西沟中桥防洪影响评价

寇国峰，康晓宁，刘宪亮

(1.华北水利水电学院，河南 郑州450011;2.邯郸市水利水电勘测设计研究院，河北邯郸056000;3.河南黄河河务局，河南 郑州450008)

1 项目概况

西沟中桥位于灵寿县寨头乡西沟村东，中心桩号AK24+752.全桥为3孔，单孔跨径为20 m，桥梁全长66 m，设计梁底高程为404.988～406.216 m，上部结构为预制小箱梁，下部采用肋板台、柱式墩、钻孔灌注桩基础.西沟中桥设计标准为100 a一遇，河道防洪标准取10 a一遇.桥位处水流主要来于西部山区坡面汇水，桥位交叉以上断面控制流域面积2.08 km2.中桥位于砂子洞水库蓄水区内，桥位处河底宽8.8 m，河底高程398.00 m，河道左岸村级道路高程405.00 m，路面宽度3.50 m.桥位所在河段河床质以砂砾为主，桥梁与河道夹角为90°.

2 设计洪水计算

2.1 设计暴雨

采用由设计暴雨推求设计洪水的方法［1］，根据2004版《河北省设计暴雨图集》，查得该流域中心不同历时设计点暴雨量和变差系数Cv值及Cv/Cs比值，计算不同频率的点暴雨量，计算结果见表1.

2.2 设计洪峰流量

交叉断面设计洪峰流量选用推理公式法［1］计算，公式的基本形式如下:

表1 西沟桥交叉断面控制流域设计点暴雨量

式中:Qm为洪峰流量，m3/s;hτ为单一洪峰的净雨，mm;τ为流域汇流时间，h;F为流域面积，km2;L为沿主河道从出口断面至分水岭最远点距离，km;J为沿流程L的平均比降，以小数计;m为综合汇流参数，河北省取 m=0.7θ0.137.

计算主要涉及设计暴雨、产流、汇流等几个环节，其中引入设计雨型并采用初损后损法即两刀切法计算设计净雨过程，可得洪峰流量计算成果见表2.

表2 设计洪峰流量

由于西沟中桥桥址位于水库库尾蓄水范围内，需分析水库100 a一遇洪水的库水位.库水位计算需要掌握水库入库洪水过程资料，该成果直接参照2008年石家庄市水利水电勘测设计研究院编制完成的《石家庄市灵寿县砂子洞水库除险加固工程初步设计报告》的洪水成果，见表3和如图1所示.

表3 水库设计洪峰流量

图1 洪水过程线

3 洪水水力计算

3.1 洪水位计算

由于桥位处河道位于库区尾部，其洪水位受水库调洪作用影响较大，并受库尾回水影响.为此，首先根据水库调度原则进行10 a一遇和100 a一遇2个标准的水库洪水调节计算，再进行水库尾部回水计算以确定桥位断面洪水位.

3.1.1 库水位计算

砂子洞水库汛限水位为84.8 m，当库水位超过84.8 m时，溢洪道开始泄洪，输水洞不参与泄洪.

参照2008年石家庄市水利水电勘测设计研究院编制完成的《石家庄市灵寿县砂子洞水库除险加固工程初步设计报告》的成果，将2018年作为水平年，则水库水位、库容及泄量关系见表4.

表4 砂子洞水库水位、库容、泄量关系

水库的调洪演算，是在已知入库洪水、泄流建筑物类型与尺寸、运用方式下的水库蓄泄调节计算.其基本原理是逐时段联立求解水库的水量平衡方程和水库的蓄泄方程.其水量平衡方程为［2］

式中:Q1，Q2为时段 Δt始、末的入库流量，m3/s;q1，q2为时段 Δt始、末的出库流量，m3/s;V1，V2为时段Δt始、末的入库蓄水量，m3;Δt为计算时段，s.

其蓄泄方程为

式中:q为泄流量，m3/s;Z为泄流水头，m;V为水库蓄水量，m3.

根据以上方法计算得调洪成果见表5.

表5 砂子洞水库调洪计算结果

3.1.2 库尾回水计算

库尾回水根据实测河道断面，按前述天然河道水面线方法进行计算，计算结果见表6.

表6 桥位洪水位(回水后)

计算结果表明该桥位处受水库回水影响较大，桥下水位基本与水库水位一致.

3.2 壅水计算

壅水高度和长度采用推荐公式计算［3］:

桥下河道水流受水库尾水顶托，流速很小，建桥造成的壅水值很小.

3.3 浪高计算

浪高根据规范中的公式进行计算［4］:

式中:hb为波浪高，m为风速，m/s为沿浪程的平均水深，m;D为计算浪程，m.

经计算，桥位断面处100 a一遇洪水的浪高取计算最大值0.179 m.

3.4 桥梁底高程计算

根据文献［4］中有关公式计算桥梁允许梁底高程.桥梁允许梁底高程由100 a一遇设计洪水位、壅水高度、2/3风浪高、桥下净空等参数确定，经计算得桥梁底最低允许高程为404.386 m.

3.5 冲於分析

桥位处河段河床质以砂砾为主，溢洪道底高程401.67 m(正常蓄水位)，高于该处河底 3.67 m，洪水期库水顶托，水位较高，水流速度很小，河道的冲刷可忽略［5］.

4 防洪影响评价

4.1 防洪安全性分析

桥设计防洪标准为100 a一遇，符合国家标准《防洪标准》［6］和《公路桥位勘测设计规范》中的设计要求.桥位处受水库尾水顶托，行洪断面大，流速很小，因此，建桥造成壅水几乎可以忽略.

4.2 行洪形势影响分析

由于该桥位洪水期库水顶托，水位较高，水流速度很小，建桥对河道行洪影响变小，基本不影响河道行洪形势.

4.3 其他影响评价

建桥后，由于桥位处壅水几乎可忽略，所以不会对左岸和上游村庄防洪安全产生影响.

桥位断面河道左岸村级道路高程405.0 m，路面宽度3.5 m，沙石路面，该道路是西沟村与外界的唯一通道，兼做水库防汛抢险道路.本桥对应位置的梁底高程406.0 m，其建成后该沙石路面以上净空只有1.0 m，将阻断该道路通行，应采取相应措施.

［1］叶守泽.水文水利计算［M］.北京:中国水利水电出版社，1994.

［2］ 吴持恭.水力学(上)［M］.北京:高等教育出版社，2003.

［3］水利部长江水利委员会水文局.SL278—2002水利水电工程水文计算规范［S］.北京:中国水利水电出版社，2002.

［4］交通部公路规划设计院.JTJ062—1991公路桥位勘测设计规范［S］.北京:人民交通出版社，1991.

［5］河北省水利水电勘测设计研究院.大清河流域防洪规划报告(河北省部分)［R］.天津:河北省水利水电勘测设计研究院，2002.

［6］水利水电规划设计总院.GB 50201—94防洪标准［S］.出版地、出版社不详，1994.