大洲溪涉河工程防洪评价关键技术探讨

张帅东

（杭州舜禹水利工程设计咨询有限公司，浙江 杭州 310022）

0 引言

洪涝灾害是中国历史发展进程中重点关注的自然灾害，事关经济发展、社会进步、人类生存，为降低洪涝灾害对社会发展的不良影响，中国出台了一系列防洪减灾制度、规定、标准及要求，不断完善防洪减灾体系。涉河工程是在河道管理范围内修建的跨河、穿河、取水、渡河等工程项目，会对河流防洪能力产生影响，尤其是在河流岸线大力开发下，涉河工程项目大规模兴建，给河道防洪、行洪能力造成不同程度的干扰，需要加强相关工程防洪评价。结合河道特点、工程特点等，针对不同侧重点进行防洪评价，确定该工程建设方案能否满足河道稳定性及安全行洪能力要求，能够保障河道上下游汛期行洪安全。

1 工程概述

大洲溪位于建德市，属于新安江重要支流，河道主流长度23.20 km。此工程位于建德市下涯镇，涉及河道为大洲溪，工程建设目的是满足厂区货运车辆运输需求，桥位处河道宽度为33.80 m，河道控制最小宽度为28 m。桥梁工程跨度20 m+3 m×30 m，桥宽14 m，双向两车道，设计行车速度40 km/h，桥梁公路设计安全等级为二级。桥梁跨越大洲溪，河道内设置1排桥墩，每排桥墩3个，每个桥墩直径1.80 m，设计洪水频率为20年一遇。桥梁上部柱、下部桩基础直径分别为1.80 m、2 m，每排3个桥墩之间用一道连系梁连结在一起，连系梁高度1.80 m，宽度1.80 m，河道左右梁底高程分别为69.20 m、68.50 m。根据《建德市河道整治规划》，桥梁所在行政村防洪标准为10 年一遇，因此，此工程防洪评价计算采用10年一遇标准。

2 大洲溪涉河工程防洪评价关键技术

2.1 水文分析计算

2.1.1 暴雨洪水特性分析

工程位于大洲溪内，流域径流主要由降水形成，包括春雨、梅雨、台风雨，主雨季为4-7 月梅雨期和7-10 月台风期，连续四个月降水，占全年降水量的55%～60%。其中，洪水主要由台风暴雨形成，雨强大，历时短，雨量集中，一天内降水量约为本场暴雨量的70%～90%。由于暴雨急骤，山区性河流坡降大，短时间内会形成洪峰，洪量集中，短历时暴雨是该区域洪水发生主要原因。

2.1.2 设计洪水

此工程在大洲溪建桥处的流域面积80 km2，采用浙江省瞬时单位线法推求流量的方法计算设计洪水，桥址处相应20 年一遇流量519 m3/s，10年一遇流量410 m3/s。根据《建德市河道整治规划》，大洲溪洪水成果见表1。

表1 大洲溪河流特征及设计洪水成果表

2.2 桥梁阻水分析

根据工程建设方案，此工程在河道内的建筑主要为3个桥墩及连系梁，3 个桥墩占水域面积共9.42 m2，连系梁占水域面积共10.22 m2，共计19.64 m2。依照《建德市河道整治规划》确定桥位处防洪标准为10 年一遇，对应河底高程和洪水位分别为46 m、48.89 m。根据桥梁工程建设方案，河道内设置有一排桥墩，建成后会对河道产生一定阻水作用，影响河道行洪能力，按照10 年一遇防洪标准计算桥梁阻水情况，最终计算出该桥梁工程建成后阻水率为6.41%，不超过《浙江省涉河桥梁水利技术规定》（8%），满足建设要求。

2.3 壅水分析计算

根据桥梁工程建设前后水流要素，采用经验公式法中壅水计算公式计算桥墩最大壅水高度（Δh）及桥梁最大壅水长度（L），具体计算公式如下：

式中：vM—桥下平均流速（m/s）；vo—天然断面平均流速（m/s）；η—系数（与水流进入桥孔阻力相关，一般为0.05）。

式中：Δh—桥前最大壅水高度（m）；I—桥位以上水面比降。

按照10年一遇标准进行计算，可知此工程最大壅高为35 cm，影响范围至桥梁上游100 m范围内，壅高后洪水位距离岸顶仍有2.60 m 空间，可见对河道行洪能力及两岸防洪安全影响不大。根据桥梁上下游不同范围工程前后壅高数值，可知距离桥梁越远，水位壅高幅度越小，桥梁下游洪水位基本不变。这是因为此工程属于山区性河道，水面比降大，水流速大，工程建成后对桥墩上游水位壅高影响较大，对下游影响不大。

2.4 冲刷分析计算

项目主体建设工程位于大洲溪河流，流域面积96.14 km2，河道主流长度23.20 km，河道总比降为11.94%。河流属于雨源类河流，受降水控制明显，特别是山溪性河流，源短流急，枯洪变化悬殊，河床纵比降大，会对周围河道产生较为严重的冲刷影响，造成河床形态改变。该河道大部分河道堤防建设缺乏统一规划，河道较窄，建设工程较为老旧，多采用块石砌面、卵石填肚方式，且缺少日常维修，一旦遭遇汛期便会被严重损毁。周围居民居住环境的变化，大量交通设施、村镇建设等都会对河道、水域等进行占用，部分农民也会在河道内种植农作物，都会对河道行洪能力产生影响。同时，河床冲刷还会影响河道中水沙运动，这种变化是一种持续性的变化，无论桥梁工程建设前后都处于动态变化状态，在桥梁设计和施工中也要考虑这种变化，参考《公路桥位勘测设计规程》推荐的计算公式，精确计算河道一般冲刷深度和局部冲刷深度。

一般冲刷深度指，桥梁建成后，桥墩导致水流变窄，桥下流速增加，水流挟沙能力也随之增强，这种冲刷能力的增长，会导致桥梁下河床深度增加，待达到新的冲淤平衡后，一般冲刷停止。局部冲刷指桥梁建成后，流向桥墩的水流受到阻碍后水流结构发生剧烈变化，出现螺旋状水流，搅动桥墩周围泥沙，产生局部冲刷。根据此工程地质资料及河势稳定性分析，建立相应二维数学模型，计算桥梁工程建成前后水流流速，发现建设工程前流速在4.20～4.40 m/s 之间，建成后桥梁周围水流速在4.40～5.10 m/s之间，较工程前略有增加。河道内桥墩建成后，左岸流速增加，桥位处局部流速略有变化，但河床下0.90 m为强风化岩，计算结果显示工程建成后，桥梁周围最大冲刷深度为0.90 m，且河道两岸挡墙为浆砌石结构，冲刷影响小，几乎不会对工程安全产生影响。

3 结语

通过以上分析计算，得出如下结论：根据工程建设情况，此工程防洪评价通过桥梁设计方案、水文资料、地质勘察资料等分析，发现新建桥梁阻水率为6.41%，没有超过相关技术规定的阻水率要求，同时，对工程前后河道水流流速、最大水位壅高值、占用水域等值进行计算，发现因工程位于山区性河道，水面比降大，流速也较大，工程建设对河道水位的壅高影响为35 cm，对桥墩上游水位壅高影响范围至100 m范围，壅高后洪水位距离岸顶2.60 m，对河道行洪能力影响小。

由于桥位断面河床组成为强风化岩，建成后，不会受冲刷影响，也不会影响工程安全。项目建成后，左岸及右岸桥梁梁底净空分别为17.50 m、14.20 m，满足防汛抢险通道净空要求。

综上可知，此项目建设方案满足河势稳定、行洪能力、防汛抢险、工程安全等方面的要求，工程建设合理可行。