岫巖縣炮臺山大橋工程防洪評價

□ 崔 巍（遼寧省鞍山水文局）

1 概述

岫巖縣炮臺山大橋位于大洋河流域中下游，岫巖縣城東炮臺山大洋河左岸河道上，大橋下游斷面在岫巖水文站下游160m處，上游斷面在岫巖水文站上游330m處。見圖1。大橋全長510m，橋寬8.50m，大橋設計橋跨結構為17跨，跨徑30.00m，上部結構為裝配式預應力混凝土箱梁，設計橋面高程為橋頭84.01m，橋尾82.95m。根據《大洋河岫巖城市段河道防洪規劃報告》中岫巖鎮主城區的防洪標準為50年一遇，非主城區的防洪標準為20年一遇。本評價報告按照50年一遇防洪標準進行分析計算。

圖1 岫巖縣炮臺山大橋工程位置圖

2 設計洪水

2.1 資料選取

大洋河設有岫巖水文站，1957年5月設立，流域面積為910 km2。基本資料選用1957-2010年，連續資料系列為54年。

2.2 歷史洪水分析

根據歷史洪水調查及文獻分析，自1746年以來，大洋河發生較大洪水年份有 1879，1888，1960，1982，1994，1917，1937年等。岫巖站1879年洪水在該資料中記載為最大的洪水，因此1879年洪水為自1746年以來近265年的第一位大洪水，1888年為第二位。實測系列中1982年洪峰大于1917年，1994年和1960年洪峰大于1937年，將其從實測系列中提出，與歷史洪水一起排位，即 1982，1917，1994，1960，1937年分別為自 1917年以來94年的第一、二、三、四、五位洪水。實測洪峰系列中前三位空項，其余按連續系列排序計算。

2.3 設計洪峰流量

設計洪峰流量計算頻率采用PⅢ型曲線，按繪線讀點補矩法，對岫巖站洪峰進行頻率計算，得到50年一遇設計洪峰流量為4110m3/s。炮臺山大橋工程剛好位于岫巖水文站原斷面處，兩者同頻率設計洪水是相同的。故工程處50年一遇設計洪峰流量也為4110m3/s。

2.4 設計洪水水位

由岫巖水文站水位與流量關系線查的，50年一遇設計洪峰流量4110m3/s對應的設計洪水水位為80.55m。根據岫巖站～炮臺山大橋工程北端距離330m,該段河道比降2.10‰,求得炮臺山大橋工程北端50年一遇設計洪水水位為81.24m。根據岫巖站～炮臺山大橋工程南端距離160m,該段河道比降2.20‰,求得炮臺山大橋工程南端50年一遇設計洪水水位為80.20m。

2.5 設計洪水流速

設計橋位附近河段河道比較順直，水面較均一，河槽為U型河槽，只有主槽無灘地，河床斷面比較規整，因此可作為穩定均勻流河段，用曼寧公式計算平均流速。

根據岫巖水文站資料分析確定糙率n為3.50×10-2，上斷面50年一遇設計洪水水位81.24m，斷面面積1265m2，河寬336m，水面比降I=2.00×10-3，求得50年一遇設計洪峰流量所對應流速為V平=3.09m/s。根據下斷面50年一遇設計洪水水位

80.20m，斷面面積1330m2，河寬360m，水面比降I=2.30×10-3，求得50年一遇設計洪峰流量所對應流速為V平=3.27m/s。

3 壅水分析計算

3.1 橋前最大壅水高度

按照下式進行壅水計算。

式中:△Z—橋前最大壅水高度（m）；η—系數，反映河灘路堤阻斷流量與設計流量的比值；VM—橋下平均流速（m/s）；V0—斷面平均流速（m/s），為天然狀況下的設計流速，由設計洪水的水文分析計算確定，其值等于設計頻率洪水的流量除以設計頻率洪水的全斷面面積。

經過計算橋前最大壅水高度△Z的值為1.30×10-3m。

3.2 壅水曲線長度計算

按照下式計算壅水曲線全長。

式中:L—壅水曲線長度;I—水面比降。

水面比降為2.10×10-3，經計算50年一遇橋前壅水曲線長度為12m。

3.3 梁底高程復核

按照下式計算梁底允許最低高程。

Hmin=HS+∑Δh+Δhj

式中:Hmin—梁底允許最低高程（m）；HS—50年一遇設計水位（m）；∑Δh—考慮壅水、浪高、波浪壅高、河彎超高、水拱、局部股流壅高（水拱與局部股流壅高只取其最大者）、床面淤高、漂浮物高度等諸因素的總和（m）；Δhj—橋下凈空安全值（m）。

上斷面50年一遇設計水位HS=81.24m；由于工程處在河流中上游，水流速度大，水面不平穩，浪高、水拱等因素有一定影響，綜合考慮壅水（橋下最大壅水高度為1.30×10-2m）、河床淤高、漂浮物高度等各種因素，∑Δh按照0.50m考慮進行計算；按照《公路工程水文勘測設計規范》,梁底凈空值Δh取0.50m。因此，50年一遇洪水梁底允許最低高程為81.24m+0.50m+0.50m=82.24m。

同理，經計算下斷面50年一遇洪水梁底允許最低高程為81.20m。

4 沖刷、淤積分析計算

在河道上建橋后，由于橋梁墩臺等減小了過水面積，增大了流速，導致橋下斷面造成沖刷。洪水的沖刷包括自然沖刷、一般沖刷和局部沖刷三部分。

4.1 橋下一般沖刷

工程處河道為U型河槽，根據本地區河床土壤資料，綜合考慮最不利因素，選取非粘性土壤公式進行沖刷計算。經計算求得橋下一般沖刷深度為3.09m。

4.2 墩臺局部沖刷

按照橋墩局部沖刷計算公式，經計算求得墩臺局部沖刷深度為2.47m。

4.3 橋梁墩臺基礎最小埋深

經實地查勘及有關資料分析，工程處河段自然沖刷和淤積較小，河床穩定，多年變化不大。故可忽略本河段的自然沖刷和淤積變化，總沖刷深度近似等于一般沖刷與局部沖刷深度之和，選取最不利的組合。經過沖刷計算，求得總沖刷深度為5.56m。最低沖刷線高程為67.92m，基底埋深安全值取2.50m。故橋梁墩臺基底最高標高為65.42m。

5 結論

炮臺山大橋在河道內建有橋墩，一定程度上干擾了河道水流流態，使該處河道泄洪能力降低。從壅水計算結果分析，大橋建成后在設計頻率洪水情況下最大壅水高度為1.30×10-2m，壅水曲線長度12m，數值不大，對該河段行洪安全影響較小。

本工程修建大橋拓寬了原道路寬度，加強了車輛暢通，對防汛搶險無不利影響。

洪水對本工程影響分析，炮臺山大橋工程處河道堤防標準為50年一遇，經計算，工程處50年一遇設計洪峰流量為4110m3/s，上斷面設計洪水水位為81.24m，下斷面設計洪水水位為80.20m。

大橋上斷面50年一遇允許梁底最低高程為82.24m，設計梁底高程為82.81m，高于允許梁底最低高程0.63m，滿足設計要求。下游斷面50年一遇允許梁底最低高程為81.20m，設計梁底高程為81.75m，高于允許梁底最低高程0.55m，滿足設計要求。

由于建橋后引橋路基、橋墩阻水，導致橋下水流收縮，流速增大，產生沖刷。經過計算，在設計頻率洪水情況下最大沖刷深度為5.56m,建議工程建成后應加強對河岸及橋墩的沖刷觀測。

[1]徐新華，夏云峰.防洪評價報告編制導則研究及解讀[M].北京:中國水利水電出版社，2008.

[2]岫巖縣興雅線炮臺山大橋工程防洪影響評價報告[R].鞍山:遼寧省水文水資源勘測局鞍山分局,2011（04）.