瓦埠湖大桥洪水评价分析

张 璐， 钟 敏

(1.安徽省引江济淮集团有限公司，安徽 合肥 230000；2.安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

1 概 况

瓦埠湖流域原名东淝河，属丘陵区河道。自淮河遭受黄河泛滥影响后，河道淤积，水位抬高，东淝河出口排水不畅，中部低洼地区形成狭长的湖泊，即瓦埠湖。河口于新中国成立初期建有东淝闸控制，流域北面，有东淝河拦河坝及二里坝(寿县城墙至八公山脚，长2.8 km)、牛尾岗堤(正阳关五里铺至寿县城，长30.3 km)与淮河及寿西湖行洪区分隔。西依淠河流域，东邻窑河与池河流域，南以龙穴山、大潜山、将军岭等江淮分水岭与长江流域的巢湖水系丰乐河、派河和南淝河分水。

瓦埠湖为淮河六大蓄洪区之一，位于淮河中游南岸，由东淝河中游河道扩展演变形成，河道全长152 km，平均比降0.3%。湖区南起白洋淀，北至钱家滩，长52 km，东西平均宽约5 km。湖泊水位18.0 m时，湖面为164 km2；湖泊水位17.839 m时湖面为156 k m2。瓦埠湖流域面积为4 193 km2，跨六安、肥西、长丰、寿县和淮南市等五个县(市)，流域内寿县面积最大，其次是长丰县，淮南市仅占流域东北角小块土地，六安和肥西均占流域的上游。

瓦埠湖为淮河六大蓄洪区之一，位于淮河中游南岸，流域面积4 193 km2，由东淝河中游河道扩展演变形成，河道全长152 km，平均比降0.3%。湖区南起白洋淀、北至钱家滩，跨寿县、长丰、谢家集三县，长52 km，东西平均宽约5 km。

瓦埠湖大桥及其连接线总长26.759 km。项目起点位于与合肥长丰县交界处，起点桩号为K0+000，终点位于淮南寿县堰口镇与S203相接处，终点桩号为K26+759。

瓦埠湖大桥起点位于瓦埠镇，起点桩号为K13+321.5，终点位于陶店回族乡，终点桩号K16+326.5。选用部分斜拉桥方案，桥梁全长3 012 m，桥梁跨径布置为3.5 m(桥台)+38×30 m(组合小箱梁)+(105+185+105)m(部分斜拉桥)+49×30 m(组合小箱梁)+3.5 m(桥台)。主桥全长395 m，采用单索面预应力混凝土部分斜拉桥方案，悬臂法施工，索塔采用柱式塔，塔下为承台接群桩基础。

主梁采用单箱双室大悬臂预应力混凝土箱梁，箱梁根部梁高7.0 m，跨中梁高3.5 m，顶板宽度24.5 m，顶板设置双向2%横坡，支点处底板宽度10.0 m，采用斜腹板，箱梁悬臂长6.0 m，悬臂下每隔4.0 m设置一道加劲隔板，隔板厚30 cm；箱梁顶板厚度28 cm，跨中底板厚度32 cm，支点底板厚度140 cm，跨中腹板厚度50 cm，支点腹板厚度90 cm；主梁采用C55混凝土。

2 设计洪水分析

(1) 水位。引用淮委已批复的《安徽省寿县九里保庄圩加固工程可行性研究报告》(2017年)相关成果，瓦埠湖50年一遇和20年一遇洪水位分别为24.4 m和24.0 m。

瓦埠湖100年一遇洪水位根据瓦埠湖历年水位资料经频率分析得出。瓦埠湖历年实测最高水位见表1。

表1 瓦埠湖历年实测最高水位频率统计表

经分析计算得出，瓦埠湖100年一遇的洪水位为24.95 m。频率曲线如图1所示。

图1 水位频率曲线

综上，瓦埠湖设计水位成果见表2。

表2 瓦埠湖设计水位成果表

表3 瓦埠湖各种工况水位

(2)流量。东淝河全流域面积约为4 193 km2，经在大比例尺地形图上量算，桥址上游处东淝河流域面积约为2 900 km2。

根据淮南站多年实测雨量资料进行分析计算。最大24h暴雨多年平均值为98.7 mm，年最大24h暴雨的最大值发生在1991年，为212.7 mm，1974年居第二位，为186.6 mm，1997年居第三位，为171.1 mm。最大3d暴雨多年平均值为131 mm，年最大3d暴雨的最大值发生在1991年，为342 mm。

根据《安徽省长短历时年最大暴雨统计参数等值线图》，查图得本地区年最大24h点雨量均值为100 mm，年最大3d点雨量均值为125 mm，与采用实测资料分析成果基本一致。在等值线图参数中考虑了面上平衡，能反映短历时暴雨地区分布规律，同时比实测资料计算成果稍大，因此，本次设计暴雨采用等值线图参数进行计算，桥址上游最大3d暴雨多年平均点雨量均值采用值为125 mm，取Cv=0.55，Cs=3.5Cv，计算得50年一遇和20年一遇最大3 d暴雨量分别为322.5 mm、262.5 mm。

综合分析东淝河下段河道泄洪能力和东淝闸的设计流量，且瓦埠湖大桥桥址处位于庄墓河入瓦埠湖口下游，根据桥址上游流域下垫面情况，取径流系数Ψ=0.5，计算可得桥址处发生20年一遇洪水时，最大过桥流量为1 468 m3/s；发生50年一遇洪水时，最大过桥流量为1 804 m3/m。

3 建设项目对洪水的影响分析

3.1 过水断面的影响分析

拟建瓦埠湖大桥及连接线总长26.759 km，在湖泊范围内共布置了91个桥墩，桥长3.012 km，连接线长23.747 km。

根据大桥及连接线布置情况(图2)可知，湖泊管理范围内的拟建大桥及连接线所占用的湖区容积主要是桥墩占用的容积、桥台两侧部分占用的容积以及连接线路基填土占用的容积。

图2 拟建大桥及连接线占用库容示意图

不同工况下拟建大桥桥墩、桥台及连接线路基填土所占瓦埠湖库容见表4。

表4 拟建大桥桥墩、桥台及连接线路基填土所占瓦埠湖库容统计表

由表4分析可知，拟建大桥及连接线在分蓄淮河洪水的设计蓄洪水位(21.9 m)工况下库容占比为0.001 69%，在20年一遇设计洪水位(24.0 m)工况下库容占比为0.001 54%，在50年一遇设计洪水位(24.5 m)工况下库容占比为0.002 08%，由各工况库容占比可知，拟建桥梁对瓦埠湖湖区蓄水影响较小。

3.2 壅水分析

3.2.1 桥墩壅水计算

根据《桥渡水文》，桥前最大壅水高度采用下式计算：

式中：η为系数，根据截面过水能力而定，此处取0.05；V为设计下泄流量下的断面平均流速，m/s；Vm桥下平均流速，m/s。

3.2.2 壅水曲线长度

壅水曲线长度近似估算式为：

Ly=2ΔZm/I0

式中：I0为计算河段天然河底比降，取0.001 9；ΔZm为桥前最大壅水高，m；Ly为壅水曲线长度，m。

拟建大桥桥墩轴线的方向与水流方向的夹角约为0°，桥前最大壅水高度及及壅水长度计算结果见表5。

表5 瓦埠湖特大桥过水断面壅水计算表

3.2.3 雍水成果合理性分析

本次壅水计算采用相关条款进行分析计算。根据计算结果可以看出最大壅水高度为20年一遇洪水。根据壅水高度计算公式可知壅水高度等于桥前和桥下断面的平均流速的平方相减再乘以系数η，由于η都取0.05，故壅水高度最终计算值取决于桥下断面平均流速V与桥前断面平均流速V0的平方差。通过计算分析可知，上述计算成果合理。

3.3 蓄滞洪影响分析

拟建大桥桥址位于瓦埠湖内。湖区两岸由坚硬的粉砂岩组成，湖岸未见较大规模的崩塌和滑坡等不良地质现象，湖岸总体较稳定；湖区周边植被发育良好，水土保持良好且湖周沿岸为裸露的基岩或可塑状黏性土层覆盖。现状湖区内淤积现象不严重。

建桥后，在分蓄淮河洪水的设计洪水位(21.90 m)条件下，大桥桥墩、桥台及连接线路基共占用区库容19 367 m3，水库容积为11.50×108m3，桥梁建设占用的水库库容的比例为0.001 69%；在20年一遇设计洪水位(24.00 m)条件下，大桥桥墩、桥台及连接线路基共占用湖区库容37 958 m3，水库容积为24.62×108m3，桥梁建设占用水库库容的比例为0.001 54%；在50年一遇设计洪水位(24.50 m)条件下，大桥桥墩、桥台及连接线路基共占用湖区库容59 223 m3，水库容积为28.50×108m3，桥梁建设占用水库库容的比例为0.00 208%，可知桥梁建设对瓦埠湖蓄水影响很小。

3.4 对规划区排涝、灌溉能力影响分析

拟建项目是在蓄洪区内设置桥墩，并不阻碍规划区内的排涝、灌溉面积，且对各沟道、蓄涝区、排出口等排涝能力基本无影响。

拟建项目施工期内，按施工进度计划，主体工程均在非汛期进行，汛前将施工弃土、废渣运至河道管理部分规定区域，可避免其在汛期对规划区排涝能力的影响。施工期内，对规划区内原有取水设施不构成影响，不影响规划区灌溉能力。

拟建项目仅是在蓄洪区内设置桥墩，建成后并不影响瓦埠湖蓄洪区水资源的时空动态分布及原有的排涝、灌溉等级和排涝、灌溉面积，且对各沟道、蓄涝区、排出口等排涝能力基本无影响。

4 洪水对建设项目的影响分析

4.1 淹没影响分析

洪水淹没桥墩高度约为10 m，大桥建设目的即为跨越瓦埠湖，因此洪水对桥梁的运行无影响。而且桥梁的设计标准为100年一遇，低于100年一遇标准的洪水对桥梁将不会造成损失。

4.2 冲刷与淤积影响分析

由于大桥是采用桩基，墩台均为钢筋混凝土结构，洪水冲刷以及泥沙淤积对建设项目结构稳定、防洪能力、正常运行均不会造成较大影响。

4.3 桥墩防撞影响分析

拟建大桥通航孔桥墩应按2 000 吨级货船和1 顶2×1 000t顶推船队撞击力大值进行防撞设计。

根据《内河通航标准》及《内河航道维护技术规范》规定，设计最高通航水位条件下，主墩均位于通航水域范围内，需设置墩柱防撞保护设施，墩柱防撞保护设施不得恶化通航水流条件和过于减小通航净宽。

5 结 论

拟建瓦埠湖大桥采用全桥梁方式穿越瓦埠湖，对湖区防洪安全的影响较小，桥面径流经收集后自行处理，没有直接排入湖内。分析表明：瓦埠湖大桥的兴建对淮河流域规划与瓦埠湖防洪规划是不矛盾的。

根据瓦埠湖流域防洪规划报告，瓦埠湖防洪标准为50年一遇，瓦埠湖桥工程设计洪水标准为100年一遇，连接线的防洪标准为50年一遇，均不低于瓦埠湖现有和规划防洪标准。大桥采用桩基结构，洪水的淹没以及洪水对桥墩的冲刷淤积影响极小。