某改建跨河桥梁对河道的防洪影响分析

王艳菊

(哈尔滨市水利规划设计研究院有限公司，哈尔滨 150010)

跨河桥梁建设对河道的影响，主要体现在桥墩的束窄和阻碍作用，减少了河道过水断面，水流过桥墩时需克服桥墩阻力，造成局部能量的损失，从而在桥墩前形成一定水位壅高和水头损失[1]。文章结合某改建跨河桥梁工程，在设计洪水计算和水面线推求成果的基础上，分析了现有桥梁和拆除重建桥梁后的壅水回水情况，并对这两种情况下的河道水位、过水断面面积、流速等变化情况进行了对比，得到了改建跨河桥梁建设对河道的防洪影响分析结论，为跨河桥梁工程建设方案的审批提供依据，同时对类似项目的建设具有一定的参考意义。

1 工程及河道概况

1.1 工程概况

本工程现状桥梁为6m×6m木桥，全长40m，为保障行车安全，利用原桥位拆除重建。

现状旧桥桥位复核路线走向，桥址所在河段稳定，排流条件较好，与交通路网规划相协调，故重建桥梁利用原桥位。桥梁汽车荷载等级采用公路-Ⅱ级，桥梁全长43.54m，桥梁全宽7.5m，为净6.5m行车道+2×0.5m防撞墙。桥梁上部结构为3～13m预应力混凝土空心板梁，下部结构采用柱式墩、台，扩大基础。共4排墩台，其中河道主槽内2排，每排下设2根柱，直径1.0m，柱长3.15m和3.85m。

桥梁设计安全等级为一级，规模为中型，设计洪水频率为50a一遇，设计使用年限30a。

1.2 河道概况

工程所在河道现状为天然河道，防洪标准10a一遇，相应10a一遇设计洪水位97.35m。河道主槽为复式断面，河底高程96.70m，河底宽15m，两岸边坡1∶1.5，无护砌，滩地地面高程98.70m左右。

本工程跨河桥梁位于河道桩号0+820处，该断面10a一遇设计洪水位97.35m，50a一遇水位97.62m。

2 设计洪水计算

由于工程位置没有水文资料，所以分别采用水文图集法与参数修正法计算。

2.1 水文图集法

本工程所在河道集水面积7.5km2，根据2019年版《黑龙江省水文图集》，按流域重心查得设计洪水参数，洪峰流量计算成果见表1。

2.2 参数修正法

利用某临近水文站长系列计算的参数对图集法查取的参数进行修正后，得到本工程所在控制断面设计洪水成果，洪峰流量计算成果见表1。

表1 水文图集法和参数修正法成果对比表

2.3 成果分析

对水文图集法和参数修正法洪水计算成果进行比较可以看出，图集法和参数修正法推求的洪水略有差别，中大洪水时参数修正法计算成果略大于水文图集法，故本次控制断面设计洪水采用参数修正法推求的设计洪水成果[1]。

3 壅水及回水分析计算

3.1 基本资料及计算方法

本次考虑河道已建及在建桥梁等，推求现有桥梁和本次拆除重建桥梁后两种情况下的水面线，自本工程所在河流入河口处起推，向上游至本工程所在位置上游1km处。

河道横断面采用2021年实测成果，共计8个横断面。纵断采用2021年实测的河道纵断面图、河道流域1/50000平面位置图。河道水面线起推断面为河流入河口处，起推断面水位流量见表2。

水面线计算方法采用简化的稳定非均匀流公式，桥梁壅水计算采用铁三院桥梁壅水公式。

表2 起推断面水位流量成果表

3.2 水面线计算成果

1)水面线计算成果：

根据上述断面数据以及计算方法和参数，推求本次论证河段现有桥梁情况下和本次拆除重新桥梁情况下的水面线成果，见表3和表4。

表3 现状桥梁水面线成果表 m

续表3 现状桥梁水面线成果表 m

表4 拆除重建桥梁水面线成果表 m

2)水面线成果对比：

根据本次推求的河道现状水面线及重建桥梁后的设计水面线成果，对比表见表5。现状桥梁和本次拆除重建桥梁各频率洪水壅高值见表6。

表5 设计水面线与现状水面线成对比表 m

表6 现状桥梁与拆除重建桥梁壅高值成果表 m

3.3 壅水及回水分析

根据现状水面线推求成果，现状桥梁50a一遇、25a一遇和10a一遇洪水情况下，水位壅高值分别为0.10m、0.09m和0.05m，根据设计水面线推求成果，拆除重建桥梁后，50a一遇、25a一遇和10a一遇洪水情况下，水位壅高值分别为0.03m、0.03m和0.01m，回水距离300m。由此可见拆除重建桥梁进行扩孔之后，虽然有2排桥墩位于河道中间，但其占用的行洪断面很小，壅水高度较小，回水距离也很短，对河道行洪能力影响很小。

由表5对比成果可以看出，工程实施后，桥址处不同频率设计洪水位低于现状桥梁情况下洪水位，50a一遇、25a一遇和10a一遇洪水情况下，设计水位比现有桥梁情况下分别降低了0.07m、0.06m和0.04m。

综上，本次拆除重建桥梁后与现状桥梁情况相比，并未产生壅水，且河道水面线有所降低，对河道行洪是有利的。

4 防洪影响分析

4.1 工程建设前后水位流速变化影响分析

工程建成前，桥址断面10a一遇设计洪水位97.35m，相应过水断面面积为12.43m2，断面平均流速为1.35m/s；50a一遇洪水位为97.62m，相应过水断面面积为16.12m2，断面平均流速为1.99m/s。

工程建成后，桥址断面10a一遇设计洪水位97.31m，相应过水断面面积为13.78m2，断面平均流速为1.22m/s；50a一遇洪水位为97.55m，相应过水断面面积为18.80m2，断面平均流速为1.71m/s。

工程建成前后比较：桥址处10a一遇洪水时工程建成前后过水断面平均流速减小了0.13m/s，相应过水断面面积增加了1.35m2，增加了10.86%；洪水位降低了0.04m；50a一遇洪水时工程建成前后过水断面平均流速减小了0.28m/s，相应过水断面面积增加了2.68m2，增加了16.63%；洪水位降低了0.07m。

4.2 桥下净空值分析

桥梁设计标准为50a一遇，桥址所在河道断面50a一遇设计洪水位为97.62m，桥面板设计底高程99.15m，桥底净空高度为1.53m，满足非通航河流桥梁高出设计水位0.5m的最小净空要求，满足行洪要求。

4.3 对河道行洪的影响分析

本工程拆除重建桥梁包含4排桥墩，其中河道中间2排，距离河道中心线左右侧各5.5m，每排下设2根柱，柱直径1.0m，与天然情况相比，桥墩占用河道过水断面面积很小，50a一遇和10a一遇洪水情况下，水位壅高值分别为0.03m和0.01m，回水距离300m，壅水高度较小，回水距离也很短，对河道行洪能力影响很小。

与现有桥梁情况相比，原桥址过水断面较小，本次拆除重建桥梁进行了扩孔，10a一遇设计洪水时，行洪断面比原有桥梁行洪断面增加了10.86%左右，水位降低0.04m；50a一遇设计洪水时，行洪断面比原有桥梁行洪断面增加了16.63%左右，水位降低0.07m。

因此本次拆除重建桥梁后与现状桥梁情况相比，并未产生壅水，且河道水面线有所降低，对河道行洪是有利的。同时桥底净空也满足行洪要求，故对河道行洪影响很小。

5 结 语

跨河桥梁建设项目的防洪影响分析，最终目的是在满足桥梁建设需要的基础上，尽可能减少对河道的影响，从侧面也反映出项目设计方案是否合理可行。文章以某改建桥梁为例，通过计算桥梁所在控制断面设计洪峰流量，推求了现状桥梁和拆除重建桥梁情况下的水面线，并计算了桥梁壅水高度。根据拆除重建桥梁的特点，对重建桥梁与现有桥梁情况进行了对比，由于桥梁进行了适当扩孔和优化设计，桥梁重建后并未产生壅水，河道水面线有所降低，对行洪更有利[3]。而重建桥梁与天然河道情况相比，桥墩阻水面积和壅高值均也很小，回水距离较短，桥下净空值满足相关规范要求，因此重建桥梁对河道行洪影响很小。

综合以上分析，本次改建桥梁对河道防洪影响很小，满足河道行洪要求。通过文章分析，为类似的桥梁建设项目防洪影响分析提供一定的思路，同时也为桥梁工程设计方案比选提供依据，以达到项目建设与河道管理保护相互协调、可持续发展的目的。