国道207线五渡大桥洪水计算分析

2018-10-17李琳

水科学与工程技术 2018年5期

李琳

（山西省水利水电勘测设计研究院，太原030024）

1 工程概况

G207线五渡大桥建成于1980年，位于阳泉郊区城乡结合处，与桃河垂直相交。承担着过境车辆和城市运输的双重任务，随着路段内交通量的逐年增加及超重车辆的重负碾压，桥梁相继出现了不同程度的损坏，直接威胁着207线交通运输的通畅和人民生命财产的安全。考虑该桥所处地理位置，车流量较大，载重车多，双曲拱桥存在设计及施工不足，断面抗弯性能稳定性不足，整体性差等缺点。目前采取的加固技术难以保证加固效果，故决定在原址拆除旧桥基础上建新桥。本工程对新建桥梁进行防洪影响评价，并对桥址断面以上流域的洪水进行分析计算。

2 流域概况

桃河的河源位于山西省寿阳县东部的土径岭，河口位于平定县娘子关镇，之后与温河汇合称为绵河，自西向东贯穿阳泉市，全长80km，流域面积1310km2，平均纵坡11.3%，总体呈蜿蜒曲折型，河床较稳定。上游为乱流以上，本段河床较宽阔，平均400m，弯道半径较大，有大片滩地形成（如阳泉市区、平定五矿及二电厂一带），该区域为阳泉市的工矿区，因采矿造成地形地貌的人为破坏严重；乱流以下为中游，基本无较大支流汇入，河道横割太行山屋脊，切割深达数十米到百多米，两岸悬崖峭壁、岩石裸露，河流湍急，水土流失严重，生态环境较为恶劣；下游进入阳泉市城区段，近年来经过疏浚整治，河道较为规整，两岸建有滨河公园，生态环境较好。

3 洪水分析

3.1 水文测站情况

阳泉水文站为汛期观测站，由山西省水文站于1955年6月在桃河阳泉段设立，1959年6月改为常年观测，控制流域面积503km2，1980年1月上迁2km继续观测，并改名为阳泉（二）站，其控制流域面积490km2，为国家基本水文站。

3.2 暴雨洪水特性

桃河年际丰枯流量差异很大，洪水主要由暴雨形成，流域内山高、坡陡、沟多、流急，暴雨强度大，洪水一般来势凶猛、流速较大，汇流速度很快，同时量大峰高、历时短，造成洪水陡涨陡落。另外由于流域内上游河道纵坡较大、支沟众多，汛期洪水往往挟带大量卵石、块石等推移质泥沙，加之城区段河道弯曲，桥梁多，故局部冲淤现象严重。

流域受地形影响，多有局部性暴雨洪灾发生，从统计资料分析看，流域平均每3～4年发生一次致灾性洪水。其中1963年8月23日桃河洪峰流量达1810m3/s。造成市区河堤决口7处，洪水进入市区，直接经济损失达1亿元。

3.3 设计洪水计算

依据GB50201—2014《防洪标准》五渡大桥为100年一遇防洪标准，大桥跨越的桃河城区段河道防洪标准亦为100年一遇。

3.3.1 历史调查洪水

根据山西省水利厅编制的《历史洪水调查成果》，阳泉水文站的历史洪水调查成果如表1。

表1 阳泉水文站历史洪水调查单位：m3/s

续表1

由表1可知，阳泉站调查期最大洪峰为1945年的2810m3/s，历史洪水调查期最远为1896年的2584m3/s，在历史洪水中洪峰大于2000m3/s有4场洪水，洪峰在1100～1600m3/s之间的有4场洪水，而在实测的61年系列中，最大洪峰2200m3/s发生在1959年，洪峰在1000～1800m3/s之间的有3场洪水。分析认为阳泉站特大洪水的标准应在2000m3/s以上为宜，故本次设计选取大于2000m3/s的5场作为特大洪水，其中1945年洪峰2810m3/s为1896年以来的最大洪水，重现期确定为122年。

3.3.2 设计洪水

本次收集到阳泉水文站1955～2015年61年的实测洪峰流量系列，实测洪峰流量系列如表2。

表2 阳泉站实测洪峰流量单位：m3/s

将阳泉站1955～2015年共61年洪峰流量系列加入历史调查洪水后，进行频率分析。

特大洪水的经验频率根据式（1）计算：

式中 PM为第M项特大洪水经验频率；M为特大洪水序位；a为特大洪水个数；N为历史洪水调查考证期（年）。

实测洪水流量经验频率按式（2）估算：

表4 历次成果比较

式中 Pm为实测洪水流量经验频率（%）；a为特大洪水个数；N为历史洪水调查考证期（年）；mi为按实测洪水流量系列递减次序排列的序位；l为实测洪水流量系列中按特大洪水流量处理的项数；n为实测洪水流量系列项数。

本次采用P-III型频率曲线，先由矩法初估均值及Cv，再通过适线法调整参数，适线时尽可能拟合全部特征点。

阳泉站洪峰流量频率曲线经拟合后如图1，各不同频率设计洪峰流量如表3。

图1 阳泉站洪峰流量频率曲线

表3 桃河阳泉站洪峰流量成果

五渡大桥位于阳泉水文站下游2km处，控制流域面积534km2，与阳泉站控制流域面积503km2相差6.16%，在10%以内，故桥址处洪峰流量直接采用阳泉站的设计成果，100年一遇洪峰流量2865m3/s。

3.3.3 成果合理性分析

本次计算阳泉站设计成果比较如表4。

由表4可见，由于系列延长本次设计成果较2002年桃河阳泉城区段河道治理成果减小约10%，较2008年阳泉市桃河河道治理成果较为接近，较2013年阳泉市桃河河道治理初设批复成果减小约2%，根据阳泉站实测洪峰系列可知，本次系列延长的年份为枯水年，洪峰流量呈逐年递减趋势，延长洪水系列后的分析成果与以往历次设计洪水计算成果相比，更加符合洪水变化的实际情况，故认为本次计算成果是比较合理的。