岫岩县炮台山大桥工程防洪评价

□ 崔 巍（辽宁省鞍山水文局）

1 概述

岫岩县炮台山大桥位于大洋河流域中下游，岫岩县城东炮台山大洋河左岸河道上，大桥下游断面在岫岩水文站下游160m处，上游断面在岫岩水文站上游330m处。见图1。大桥全长510m，桥宽8.50m，大桥设计桥跨结构为17跨，跨径30.00m，上部结构为装配式预应力混凝土箱梁，设计桥面高程为桥头84.01m，桥尾82.95m。根据《大洋河岫岩城市段河道防洪规划报告》中岫岩镇主城区的防洪标准为50年一遇，非主城区的防洪标准为20年一遇。本评价报告按照50年一遇防洪标准进行分析计算。

图1 岫岩县炮台山大桥工程位置图

2 设计洪水

2.1 资料选取

大洋河设有岫岩水文站，1957年5月设立，流域面积为910 km2。基本资料选用1957-2010年，连续资料系列为54年。

2.2 历史洪水分析

根据历史洪水调查及文献分析，自1746年以来，大洋河发生较大洪水年份有 1879，1888，1960，1982，1994，1917，1937年等。岫岩站1879年洪水在该资料中记载为最大的洪水，因此1879年洪水为自1746年以来近265年的第一位大洪水，1888年为第二位。实测系列中1982年洪峰大于1917年，1994年和1960年洪峰大于1937年，将其从实测系列中提出，与历史洪水一起排位，即 1982，1917，1994，1960，1937年分别为自 1917年以来94年的第一、二、三、四、五位洪水。实测洪峰系列中前三位空项，其余按连续系列排序计算。

2.3 设计洪峰流量

设计洪峰流量计算频率采用PⅢ型曲线，按绘线读点补矩法，对岫岩站洪峰进行频率计算，得到50年一遇设计洪峰流量为4110m3/s。炮台山大桥工程刚好位于岫岩水文站原断面处，两者同频率设计洪水是相同的。故工程处50年一遇设计洪峰流量也为4110m3/s。

2.4 设计洪水水位

由岫岩水文站水位与流量关系线查的，50年一遇设计洪峰流量4110m3/s对应的设计洪水水位为80.55m。根据岫岩站～炮台山大桥工程北端距离330m,该段河道比降2.10‰,求得炮台山大桥工程北端50年一遇设计洪水水位为81.24m。根据岫岩站～炮台山大桥工程南端距离160m,该段河道比降2.20‰,求得炮台山大桥工程南端50年一遇设计洪水水位为80.20m。

2.5 设计洪水流速

设计桥位附近河段河道比较顺直，水面较均一，河槽为U型河槽，只有主槽无滩地，河床断面比较规整，因此可作为稳定均匀流河段，用曼宁公式计算平均流速。

根据岫岩水文站资料分析确定糙率n为3.50×10-2，上断面50年一遇设计洪水水位81.24m，断面面积1265m2，河宽336m，水面比降I=2.00×10-3，求得50年一遇设计洪峰流量所对应流速为V平=3.09m/s。根据下断面50年一遇设计洪水水位

80.20m，断面面积1330m2，河宽360m，水面比降I=2.30×10-3，求得50年一遇设计洪峰流量所对应流速为V平=3.27m/s。

3 壅水分析计算

3.1 桥前最大壅水高度

按照下式进行壅水计算。

式中:△Z—桥前最大壅水高度（m）；η—系数，反映河滩路堤阻断流量与设计流量的比值；VM—桥下平均流速（m/s）；V0—断面平均流速（m/s），为天然状况下的设计流速，由设计洪水的水文分析计算确定，其值等于设计频率洪水的流量除以设计频率洪水的全断面面积。

经过计算桥前最大壅水高度△Z的值为1.30×10-3m。

3.2 壅水曲线长度计算

按照下式计算壅水曲线全长。

式中:L—壅水曲线长度;I—水面比降。

水面比降为2.10×10-3，经计算50年一遇桥前壅水曲线长度为12m。

3.3 梁底高程复核

按照下式计算梁底允许最低高程。

Hmin=HS+∑Δh+Δhj

式中:Hmin—梁底允许最低高程（m）；HS—50年一遇设计水位（m）；∑Δh—考虑壅水、浪高、波浪壅高、河弯超高、水拱、局部股流壅高（水拱与局部股流壅高只取其最大者）、床面淤高、漂浮物高度等诸因素的总和（m）；Δhj—桥下净空安全值（m）。

上断面50年一遇设计水位HS=81.24m；由于工程处在河流中上游，水流速度大，水面不平稳，浪高、水拱等因素有一定影响，综合考虑壅水（桥下最大壅水高度为1.30×10-2m）、河床淤高、漂浮物高度等各种因素，∑Δh按照0.50m考虑进行计算；按照《公路工程水文勘测设计规范》,梁底净空值Δh取0.50m。因此，50年一遇洪水梁底允许最低高程为81.24m+0.50m+0.50m=82.24m。

同理，经计算下断面50年一遇洪水梁底允许最低高程为81.20m。

4 冲刷、淤积分析计算

在河道上建桥后，由于桥梁墩台等减小了过水面积，增大了流速，导致桥下断面造成冲刷。洪水的冲刷包括自然冲刷、一般冲刷和局部冲刷三部分。

4.1 桥下一般冲刷

工程处河道为U型河槽，根据本地区河床土壤资料，综合考虑最不利因素，选取非粘性土壤公式进行冲刷计算。经计算求得桥下一般冲刷深度为3.09m。

4.2 墩台局部冲刷

按照桥墩局部冲刷计算公式，经计算求得墩台局部冲刷深度为2.47m。

4.3 桥梁墩台基础最小埋深

经实地查勘及有关资料分析，工程处河段自然冲刷和淤积较小，河床稳定，多年变化不大。故可忽略本河段的自然冲刷和淤积变化，总冲刷深度近似等于一般冲刷与局部冲刷深度之和，选取最不利的组合。经过冲刷计算，求得总冲刷深度为5.56m。最低冲刷线高程为67.92m，基底埋深安全值取2.50m。故桥梁墩台基底最高标高为65.42m。

5 结论

炮台山大桥在河道内建有桥墩，一定程度上干扰了河道水流流态，使该处河道泄洪能力降低。从壅水计算结果分析，大桥建成后在设计频率洪水情况下最大壅水高度为1.30×10-2m，壅水曲线长度12m，数值不大，对该河段行洪安全影响较小。

本工程修建大桥拓宽了原道路宽度，加强了车辆畅通，对防汛抢险无不利影响。

洪水对本工程影响分析，炮台山大桥工程处河道堤防标准为50年一遇，经计算，工程处50年一遇设计洪峰流量为4110m3/s，上断面设计洪水水位为81.24m，下断面设计洪水水位为80.20m。

大桥上断面50年一遇允许梁底最低高程为82.24m，设计梁底高程为82.81m，高于允许梁底最低高程0.63m，满足设计要求。下游断面50年一遇允许梁底最低高程为81.20m，设计梁底高程为81.75m，高于允许梁底最低高程0.55m，满足设计要求。

由于建桥后引桥路基、桥墩阻水，导致桥下水流收缩，流速增大，产生冲刷。经过计算，在设计频率洪水情况下最大冲刷深度为5.56m,建议工程建成后应加强对河岸及桥墩的冲刷观测。

[1]徐新华，夏云峰.防洪评价报告编制导则研究及解读[M].北京:中国水利水电出版社，2008.

[2]岫岩县兴雅线炮台山大桥工程防洪影响评价报告[R].鞍山:辽宁省水文水资源勘测局鞍山分局,2011（04）.