跨區(qū)域高速公路防洪評(píng)價(jià)研究

鄧月運(yùn) 劉學(xué)明 珠江水利委員會(huì)珠江水利科學(xué)研究院

跨河建設(shè)項(xiàng)目為主體功能設(shè)施從河道水面上方跨越而過的具有固定結(jié)構(gòu)的建設(shè)項(xiàng)目。主要包括公路橋、鐵路橋、管橋、渡槽及輸電、通信工程等。其中，跨區(qū)域的屬高速公路橋梁最為常見。本文針對(duì)跨河橋梁對(duì)河道防洪的影響進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。采用數(shù)學(xué)模型計(jì)算的方法進(jìn)行，分析擬建工程實(shí)施后有關(guān)河道潮位、潮汐動(dòng)力的變化情況，分析工程對(duì)河道各種設(shè)施防洪、運(yùn)行能力的影響；計(jì)算分析工程對(duì)工程附近水域沖淤的影響。

1.工程概況

南沙至中山高速公路項(xiàng)目主線起于南沙港快速路的新墾互通，路線向西連續(xù)跨越洪奇瀝水道等，之后路線在橫門水道北側(cè)向西布線，跨越雞鴉水道和小欖水道，至項(xiàng)目終點(diǎn)新隆樞紐互通，與江中高速順接，并與廣澳高速交叉。全長(zhǎng)約32.4km，跨越河道34處和伶仃洋1處。本項(xiàng)目建成后將大灣區(qū)地理核心東、西、北三個(gè)方位的交通打通，與深中通道形成Y型路網(wǎng)，北接南沙（廣州、粵北）、西接中山（粵西），向東快速連接深圳（香港）。項(xiàng)目線路由主線和支線組成，分別為南中高速K線（主線）和萬(wàn)頃沙W3線（支線）。選取具有代表性的橫門西大橋進(jìn)行分析計(jì)算：橫門西特大橋跨越雞鴉水道、小欖水道。工程地理位置圖見圖1。

圖1 橫門西特大橋工程地理位置圖

2.河道概況

雞鴉水道位于中山市境北部，為西江的支流東海水道下分支，是大南聯(lián)圍與文明圍、馬新聯(lián)圍和大南聯(lián)圍與民三聯(lián)圍的分界河；在大南聯(lián)圍尾與小欖水道匯流如橫門水道出海，流長(zhǎng)33k m，河面寬200～300m，低潮水深4～5m。因受潮汐影響，屬雙向流河段，水道宣泄西江洪水，兩岸為主要防洪地區(qū)。

小欖水道位于中山市境北部，為西江支流東海水道的下分支，在港口大南聯(lián)尾與雞鴉水道匯流入橫門水道出海，河長(zhǎng)31km，河面寬150～300m，低潮水深3～3.5m。因受潮汐影響，屬雙向流河段；水道宣泄西江洪水，兩岸為主要防洪地區(qū)。

3.防洪評(píng)價(jià)計(jì)算

3.1 設(shè)計(jì)洪水分析計(jì)算

橫門西特大橋跨越雞鴉水道，雞鴉水道河長(zhǎng)33km，橋梁軸線與水流夾角為1°，設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為300年一遇；跨越小欖水道，雞鴉水道河長(zhǎng)31km，橋梁軸線與水流夾角為1°，設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為300年一遇。

根據(jù)《珠江流域防洪規(guī)劃》及《西、北江下游及其三角洲網(wǎng)河河道設(shè)計(jì)洪潮水面線》成果，西江干流馬口站、北江干流三水站多年各級(jí)頻率設(shè)計(jì)洪峰流量（部分歸槽），如表1所示。

表1

3.2 設(shè)計(jì)潮位分析計(jì)算

《珠江流域防洪規(guī)劃》在計(jì)算洪水水面線時(shí)，下邊界采用八大口門水文控制站（大虎、南沙、馮馬廟、橫門和燈籠山、黃金、西炮臺(tái)、黃沖3水文站）的多年汛期最高潮位均值，同時(shí)參照《珠江流域綜合規(guī)劃修編珠江三角洲主要測(cè)站設(shè)計(jì)潮位復(fù)核報(bào)告》（2011年）中相關(guān)站點(diǎn)潮位；口門控制站以下目前還沒有相應(yīng)的設(shè)計(jì)洪潮水面線計(jì)算成果，需要進(jìn)行補(bǔ)充延伸，補(bǔ)充延伸的計(jì)算主要采用珠江三角洲及河口區(qū)一、二維聯(lián)解潮流數(shù)學(xué)模型進(jìn)行。赤灣站作為伶仃洋海區(qū)控制站，由1964～2002實(shí)測(cè)高潮位資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，求各種頻率設(shè)計(jì)高潮位和多年汛期高潮位平均值，舢舨洲站由1955～1993年實(shí)測(cè)高潮位資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，求得各種頻率設(shè)計(jì)高潮位和多年汛期高潮位平均值。設(shè)計(jì)潮位見表2。

表2

3.3 壅水分析計(jì)算

本文基于MIK E水動(dòng)力學(xué)模型數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)橋梁進(jìn)行防洪綜合影響評(píng)價(jià)，在以洪為主，洪水相應(yīng)的0.33%、0.5%、1%、2%、5%設(shè)計(jì)頻率條件下，工程后，工程上游水位基本保持壅高的趨勢(shì)，除工程橋墩局部區(qū)域較大外，雞鴉水道水位漲幅在0.004m以內(nèi)，工程下游水位略有降低，降低幅度不超過0.004m；小欖水道水位漲幅在0.008m以內(nèi)，工程下游水位略有降低，降低幅度不超過0.012m。雞鴉水道中，工程上游300m以外、工程下游100m以外區(qū)域水位基本不受工程建設(shè)影響；小欖水道中，工程上游500m以外、工程下游300m以外區(qū)域水位基本不受工程建設(shè)影響。

在以潮為主，潮水相應(yīng)的0.33%、0.5%、1%、2%、5%設(shè)計(jì)頻率條件下，工程后，工程上游水位基本保持壅高的趨勢(shì)，除工程橋墩局部區(qū)域較大外，雞鴉水道水位漲幅在0.002m以內(nèi)，工程下游水位略有降低，降低幅度不超過0.003m；小欖水道水位漲幅在0.007m以內(nèi)，工程下游水位略有降低，降低幅度不超過0.009m。雞鴉水道中，工程上游300m以外、工程下游100m以外區(qū)域水位基本不受工程建設(shè)影響；小欖水道中，工程上游500m以外、工程下游300m以外區(qū)域水位基本不受工程建設(shè)影響。

綜上所述，本工程實(shí)施對(duì)洪潮水位的影響主要集中在工程附近水域，雞鴉水道中，影響范圍上達(dá)工程上游300m，下至工程下游100m；小欖水道中，影響范圍上達(dá)工程上游500m，下至工程下游300m。水位變幅總體不超過0.010m。工程的實(shí)施不會(huì)增加三角洲河道的防洪壓力。

3.4 河勢(shì)影響分析計(jì)算

1）小欖水道。橫門西特大橋在小欖水道右岸魚塘中布置兩排共計(jì)4個(gè)橋墩，右岸邊灘魚塘設(shè)置有高埂，該區(qū)域僅在“98.6”洪水水文條件下過水，其余水文組合水位均不能越過高埂。

①流態(tài)。從工程前后流場(chǎng)對(duì)比圖及流向變化統(tǒng)計(jì)來看，工程建設(shè)后，由于工程橋墩作用，其附近局部流向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，流場(chǎng)有所變化，流向變化超過1°的區(qū)域基本局限在工程橋墩所在位置，距離工程越遠(yuǎn)的水域，流向基本不變?？偟膩砜?，工程對(duì)于流向的影響范圍基本在工程上下游50m以內(nèi)（大于0.5°）。橫門西特大橋附近水域整體流態(tài)依然平順，工程對(duì)河道整體流態(tài)及流勢(shì)的影響較小。

②流速。根據(jù)工程前后的流速變化等值線圖及流速變化統(tǒng)計(jì)成果可以看出，工程橋墩東側(cè)主槽、橋墩與堤防間區(qū)域及下游水域流速最大增加，增幅在0.04m/s以內(nèi)；工程附近因橋墩阻水流速減小，最大降幅在0.06m/s以內(nèi)。小欖水道流速變化范圍在工程上下游50m以內(nèi)（大于±0.05m/s）。

2）雞鴉水道。①流態(tài)。從工程前后流場(chǎng)對(duì)比圖及流向變化統(tǒng)計(jì)來看，由于工程橋墩作用，其附近局部流向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，流場(chǎng)有所變化，流向變化超過1°的區(qū)域基本局限在工程橋墩所在位置，距離工程越遠(yuǎn)的水域，流向基本不變?？偟膩砜?，工程對(duì)于流向的影響范圍基本在工程上下游50m以內(nèi)（大于0.5°）。雞鴉水道工程附近水域整體流態(tài)依然平順，工程對(duì)河道整體流態(tài)及流勢(shì)的影響較小。流場(chǎng)變化圖及流速變化等值線云圖見圖2。

圖2

②流速。根據(jù)工程前后的流速變化等值線圖及流速變化統(tǒng)計(jì)成果可以看出，落急時(shí)刻，工程橋墩西側(cè)主槽、橋墩與堤防間水域流速增大，增幅在0.05m/s以內(nèi)；工程上、下游邊灘水域流速減小，降幅在0.06m/s以內(nèi)；漲急時(shí)刻，工程橋墩下游、橋墩與堤防間水域流速增大，增幅在0.05m/s以內(nèi)；工程上游因橋墩阻水流速減小，降幅在0.02m/s以內(nèi)。雞鴉水道流速變化范圍在工程上游100m、下游200m以內(nèi)（大于±0.05m/s）。

綜上所述，擬建工程對(duì)流速影響僅局限于工程附近，且流速、流向變化較小，因此，擬建工程對(duì)工程附近流速及流態(tài)影響不大。

4.結(jié)論與建議

（1）橫門西特大橋工程位于橫門水道上游建設(shè)，考慮橫門水道在河口泄洪中的重大作用以及河口泄洪整治規(guī)劃關(guān)于保障橫門泄洪能力的整治目標(biāo)，建設(shè)方案將橋跨做了優(yōu)化，主跨由原來的300m增大至390m，主墩調(diào)整至河道邊灘；跨小欖水道平均阻水比為0.34%，跨雞鴉水道平均阻水比為0.39%。在各洪潮水文組合條件下，擬建工程附近水位壅高值在0.010m以內(nèi)，工程建設(shè)對(duì)橫門水道泄洪影響不大。

目前，工程跨中順大圍、瀝心沙圍及萬(wàn)頃沙圍已完成達(dá)標(biāo)加固，所跨民三聯(lián)圍尚未完成達(dá)標(biāo)加固建設(shè)。橫門西特大橋跨民三聯(lián)圍處，承臺(tái)與堤腳距離超過18m，梁底凈空大于19m。工程建設(shè)給未來民三聯(lián)圍堤防達(dá)標(biāo)加固留足了空間，工程建設(shè)對(duì)規(guī)劃實(shí)施影響較小。因此，項(xiàng)目建設(shè)與現(xiàn)有水利規(guī)劃不矛盾，且不會(huì)影響現(xiàn)有橋位河段規(guī)劃實(shí)施。

（2）根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2015）和設(shè)計(jì)方案，雞鴉水道左岸（民三聯(lián)圍）堤頂高程5.42m，跨堤處梁底最低高程為25.14m，凈空高度為19.72m，梁底凈空均大于5.5m。小欖水道右岸（中順大圍）堤頂高程5.08m，橋梁跨堤處梁底高程為25.08m，梁底凈空高度為20.00m，梁底凈空大于5.5m。擬建各橋梁最低梁底高程遠(yuǎn)高于橋址處設(shè)計(jì)洪水位，洪水期間橋梁上部結(jié)構(gòu)不會(huì)對(duì)河道行洪產(chǎn)生影響。

（3）經(jīng)計(jì)算，在300年一遇設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，橫門西特大橋跨雞鴉水道工程橋下壅水高度為0.002m，最大壅水長(zhǎng)度為400m；跨小欖水道工程橋下壅水高度為0.007m，最大壅水長(zhǎng)度為800m。工程建設(shè)對(duì)河道潮位的影響不大。

（4）擬建橫門西特大橋跨雞鴉水道處梁底與工程左岸堤頂凈空為19.72m；跨小欖水道處梁底與工程右岸堤頂凈空為20.00m。擬建各橋梁梁底與規(guī)劃堤頂高程之間凈高均大于5.5m。另外，左、右岸邊墩均未布置于堤防設(shè)計(jì)斷面內(nèi)。因此，工程建設(shè)不占用防汛搶險(xiǎn)通道，不會(huì)影響防汛交通。

（5）根據(jù)設(shè)計(jì)資料，考慮行洪安全，河道主槽內(nèi)的橋梁建議安排在非汛期施工，工程施工期間應(yīng)加強(qiáng)管理，編制完善的防汛施工方案，合理組織施工，確保施工過程中堤圍的安全。減小對(duì)河道周圍環(huán)境的破壞和影響。