娘子關(guān)瀑布景區(qū)人行懸索橋工程防洪分析

劉新華

（平定縣河長制辦公室工作處，山西 平定 045200）

1 工程概況

1.1 項目位置

娘子關(guān)風(fēng)景區(qū)位于山西省陽泉市平定縣城東45km 處，娘子關(guān)是古代的一處關(guān)隘。為了提高景區(qū)知名度和吸引更多的游客，在景區(qū)內(nèi)建設(shè)了懸索玻璃吊橋，懸索玻璃吊橋位于娘子關(guān)景區(qū)內(nèi)，垂直于綿河河道。

1.2 氣象

綿河流域?qū)贉貛Т箨懶詺夂?，多年平均降水量?37mm，最多年份為866.4mm，最少年平均為240.4mm，豐枯比為3.6。降雨集中在7～8月，占年降水量的50%～60%，多年平均水面蒸發(fā)量為1202mm，流域平均總蒸發(fā)量為409.44mm。7月初最熱，月平均溫度為23.5℃，1月份最冷，月平均溫度為-5℃左右。無霜期為160～180 d，平均風(fēng)速2m/s，最大風(fēng)速28m/s。

1.3 河道概況

綿河為滹沱河的支流，屬于海河流域子牙河水系。其上游分為桃河和溫河兩支，在平定縣娘子關(guān)鎮(zhèn)會合后稱為綿河，向東出省界進入河北省，在井陘縣境內(nèi)與甘陶河匯合以后稱為冶河，在河北平山縣匯入滹沱河。綿河以桃河為主源，在山西省境內(nèi)河長84km。出境處河底高程為342.5m，為陽泉市最低點。該河為山間河流，呈蜿蜒型。因有娘子關(guān)溶巖泉的匯入，河流水量充沛，多年平均流量達14.26m3/s，其中娘子關(guān)泉水流量為12m3/s，為山西省最大的泉水。綿河在山西省的流域總面積為2507km2。

懸索玻璃吊橋上下游兩岸沒有堤防，均為石灰?guī)r。河道右岸為游步路，距離河道高差5.0m，河道左岸為玻璃棧道，玻璃棧道距離河底高差18.0m。

1.4 項目建設(shè)情況

懸索玻璃吊橋垂直于河道橫跨綿河兩岸，橋梁共設(shè)兩個索塔，索塔均位于河道外的基巖上。全長71.48m，總寬2.3m，凈寬1.8m。南側(cè)索塔高14.4m，塔下設(shè)5.1m×4.3m×1m 承臺，南側(cè)錨固轉(zhuǎn)臺4 縱1 橫組合鋼梁，轉(zhuǎn)換梁后背如有空隙在主索就位后用素混凝土填實；北側(cè)混凝土錨固轉(zhuǎn)臺4.15m×4m×2.2m；主索纜體為φ5×91 平行鋼絲；主橋兩側(cè)均設(shè)置20m預(yù)應(yīng)力錨；主橋的矢跨比1∶14.3，橋面拱起0.2m。

懸索玻璃吊橋北側(cè)與玻璃棧道相連接，玻璃棧道位于河道左岸，長190m，距離河底高差為18.0m，玻璃棧道通過臺階和漫水橋與河道右岸游步路相連接，水電站下游游步路距離河底高程差為5.0m，漫水橋距離河底高差為1.0～3.0m，懸索玻璃吊橋距離河底高差為20.0m。

水電站上游河道右岸建有廣場，廣場距離河底高程差為8.0m，廣場南側(cè)為游步路，游步路距離河底高程差為9.0m。

1.5 河道歷史演變概況

河床演變規(guī)律與河道特征是密切相關(guān)的，不同特征的河道將呈現(xiàn)不同的演變規(guī)律。影響河床演變的因素十分復(fù)雜，主要包括來水、來沙、河床、河岸上地質(zhì)地貌等邊界條件以及下游侵蝕作用的影響，這些因素又與河流本身的特點相結(jié)合，使河流處于不斷的變化發(fā)展過程之中。但起主要影響作用的是流量的大小及變化、流域來沙及其組成、河道比降、河床地質(zhì)組成、河床形態(tài)等。

建設(shè)項目河段的河道變化，主要受天然洪水和人為的干預(yù)影響，一般情況下，大水年份河道沖淤變幅大，一般年份變幅小，豐水年表現(xiàn)為沖刷，枯水年表現(xiàn)為淤積。

本項目建設(shè)在河道兩岸均為基巖，河流被限制在河道內(nèi)，河床較為穩(wěn)定。

2 防洪分析

2.1 防洪評價標準的確定

懸索玻璃吊橋為人行景觀橋，道路標準為4 級道路。吊橋長度為71.48m，單孔跨徑為71.48m，根據(jù)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60-2015）規(guī)定，該橋梁為大橋。根據(jù)《防洪標準》（GB 50201—2014）規(guī)定，4 級道路大橋的防洪標準為50年一遇。玻璃棧道、游步路、漫水橋、廣場和懸索玻璃吊橋是一個整體工程，防洪標準跟懸索玻璃吊橋一致，為50年一遇。因項目區(qū)河道所在河流為旅游風(fēng)景區(qū)，確定綿河防洪標準為20年一遇。

2.2 水文分析

綿河在山西省的流域總面積為2507km2，境內(nèi)河長84km。設(shè)計斷面控制流域為2501km2，地都水文站位于綿河干流上，控制流域面積2521km2，為國家基本水文站。設(shè)計斷面控制流域面積與地都水文站控制流域面積較為接近，且氣候特征和下墊面條件相似，因此設(shè)計洪水計算，采用地都水文站作為參證站，利用水文比擬法進行計算。地都站設(shè)計洪水，采用已經(jīng)審查的《陽泉市娘子關(guān)供水二期工程初步設(shè)計補充說明書》中地都站設(shè)計成果。經(jīng)計算，設(shè)計斷面100年一遇洪峰流量為5408m3/s，50年一遇洪峰流量為4186m3/s，20年一遇洪峰流量為2655m3/s。

2.3 水面線分析計算

本次評價按明渠恒定非均勻流進行水力計算，采用試算法推求天然河道的水面曲線。在懸索玻璃吊橋上下游布設(shè)14 個計算斷面，0+950 斷面為玻璃吊橋。經(jīng)計算，建橋前和建橋后發(fā)生50年、20年一遇設(shè)計洪水各斷面水面曲線計算結(jié)果見表1、表2。

2.4 橋梁高度及沖刷復(fù)核

玻璃吊橋發(fā)生20年一遇洪水時，復(fù)核底板高程376.16m，實際高程385m，滿足凈空要求；發(fā)生50年一遇洪水時，復(fù)核底板高程378.85m，實際高程385m，滿足凈空要求?？梢姌蛄簶虻赘叱虧M足20年一遇洪水防洪標準和50年一遇防洪標準。

綿河20年一遇洪水沖刷深度為2.5m，50年一遇洪水沖刷深度為3.2m。玻璃懸索吊橋索塔位于河道外的基巖上，索塔為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，橋梁滿足20年一遇洪水和50年一遇洪水沖刷要求。游步路、漫水橋、廣場均為混凝土結(jié)構(gòu)，因此滿足20年一遇洪水和50年一遇洪水沖刷要求。玻璃棧道滿足20年一遇洪水防洪標準和50年一遇防洪標準。

3 防洪綜合評價

3.1 與現(xiàn)有水利規(guī)劃的關(guān)系與影響分析

工程項目位于陽泉市平定縣，目前該段河道沒有相關(guān)水利工程規(guī)劃。

表1 建橋前、后P=2%水面線計算成果

3.2 與現(xiàn)有防洪標準適應(yīng)性分析

懸索玻璃吊橋、玻璃棧道、游步路、漫水橋和廣場防洪標準為50年一遇；工程段河道防洪標準為20年一遇。符合相關(guān)《防洪標準》（GB 50201—2014）相關(guān)規(guī)定要求。

表2 建橋前、后P=5%水面線計算成果

3.3 建設(shè)項目對行洪安全的影響分析

建橋前發(fā)生50年一遇洪水時，最大水深為12.3～15.4m，平均流速4.64～9.31m；發(fā)生20年一遇洪水時，最大水深為9.40～12.61m，平均流速3.97～8.54m/s。建橋后發(fā)生50年一遇洪水時，水位升高0.01m，發(fā)生20年一遇洪水時，水位不變。

發(fā)生20年一遇洪水時，最大水深為9.40～12.61m，水電站下游游步路距離河底高差為5.0m，漫水橋距離河底高差為1.0～3.0m，廣場距離河底高差為8.0m，水電站上游游步路距離河底高差為9.0m。因此發(fā)生20年一遇洪水時，游步路、漫水橋、廣場均被洪水淹沒，不滿足20年一遇防洪標準。

發(fā)生50年一遇洪水時，最大水深為12.3～15.4m，水電站下游游步路距離河底高差為5.0m，漫水橋距離河底高差為1.0～3.0m，廣場距離河底高差為8.0m，水電站上游游步路距離河底高差為9.0m。因此發(fā)生50年一遇洪水時，游步路、漫水橋、廣場均被洪水淹沒，不滿足50年一遇防洪標準。

3.4 工程對河勢穩(wěn)定性影響分析

懸索玻璃吊橋橫跨綿河，橋墩基本順水流方向布置，當發(fā)生50年一遇洪水時，橋墩阻水比很小，水位升高0.01m，對流速及水流方向基本沒有改變，大橋工程建成后對河勢穩(wěn)定性影響不大。

玻璃棧道位于50年洪水位以上，工程建設(shè)不會對河勢產(chǎn)生不利影響。

發(fā)生20年一遇洪水和50年一遇洪水時，游步路、漫水橋、廣場均被洪水淹沒，會對河勢產(chǎn)生一定影響。

3.5 對防汛搶險的影響分析

根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50286-2013）10.4.2 規(guī)定，跨堤建筑物、構(gòu)筑物與堤頂之間的凈空高度，應(yīng)滿足堤防交通、防汛搶險、管理維修等方面的要求。

懸索玻璃吊橋橋底板高程為385.0m，河道右岸游步路高程為370.8m，凈空高度大于5m，不影響防汛搶險。因此，吊橋在運行期間對防汛搶險無影響。

3.6 工程建設(shè)對第三人合法水事權(quán)益的影響分析

懸索玻璃吊橋的建設(shè)，要永久或臨時占用河道管理范圍內(nèi)的土地，因此，建設(shè)單位應(yīng)與有關(guān)管理部門及時聯(lián)系和協(xié)商，解決施工時對已經(jīng)確權(quán)劃界土地的征、占、用問題等，不因懸索玻璃吊橋的建設(shè)影響以后的河道整治和管理。

3.7 對周邊環(huán)境及水質(zhì)的影響

懸索玻璃吊橋位于娘子關(guān)泉域重點保護區(qū)，在施工過程中要防止廢棄物對泉域水質(zhì)造成污染；在運行過程中，防止游客在吊橋上面扔垃圾和拋棄廢棄物，以免對水質(zhì)造成污染。

4 防治與補救措施

4.1 對河道泄洪、河道管理影響的防治補救措施

工程施工時，施工設(shè)施、便道、料場及生活區(qū)域等，將會對河道行洪產(chǎn)生影響，為確保汛期的防洪安全，施工期內(nèi)工程建設(shè)部門應(yīng)與流域管理部門密切配合，嚴格按照指定的度汛方案進行施工；施工后期應(yīng)逐步拆除及清理施工場地，推平施工道路，清理棄渣等殘余物，恢復(fù)河道原貌，以利于河道行洪暢通。

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(yù)報，合理安排工期，以確保順利施工和安全度汛?？⒐を炇涨?，應(yīng)及時清除施工便道等臨時建筑物，所產(chǎn)生的棄渣廢料也應(yīng)及時清理出河道，集中處理，并按有關(guān)規(guī)范要求恢復(fù)河道原貌，以保證汛期行洪安全。

4.2 對行洪安全影響的補救措施

工程建設(shè)階段水泥、石料、鋼材等建筑材料，工程棄渣、生活垃圾將存放在河道外。景區(qū)投入運行后，發(fā)生20年一遇洪水和50年一遇洪水時，游步路、漫水橋、廣場被洪水淹沒，游客應(yīng)及時撤出景區(qū)，保障生命財產(chǎn)安全。

4.3 減少對環(huán)境、水質(zhì)影響的防治措施

建設(shè)初期應(yīng)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(yù)測和評估，并擬定減少影響所應(yīng)該采取的措施；對施工區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)、生活產(chǎn)生的廢水、污水，鉆機廢棄的油污、泥漿、棄渣等應(yīng)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、岸邊開挖等毀壞的河道內(nèi)的堤防、生物保護和地表植被進行恢復(fù)。

4.4 對第三人合法水事權(quán)益影響的補救措施

懸索玻璃吊橋要永久或臨時占用河道管理范圍內(nèi)的土地，建議建設(shè)單位應(yīng)與有關(guān)單位協(xié)商解決并編制設(shè)計預(yù)算，給予相應(yīng)補償。

5 結(jié)語

通過對娘子關(guān)景區(qū)進行防洪分析、綜合評價，懸索玻璃吊橋不占用河道行洪斷面，工程在運行期內(nèi)基本不影響河道行洪。景區(qū)投入運行后，應(yīng)與氣象水情部門及時聯(lián)絡(luò)，發(fā)生較大洪水時，游客應(yīng)及時撤出景區(qū)，保障生命財產(chǎn)安全。