跨潮河桥梁防洪影响评价

郭琦

【摘要】在分析了潮河现状的基础上，针对目前存在的问题，从多个层面上说明进行河道防洪评价的必要性；针对评价内容中的桥位处设计流量及设计水位计算、壅水及冲刷分析与计算这些关键问题，就各种常用计算方法展开讨论并选出本文计算所采用的公式。算出设计流量，壅水及冲刷后，结合所得结果分析比较，选取合理的计算结果。最后利用CAD绘出跨潮河桥梁布置图，分析拟建桥梁对河道防洪带来的影响。

【关键词】跨河桥梁；防洪影响评价；潮河

1 工程概况

潮河是七里河的主要支流之一，发源于新郑市郭店乡徐庄，流经新郑市郭店镇、郑州市经济技术开发区，在管城区圃田北流入七里河，流域面积为31.3km2，主河道长为3.6km，平均坡度为1/400，流域平均宽的为2.78km。潮河河流洪水主要由暴雨形成，其变化受暴雨强度和地形等因素影响，洪水发生时间、变化规律与暴雨基本一致，洪水多发生在7、8月份的汛期，洪水年际年内分布不均，变幅较大，不确定性强。由于潮河发源于低丘区与平原区，受区域降雨强度与下垫面条件影响大，整体洪峰上升与下降较快，通过时间较短。洪量较大，受暴雨强度、汇流面积与地形条件影响，与降雨变化特征基本一致。潮河所含泥沙现主要来源于流域上游的土壤重力侵蚀，受季节性变化与降水强度影响较大，汛期降雨量与雨强大，洪水发生时携带一定的泥沙，非汛期内降雨量小，河道流量小，含沙量较低。由于无实测泥沙资料，故根据《河南省水利工程水文计算常用图集》中绘制的侵蚀模数分区图和附近流域实测泥沙资料统计成果分析，潮河年均输沙模数约300t/km2？a。

2 河道边界条件及实施规范

2.1 河道边界条件

潮河河道现状断面是不规则复式断面，河道主槽小，两侧滩地大，河道底高程平均为128.00，河道底宽为260.07m，跨河断面两岸高程143.05～145.09m，所处河段平均比降为0.0024，左岸坡比平均为1：0.8，右岸平均坡比为1：4.35。

2.2 水利规范及实施安排

据现行的国家《防洪标准》（GB 50201-94），结合郑州市城市总体规划（2008-2020年）成果，郑州市区域内河防洪标准为：中心城区河道防洪标准近期为50年一遇，远期为100年一遇，排涝标准近期为5年一遇。依据《郑州市城市防洪规划（修编）》（2010年）、《郑州市水生态文明规划》（2013年），远期郑州市河道防洪标准为：50年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核。

根据《郑州市城市防洪规划（修编）》，潮河河道规划断面成果见表1所示。

表1 潮河河道断面规划成果

河名

比降

设计河底

底宽

主槽边坡

堤顶高程

堤顶宽度

左

右

潮河

0.0024

129.79

50

1：3

1：5

6.0

6.0

3 防洪评价计算

3.1 河道水位计算

依据《河道管理范围内建设项目管理的有关规定》、《防洪标准》有关规定，郑州市轨道交通航空港配套工程跨潮河桥址处按50年、100年一遇洪水标准进行计算。

利用明渠均匀流水力公式潮河现状、规划河道进行水位计算，计算结果见表2所示。

表2 河道水位计算成果表

河道

斷面

工况

河底高程（m）

平均水深（m）

设计洪水位（m）

潮河

现状河道

P=2%

127.74

1.51

129.25

P=1%

127.74

1.72

129.46

3.2 壅水计算

（1）壅水高度计算

壅水高度采用《铁路工程水文勘测设计规范》（TB10017-99）中介绍的桥前最大壅水高度计算公式，其公式如下：

式中：ΔZ-桥前最大壅水高度，h1-布桩前平均水深，h2-布桩后平均水深。

（2）回水影响长度计算

桥址处壅水对河道影响长度采用《铁路工程水文勘测设计规范》（TB10017-99）中回水长度计算公式，其公式如下：

式中：L-壅水曲线全长，ΔZ-最大壅水高度，i-水面比降。

（3）波浪高度计算

壅水高度采用《铁路工程水文勘测设计规范》（TB10017-99）中的桥前最大壅水高度计算公式计算；回水影响长度计算采用《铁路工程水文勘测设计规范》（TB10017-99）中回水长度计算公式计算；波浪高度计算按《铁路工程水文勘测设计规范》（TB10017-99）中推荐的公式计算。计算结果见表3：

表3 河道壅水计算成果表

河道

工况

壅水高度（m）

回水长度（m）

波浪爬高（m）

潮河

P=5%

0.104

86.67

0.127

P=2%

0.119

99.17

0.129

P=1%

0.135

112.5

0.130

3.3冲刷计算

河床的一般冲刷和局部冲刷深度计算按《桥位设计》及《铁路工程水文勘测设计规范》（TB10017-99）规范中的计算公式，对城郊铁路工程跨潮河进行20年一遇洪水、50年一遇洪水、100年一遇洪水的冲刷深度计算。计算结果见表4所示。

表4 河道冲刷计算成果表

潮河

复核标准

一般冲刷深度（m）

局部冲刷深度（m）

总冲刷深度（m）

P=5%

3.24

2.06

5.30

P=2%

3.22

2.06

5.28

P=1%

3.21

2.06

5.27

4 结论与分析

（1） 跨河桥梁要求最低梁底高程等于设计洪水位、壅水高度、波浪爬高和安全超高（取0.5m）之和，计算可得100年一遇、50年一遇和20一遇情况下要求最低梁底高程分别为133.73m、133.49m和133.26m，均小于设计梁底高程，满足要求。

（2） 潮河现状20年一遇，一般冲刷为3.24m，局部冲刷为2.06m，总冲刷深度5.30m ，50年一遇洪水时，一般冲刷为3.22m，局部冲刷为2.06m，总冲刷深度5.28m；100年一遇洪水时一般冲刷为3.21m，局部冲刷为2.06m，总冲刷深度5.30m。根据《铁路工程水文勘测设计规范》（TB10017-99）规范，墩台埋深不应小于3.03m， 现状河道设计墩台最小埋深为2.5m，不滿足规范要求，建议采用3.1m。

（3） 潮河设计防洪标准为50年一遇，校核防洪标准为100年一遇。跨河桥梁设计防洪标准为100年一遇，符合国家有关规定及规范要求。

（4） 发生100年一遇洪水时，新建桥梁所处河道断面冲刷深度均较浅，洪水冲刷对河床稳定影响较小；桥位处流速增幅较小，项目建设对下游河势稳定影响不大。

参考文献

[1]《河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则》（试行）（水利部建管办[2004]109号）

[2]《河道管理范围内建设项目管理的有关规定（修订稿）》（水利部、国家计委水政[1992]7号）

[3]《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-2006）

[4]《防洪标准》（GB50201-94）

[5]《城市防洪规划编制大纲》（1998年）