阳大铁路涉河桥梁防洪影响评价

2019-04-23许臻真

陕西水利 2019年3期

许臻真

（太原市水利技术推广服务站，山西太原 030000）

0 前言

阳泉市地处太行山脉西侧中部，位于山西省和河北省两个省会城市太原和石家庄之间的接合部，属于环渤海经济区的合理运输扇区内，地理位置优越，具有双向互补、桥梁纽带、东进西联的天然区位优势。阳泉市拥有丰富的煤炭资源，但由于位于沁水煤田的中北部，受交通的制约，大部分煤炭靠汽车运输，运输成本高、运量小，严重限制了煤炭业的发展。随着拟建阳泉北至大寨铁路项目的修建，阳泉市煤炭的运输结构发生了改变。拟建铁路线联通了盂县、阳泉市中心城区、平定县，形成了阳泉市未来城市发展的主线，连接了石太客专的阳泉北站(盂县)、石太既有线阳泉站，成为阳泉市境内及对外交流的铁路主干道[1]。

阳大铁路（阳泉-大寨），起点自阳泉北站，终点为大寨站，全长81.042 km, 其中阳泉北站-义东沟村段长48.443 km，为拟建新建铁路；义东沟村-大寨段长32.599 km，为已有铁路线。本文研究对象是阳泉北站-义东沟村段8 座涉河桥梁，即石店河大桥、牛村特大桥、温河特大桥、苇泊河大桥、三郊特大桥、荫营河大桥、桃河大桥和义井河大桥,以及所涉及的8 条河道。充分考虑洪水的影响，确保桥梁建设中河道防洪和桥梁的安全，需对新建阳泉北至大寨铁路项目(阳泉北站-义东沟村段)涉河桥梁进行防洪影响评价[2]。

1 防洪评价计算

1.1 防洪标准确定

新建阳泉北至大寨铁路跨越桃河和义井河的河段位于阳泉市区，铁路跨越石店河、阴山河、温河、苇泊河、三郊河和荫营河的河段位于山区或郊区，根据2014 年6 月住建部颁布的《防洪标准》(GB50201-2014)及阳泉市城市防洪规划，桃河的防洪标准为100 年一遇，义井河的防洪标准为50 年一遇，石店河、阴山河、温河、苇泊河和三郊河、荫营河的防洪标准均为10年一遇[3]。

根据工程的重要性等，石店河大桥、荫营河大桥、桃河大桥、义井河大桥等级属于大桥，牛村特大桥、温河特大桥、苇泊河特大桥、三郊特大桥等级属于特大桥[4]。根据国家住建部颁布的《防洪标准》(GB50201-94)和国家行业标准《铁路工程水文勘测设计规范》(TB10017-99)等的规定[5]，拟建阳大铁路涉河桥梁工程的防洪标准为100 年一遇。

1.2 设计洪峰流量

本次评价控制断面以上流域设计洪峰流量计算采用《山西省水文计算手册》（2011）中的流域模型法、推理公式法两种办法，计算成果见表1。

表1 设计洪峰流量成果汇总表（按无资料地区计算）

对于以上所列各个流域，不同方法洪峰流量计算成果中，本次《山西省水文计算手册》（2011）计算结果中流域模型与推理公式法两者成果相差不大，说明这两种洪水计算成果比较合理，而流域模型法较推理公式法在计算过程中更加周全的考虑了流域产、汇流条件[6]，推理公式法能更好的体现流域纵坡、汇流参数对的计算成果的影响，因此本次评价设计洪峰流量采用推理公式计算成果。

距离桃河大桥上游不足5 km 处的华盛桥断面，控制流域面积为503 km2，100 年一遇洪峰流量为3088 m3/s。由于两个断面的控制流域面积相差不到10%，可采用面积比拟法直接推算。将华盛桥断面设计洪峰流量换算到设计断面流域上，经计算，桃河穿越段百年一遇洪峰流量为3223 m3/s。华盛桥断面的设计洪峰流量已经相关部门审批，成果较为可信，因此，本次桃河大桥控制断面百年一遇洪峰流量建议采用3223 m3/s。

1.3 壅水分析计算

1.3.1 河道水面线计算

水力计算采用一维恒定非均匀渐变流方程推算河道的水面线。一维恒定非均匀渐变流方程：

表2 温河特大桥建桥前后河道P=1%水面线成果表

表3 温河特大桥建桥前后河道P=10%水面线成果表

式中：Z 为水位，m；Q 为流量，m3/s；V 为平均流速，m/s；g 为重力加速度，m/s2；α、ζ 为分别为动量修正系数和局部阻力系数；K为流量系数，由公式 K=A·R（2/3）/n确定，A、n、R 为分别表示过水面积、糙率和水力半径[1]。

河床糙率主要根据本河段河床组成及床面、河滩特性。本次防洪评价确定糙率取0.03。河道水面线计算结果见表2、表3（以温河特大桥为例，计算了发生P=1%和P=10%建桥前后河道的水面线）

1.3.2 壅水分析

三郊河和荫营河河道内未布置桥墩，不会由于桥梁的建设使河道产生壅水，建桥后桥梁对河道行洪影响较小。

温河特大桥所在河道为山区河流，河谷为窄深式，河宽为27 m 左右，桥下游河道突然束窄，过水断面严重减小，导致河谷产生壅水。由于温河特大桥只有19 号桥墩位于右岸岸坡上，桥台距离河底高差为18.86 m，而温河建桥处断面百年一遇设计水深为17.03 m，低于桥台1.53 m，因此，发生百年一遇洪水时，设计洪水位低于桥台高程，不会由于桥梁的建设使河道产生壅水，建桥后桥梁对河道行洪影响较小。

本文对其余五座桥墩在河道里的大桥建桥前后的壅水进行分析。由河道水面线推算成果可以得出建桥后各桥桥前的壅水长度和高度，见表4。

表4 壅水高度及壅水长度表

从表4 可以看出，对五条河道的行洪影响较小。

1.4 河床冲刷计算

河床自然演变冲刷、一般冲刷和局部冲刷三部分组成了河床桥梁墩台冲刷深度。参照铁道部颁布的《铁路工程水文勘测设计规范》(TB10017—99)中的相关公式可以计算出桥墩冲刷[7]。本次计算采用河道平顺段冲刷深度1.0 m 作为河床自然演变冲刷深度。计算得各冲刷深度见表5。

表5 冲刷深度表

2 防洪影响综合评价

2.1 拟建阳大铁路涉河桥梁与现有防洪标准的适应性

拟建的石店河大桥、牛村特大桥、温河特大桥、苇泊河特大桥、三郊特大桥、荫营河特大桥、桃河大桥、义井河大桥按照100 年一遇防洪标准设计，桃河的防洪标准为100 年一遇，义井河的防洪标准为50 年一遇，其余河道的防洪标准均为10 年一遇，根据计算，这8 座拟建桥的防洪标准均高于或等于河道防洪标准，因此满足防洪的要求。

2.2 拟建阳大铁路涉河桥梁对河道行洪的影响

由于桥墩对河道洪水的挤压，桥梁建成后，将在上游形成一定的壅水，随着洪水流量的增大壅水高度随之增大。由于桥址处过水断面的减小以及桥墩的阻水作用，大桥建成后，建设桥址上游将形成壅水段。

三郊河和荫营河河道内未布置桥墩。温河特大桥所在河道为山区河流，河谷为窄深式，河宽为27 m 左右，桥下游河道束窄，过水断面减小，导致河谷产生壅水。温河特大桥只有19 号桥墩位于右岸岸坡上，发生100 年一遇洪水时，设计水深低于桥台，建桥后桥梁对河道行洪影响较小。

石店河大桥、牛村特大桥、桃河大桥和义井河大桥建桥后，最大壅水高度0.75 m，其相应的最大壅水长度为315 m，对河道的行洪影响较小。

三郊河、苇泊河和荫营河现状河道不达10 年一遇防洪标准。荫营河该段河道已被列入山西省山洪沟治理范围，工程实施以后，10 年一遇的标准将在本河道实现。

当发生100 年一遇洪水时，石店河大桥、牛村特大桥、温河特大桥、苇泊河特大桥、三郊特大桥、荫营河特大桥、桃河大桥、义井河大桥梁底高出水面最小高度均在4.7 m 以上。可见，还留有较大防洪空间，桥梁横梁阻水和高度不足的情况是不会发生的。

2.3 拟建阳大铁路涉河桥梁对河势稳定的影响

拟建的8 座大桥建成后，由于其中几座桥梁的桥墩占用了一小部分河道，导致过水减少，因此在桥墩处产生水量壅积，泥沙淤积，从纵向看河床局部会产生一些轻微稳定问题。

石店河大桥、牛村特大桥、温河特大桥、苇泊河特大桥和桃河大桥所在河道均为山区河道，三郊特大桥、义井河大桥两岸均有堤防，荫营河特大桥所在河道左岸有堤防，故洪水基本在河道内行洪，平面上河道几乎不会有大的摆动。

2.4 拟建阳大铁路涉河桥梁冲刷对桥梁的影响

三郊河特大桥和荫营河特大桥桥墩布置在河道以外，河道内未布置桥墩；石店河大桥、牛村特大桥、温河特大桥、苇泊河特大桥桃河大桥、义井河大桥桥梁的桥墩采用桩基础，建桥后，各桥基础埋深均大于总冲刷深度，桥墩桩基础埋深均能满足设计要求。

3 防治与补救措施

3.1 对河势变化的防治补救措施

（1）当发生河道设计标准洪水时，拟建桥梁桥墩阻水使水流方向、流速及河道两岸冲刷发生改变，建议对桥梁两岸上下游堤坡进行防护。

（2）在河道桥墩上下游适当对河底进行防护，减少洪水对河道的冲刷，以确保桥梁的安全。

（3）铁路部门应对苇泊河特大桥所在河道进行疏浚或采取整治工程措施，使河道满足相应防洪标准。

3.2 对河道管理影响的防治补救措施

所有桥梁汛期建设施工时，很多因素都会对河道行洪产生局部不利影响，比如建设施工现场内所有的料场、便桥、设施、便道及生活区域等。在工程施工期过程中，施工单位要与当地水行政主管部门密切配合，制定科学的施工方案，按照施工程序，全方位安全度过施工期；在工程建设后期，要清理施工现场，清理现场废弃物，尽可能恢复原貌，保证行洪安全顺畅。

3.3 降低对环境、水质影响的防治措施

在所有的桥梁施工过程中，要切实加强施工期间的管理：禁止向河道内投放弃土和弃渣；施工期间禁止直接向河道排放生产和生活污水等，将施工期间对环境的破坏影响程度降为最低。努力做好水土保持工作，尽可能减少临时占地对周围生态环境的破坏程度，防止在桥梁建设过程中对河道的造成的破坏，与此同时，尽可能避免由于拖延施工进度而出现意外事故进而造成的损失。

4 结论与建议

4.1 结论

（1）石店河大桥、牛村特大桥、温河特大桥、苇泊河特大桥、三郊特大桥、荫营河特大桥、桃河大桥、义井河大桥采用100 年一遇标准设计，从基本数据看符合国家2014 年6 月住建部颁布的《防洪标准》(GB50201-2014)规范要求。

（2）依据计算结果，100 年一遇洪水通过石店河段流量为87 m3/s，100 年一遇的洪峰流经阴山河段峰值为1747.2 m3/s，温河段100 年一遇洪峰流量为2697.8 m3/s，苇泊河段100 年一遇洪峰流量为661.5 m3/s，三郊河段100 年一遇洪峰流量为420.8 m3/s，荫营河段100 年一遇的洪峰流量为470.4 m3/s，桃河段100 年一遇的洪峰流量为3223 m3/s，义井河段100 年一遇的洪峰流量为634.5 m3/s。采用本次防洪评价中100 年一遇洪水成果，经对8 座大桥底部高程复核，均达到了100 年一遇洪水标准。

（3）桃河设防标准为100 年一遇，义井河设防标准为50 年一遇，其他的河道设防标准为10 年一遇。牛村特大桥、石店河大桥、桃河大桥、义井河大桥建桥后，当发生所在河道防护标准洪水时，最大壅水高度分别为0.41 m、0.53 m、0.56 m、0.59 m，温河特大桥所在河道10 年一遇设计洪水位低于桥台高程，经复核，建桥后各大桥址均不会出现洪水漫堤及漫过路面现象，均能够满足所在河道防洪要求。苇泊河特大桥和荫营河特大桥所在河道发生相应河道防洪标准洪水时，洪水漫过河岸，现状河道均达不到防洪标准要求。荫营河该段河道已被列入山西省山洪沟治理范围，治理好以后，该段河道设防标准将达到10 年一遇，建议铁路部门对苇泊河该段河道进行疏浚，使河道满足10 年一遇防洪标准。