太中银铁路汾河柳湾桥防洪评价分析

赵春林

（山西省汾河灌溉管理局，山西 晋中市 031100）

1 概况

太中银铁路工程东起太原市，西至宁夏回族自治区中卫市和银川市，横贯山西中部，在太原清徐段与汾河交叉处建柳湾汾河特大桥。该区多年平均降雨量400.2 mm，多年平均气温10.6℃，最大冻土深度81 cm。柳湾汾河大桥位于清徐县柳湾村北，桥址区地层为第四系全新统冲积层、人工堆积层；地下水为第四系孔隙潜水，地下水埋深2.9 m。河道纵坡1.3‰，防洪标准为20年一遇，泄洪流量2 000 m3/s。大桥斜越汾河干流于南社村北交汇，桥长1 386.82 m，桥高12 m，有43墩42跨。桥类型为预应力混凝土梁，圆端形桥墩，双线T台，基础均采用桩基础。

2 防洪评价计算

2.1 确定防洪标准

柳湾汾河特大桥工程属大桥、特大桥工程，根据《中华人民共和国防洪标准》要求，防洪标准采用100年一遇设计；该工程所在农村管理河段依据《堤防工程设计规范》规定，确定堤防标准为20年一遇。

2.2 水文分析计算

汾河特大桥位于汾河二坝站下游4 km，上游建有汾河水库和汾河二库，由于上游水库对汾河二坝站资料影响较大，所以将二坝站资料还原为自然洪水。

2.2.1 暴雨洪水特性

汾河洪水主要由暴雨形成，大多发生在7—8月。从洪峰流量的年际变化来看，丰枯年份洪水变化十分悬殊。上游洪水经中游平原型河道削减后，在进入灵霍山峡之前，洪峰就已大幅减小，一般不会对下游构成威胁。汾河下游干流洪水多由中、下游区间暴雨产生，形成时间短、洪峰大、洪量少。随着暴雨特性的不同，洪水过程有胖瘦之分，矮胖型洪水由大范围、长历时并有一定强度的暴雨形成，这种洪水上涨缓慢，退水也慢，另一方面，水利工程和河道对洪水波的调蓄使洪峰降低，历时拉长。尖瘦型洪水由小范围或局部暴雨形成，洪水暴涨暴落，历时短。

2.2.2 断面设计洪峰计算

洪峰流量及糙率：

采用1998年汾河中游河道治理工程的研究报告中的P=1%设计洪峰流量为3 310 m3/s，P=5%设计洪峰流量为3 310 m3/s。河床糙率取主河河床糙率0.025，河滩糙率 0.035。

建桥前后河道水面线计算：

根据河流和建设项目状况，对河道防洪情况进行计算分析，在桥址上、下游约5 km共布测15个断面，以进行河道水面线计算，确定河道行洪情况。计算公式如下：

式中：Z——断面水位，m；

Q——断面流量，m3/s；

v——平均流速，m/s；

α，ξ——分别为动能修正系数和局部阻力系数；

K——综合流量系数，由下式确定：

其中，Ai，Ri，ni分别为左滩、中槽、右滩的流量系数、过水面积、水力半径和糙率。

经计算，汾河特大桥桥址堤防内侧现状满足20年一遇洪水标准，过流能力为2 080 m3/s。大桥建设后桥址断面堤防内侧现状最大壅水高度0.28 m，壅水长度1958m；100年一遇洪水最大壅水高度0.11m，壅水长度1297.5m。由此可知，大桥对河道行洪影响不大。大桥建成后对位于大桥上游2km处的贯中大桥不会造成影响。计算成果分别见表1和表2。

表1 汾河特大桥建桥前后P=1%水面线计算成果

表2 汾河特大桥建桥前后P=5%水面线计算成果

冲刷与淤积计算：

水流斜冲防护岸坡的冲刷深度按《堤防工程设计规范》中的公式计算:

式中：Δhp从河底算起的局部冲深，m；

a——水流流向与岸坡交角，度；

m——防护建筑物迎水面边坡系数；

d——坡脚处土壤计算粒径，mm；

vj——水流的局部冲刷流速，m/s。

水流平行于岸坡冲刷产生的冲刷按《水力计算手册》计算：

式中：hB——局部冲刷深度，m；

hp——河道平均水深，m；

vp——平均流速，m；

vH——河床允许的不冲流速，m/s；

n——与防护岸坡在平面上的形状有关，一般取0.25。

计算成果见表3。

表3 各大桥桥址处河道堤岸冲刷深度

由表3结合水面线计算成果可知：柳湾汾河特大桥建成后，发生较大洪水时，在桥址处一定范围内形成降水段，其水流流速有所增加，河道堤防冲刷加剧，最大冲刷深度增加1m，100年一遇洪水冲刷深度增加0.87m。

3 防洪综合评价

3.1 与现有水利枢纽关系影响分析

距汾河二坝4km，由分析计算可知，两处建筑物互不影响；距贯中大桥2km，因其壅水高度和壅水长度均未影响到大桥，两处建筑物互不影响；由于大桥斜跨河道，桥墩随水流方向斜交，对堤防冲刷较大。

3.2 与现有防洪标准适应性分析

柳湾汾河大桥工程属特大桥工程，防洪标准采用100年一遇设计，符合《中华人民共和国防洪标准》要求；河道段堤防标准20年一遇，符合《堤防工程设计规范》的规定。

3.3 对行洪安全影响分析

汾河大桥建成后，桥址所在各河道断面中将设9个墩柱，墩柱使河道过水面积减少，具有阻水作用，由于斜交河道水流方向稍有改变，桥墩使桥址以上部分河段产生壅水，但壅水高度不大，仅0.28 m，100年一遇洪水时仅0.11 m，对河道行洪影响较小。

3.4 对河势稳定性影响分析

汾河特大桥所在河道发生较大洪水时，极易在桥址以上形成壅水并产生淤积，同时，桥址处形成降水段，水流流速稍有加快，水流斜冲堤岸，平行护岸的冲刷深度将有所增加。但由于壅水高度不大，壅水长度有限，壅水段淤积量不会很大；工程建成后，由于大桥斜交河道，水流方向改变，对河势和稳定性影响较大，应对桥址处一定范围内的河道堤防内侧采取防护加固措施，以减小工程建设引起的水流对护岸的冲刷，防止堤防决口坍塌，造成河床摆动。总之，大桥建设对该段河势稳定性影响较大。

3.5 对已建堤防工程影响分析

大桥施工建设将在河道内外进行，必须对现有的堤防拆除。为保证河道行洪顺畅，建议河道内施工安排在非汛期，并在汛期来临之前完工，将拆除的堤防工程按原设计恢复。