汤营伊河公路大桥防洪影响研究

2016-08-18朱晓璞甄亿位河南省洛阳水文水资源勘测局河海大学水文水资源学院

河南水利与南水北调 2016年6期

□朱晓璞　□张　怡　□甄亿位（.河南省洛阳水文水资源勘测局；.河海大学水文水资源学院）

汤营伊河公路大桥防洪影响研究

□朱晓璞1□张怡2□甄亿位2
（1.河南省洛阳水文水资源勘测局；2.河海大学水文水资源学院）

文章通过剖析汤营伊河公路原桥冲毁原因，推求设计洪峰及设计水位，分析新建桥梁的河道雍水和冲刷情况，全面评估新建大桥对河道行洪、河势稳定及其他水利工程等方面的影响。结果表明：相比原桥，新建大桥设计标准更高，与河道防洪标准相适应，大桥建成后可为两岸交通、人民生活和防汛抢险带来更多便利。

伊河；公路大桥；壅水；冲刷；防洪影响

1　基本情况

汤营伊河新建大桥位于河南省栾川县潭头镇汤营村上游1000 m处，河道坡降16/10000，河床宽300～1000 m，主河槽宽50 m，两岸滩地宽200～800 m，河道内分布粗沙、鹅卵石，主流靠近右岸。河两岸有农田、人工种植林、村庄和公路。

原汤营伊河公路大桥是空腹式石拱桥，全桥5孔，净跨40 m，全长233.70 m，桥面高程为452.90 m。2010年7月，洛阳市区及南部山区普降暴雨，建设项目所在河段遭遇了罕见的特大洪水，洪峰流量达3150 m3/s，冲毁了原汤营伊河桥，60多人死亡，造成该地交通瘫痪，给当地经济发展社会稳定造成了一定影响。

新建的汤营伊河大桥位于原桥旧址上，距潭头镇5 km。设计桥长306 m，宽9.50 m，单跨30 m。设计洪水频率为100 a一遇。

2　防洪分析计算

2.1水文分析计算

2.1.1设计洪峰流量

为减少短系列带来的抽样误差，计算设计洪水时，在充分利用已有实测资料的同时，重视并运用历史洪水、暴雨资料。利用临近测站的长短系列水文资料进行分析，结果表明取潭头水文站和代表断面1977-2010 a的33年实测洪峰流量资料具有较好的代表性。采用P-Ⅲ型曲线［2］［3］适线，代表断面频率曲线如图1，不同频率设计洪峰流量成果见表1。

经过实地勘测结果，经分析计算点绘出代表河道大断面图和水位—面积关系曲线。

2.1.2设计洪水位

依据分析计算的设计流量和实测河道断面的资料，经分析计算，汤营伊河大桥桥位处伊河发生20 a一遇洪水时，平均流速为2.90 m/s，相应的过水面积为800 m2；50 a一遇洪水时，平均流速为3.40 m/s，相应过水面积为966 m2；100 a一遇洪水时，平均流速为3.60 m/s，相应过水面积为1100 m2。

根据过水断面计算结果，结合断面水位—面积关系曲线，计算出设计洪水位，结果见表2。根据表2，发生100 a一遇设计标准洪水时，桥位处河道断面的洪水位为447.20 m，最大水深6.80 m，平均水深3.70 m。

图1　代表断面洪峰流量频率曲线图

表1　汤营伊河大桥设计洪峰流量成果表（单位：m3/s）

表2　汤营伊河大桥设计洪水位成果表（单位：m）

2.2壅水分析计算

水位壅高计算主要是推算工程阻水引起的水位最大壅高值和壅水长度［6］。本次壅高计算采用《公路桥位勘测设计规范》（JTJ062-2002）中的雍水高度计算公式：

式中：K=KvkN；DZ为桥前最大壅水高度；K为系数；VM为桥下平均流速0M为天然状态下桥下平均流速；Kv为修正系数；KN为定床壅水系数。壅水长度计算公式如下：

式中：L为壅水曲线全长；DZ为最大壅水高度；I为水面比降。

经计算，100 a一遇洪水时，汤营伊河大桥下壅水高度为0.20 m，壅水曲线长度为130 m，波浪高度0.50 m。

2.3冲刷分析计算

建桥后，水流被压缩而引起的桥下整个河床断面的一般性冲刷，同时由于桥墩阻流产生的水流冲击和涡流作用，桥墩附近产生局部冲刷。故对本工程建设后河道进行一般性冲刷和桥墩局部冲刷计算分析。河道冲刷采用《公路工程水文勘测设计规范》（JTGC30-2002）冲刷公式计算。根据工程地质勘探报告，该桥桥址处河床冲刷层为亚粘性土，河床的冲刷按亚粘性土河床处理。

2.3.1一般冲刷计算

根据粘性土河床的桥下一般冲刷公式，汤营伊河大桥桥位100年一遇洪水位为447.20 m，最大冲坑深1.10 m。

2.3.2桥墩局部冲刷计算

桥墩局部冲刷与桥墩形状大小有关，根据设计，伊河新桥桥墩为灌柱桩基础双立柱型式，立柱直径为1.60 m，排列方向与水流方向一致，桥墩计算直径B1=1.60 m。汤营伊河大桥100 a一遇设计洪水位为447.20 m时，由于hp/B1＜2.50，根据粘性土河床局部冲刷计算公式，求得冲刷完成后墩前在一般冲刷的基础上局部冲坑深hp=0.30 m。

2.4桥梁梁底高度复核

所建汤营伊河大桥所处的河段不通航，没有防凌任务，桥梁梁底最小高度根据《公路桥位勘测设计规范》进行计算复核，结果如表3。

表3　桥梁底部高程复核表（单位：m）

由表3可知，建桥后发生100 a一遇洪水时，伊河公路大桥梁底高程复核值为449.50 m，低于桥梁设计值451.00 m，工程设计合理，不影响河道行洪。

3　防洪影响评价

3.1对河道行洪安全的影响

汤营伊河大桥与河道流向基本垂直，每排桥墩排列方向也与水流方向一致，对桥前壅水及河势流态的干扰小，桥台在近河岸处，压缩河道过水断面较少，桥墩阻水面积很小，对水流导向作用很弱，不会对主河槽的流势产生大的影响。发生100 a一遇洪水时，桥位处的过水横断面面积为1100 m2，比原桥增加了110 m2。因此，大桥能满足100 a一遇设计洪水的行洪要求，相比原桥行洪能力有明显提高，对河道行洪基本无影响。

3.2对河势影响

汤营伊河大桥下部结构为灌柱桩基础双立柱桥墩，桥台在两岸边坡处，桥墩直径1.60 m，桥台、桥墩占用天然河道断面，对水流有侧向压缩作用，使得桥位河段天然河道的断面形态和水流结构稍有改变，对河道冲淤及河势都将有一定影响。

当发生100 a一遇洪水时，墩头冲坑深为1.40 m。大桥影响范围内的河段两岸进行了护砌，能有效地保护岸坡，汤营伊河大桥的建设不会改变现有的河道岸线，对河势稳定影响较小。

3.3对现有防洪、河道整治及其它水利工程与设施影响分析

根据梁底高程复核计算，汤营伊河大桥采用100 a一遇设计标准，设计桥梁梁底高程高于100 a一遇的洪水位，大于梁底复核值，对现有防洪不会产生影响，对将来河道整治工程也不会产生不良影响。在汤营伊河大桥上游约10 km处有潭头水文站，水文站处的河道高程比桥址处的河道高约20 m，建设项目对潭头水文站的测验断面及测验设施无影响；100 a一遇洪水时桥址上游最大壅水高度0.20 m，相应桥上游壅水长度为130 m，汤营伊河大桥上游有多个水电站，但最近的距离也在数公里之外，建设项目对其无影响。

3.4对防汛抢险的影响分析

所建大桥连通了两岸的交通，为当地的居民生活提供了便利条件，也为防汛提供了更好的交通条件。同时，大桥的设计防洪标准提高为100 a一遇，较原桥更有利于防汛抢险工作。