善布置。

(3)施工期要與河道主管部門、水情部門保持密切聯(lián)系，根據(jù)洪水預報，及時采取措施，確保防洪安全。

(4)施工結(jié)束后，要及時拆除臨建設施，施工棄渣必須清除至河道以外，盡可能恢復河道原貌，以利洪水通暢渲泄。

(5)橋頭渡槽2#槽墩對河勢穩(wěn)定有一定影響，將加重對下游左岸的沖刷。應對橋頭渡槽下游左岸采取防護措施，避免水流沖刷造成塌岸。防護完成后應請當?shù)厮姓鞴懿块T進行驗收。

4.2 對現(xiàn)有防洪工程與設施影響的防治措施

橋頭渡槽槽墩距離岸坡較近，在槽墩施工過程中，需要開挖地基，可能造成岸坡的損毀，建議渡槽管理部門應與河道管理部門協(xié)商對渡槽、河道以及河岸的管理。在施工過程中如若對岸坡造成損壞，完工后應按原狀對其進行恢復，并請當?shù)厮姓鞴懿块T進行驗收。渡槽建設造成的渡槽上游壅水，不會影響河道的洪水標準。

4.3 減少對環(huán)境與水質(zhì)影響的防治措施

渡槽建設初期應及時做好水土保持工作，對可能造成的水土保持方面的影響做好預測和評估，并擬定減少影響所應該采取的措施。例如對所跨越的河段上下游一定范圍施工時要注意支擋防護，減少對自然環(huán)境的破壞和干擾，盡量減少開挖面，減少對植被的影響。對施工區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)、生活產(chǎn)生的廢水、污水等應通過適當處理，實現(xiàn)達標排放，不得任意棄置或直接向河道排放，避免對河道水質(zhì)及周邊環(huán)境產(chǎn)生污染；對河道、岸邊開挖等毀壞的生物保護和地表植被應進行恢復。

5 結(jié)語

采用水力計算的方法，通過洪水位及壅水計算、沖刷分析、渡槽梁底部高程復核開展了山西省中部引黃工程橋頭渡槽防洪評價工作。結(jié)果表明，渡槽建設后對河道行洪影響不大；對上游鐵路橋正常運行不會影響；對河勢穩(wěn)定有一定影響，將加重對下游左岸的沖刷；計算成果合理符合實際情況，可作為工程建設后河道、兩岸岸坡、上下游橋梁管理的依據(jù)。提出了工程建設對河道泄洪與河勢穩(wěn)定影響、對現(xiàn)有防洪工程與設施影響、對環(huán)境與水質(zhì)影響的相應防治補救措施，可以為河道管理部門及水行政主管部門提供一定的指導和參考。