陽大鐵路涉河橋梁防洪影響評價

許臻真

（太原市水利技術推廣服務站，山西 太原 030000）

0 前言

陽泉市地處太行山脈西側中部，位于山西省和河北省兩個省會城市太原和石家莊之間的接合部，屬于環渤海經濟區的合理運輸扇區內，地理位置優越，具有雙向互補、橋梁紐帶、東進西聯的天然區位優勢。陽泉市擁有豐富的煤炭資源，但由于位于沁水煤田的中北部，受交通的制約，大部分煤炭靠汽車運輸，運輸成本高、運量小，嚴重限制了煤炭業的發展。隨著擬建陽泉北至大寨鐵路項目的修建，陽泉市煤炭的運輸結構發生了改變。擬建鐵路線聯通了盂縣、陽泉市中心城區、平定縣，形成了陽泉市未來城市發展的主線，連接了石太客專的陽泉北站(盂縣)、石太既有線陽泉站，成為陽泉市境內及對外交流的鐵路主干道[1]。

陽大鐵路（陽泉-大寨），起點自陽泉北站，終點為大寨站，全長81.042 km, 其中陽泉北站-義東溝村段長48.443 km，為擬建新建鐵路；義東溝村-大寨段長32.599 km，為已有鐵路線。本文研究對象是陽泉北站-義東溝村段8 座涉河橋梁，即石店河大橋、牛村特大橋、溫河特大橋、葦泊河大橋、三郊特大橋、蔭營河大橋、桃河大橋和義井河大橋,以及所涉及的8 條河道。充分考慮洪水的影響，確保橋梁建設中河道防洪和橋梁的安全，需對新建陽泉北至大寨鐵路項目(陽泉北站-義東溝村段)涉河橋梁進行防洪影響評價[2]。

1 防洪評價計算

1.1 防洪標準確定

新建陽泉北至大寨鐵路跨越桃河和義井河的河段位于陽泉市區，鐵路跨越石店河、陰山河、溫河、葦泊河、三郊河和蔭營河的河段位于山區或郊區，根據2014 年6 月住建部頒布的《防洪標準》(GB50201-2014)及陽泉市城市防洪規劃，桃河的防洪標準為100 年一遇，義井河的防洪標準為50 年一遇，石店河、陰山河、溫河、葦泊河和三郊河、蔭營河的防洪標準均為10年一遇[3]。

根據工程的重要性等，石店河大橋、蔭營河大橋、桃河大橋、義井河大橋等級屬于大橋，牛村特大橋、溫河特大橋、葦泊河特大橋、三郊特大橋等級屬于特大橋[4]。根據國家住建部頒布的《防洪標準》(GB50201-94)和國家行業標準《鐵路工程水文勘測設計規范》(TB10017-99)等的規定[5]，擬建陽大鐵路涉河橋梁工程的防洪標準為100 年一遇。

1.2 設計洪峰流量

本次評價控制斷面以上流域設計洪峰流量計算采用《山西省水文計算手冊》（2011）中的流域模型法、推理公式法兩種辦法，計算成果見表1。

表1 設計洪峰流量成果匯總表（按無資料地區計算）

對于以上所列各個流域，不同方法洪峰流量計算成果中，本次《山西省水文計算手冊》（2011）計算結果中流域模型與推理公式法兩者成果相差不大，說明這兩種洪水計算成果比較合理，而流域模型法較推理公式法在計算過程中更加周全的考慮了流域產、匯流條件[6]，推理公式法能更好的體現流域縱坡、匯流參數對的計算成果的影響，因此本次評價設計洪峰流量采用推理公式計算成果。

距離桃河大橋上游不足5 km 處的華盛橋斷面，控制流域面積為503 km2，100 年一遇洪峰流量為3088 m3/s。由于兩個斷面的控制流域面積相差不到10%，可采用面積比擬法直接推算。將華盛橋斷面設計洪峰流量換算到設計斷面流域上，經計算，桃河穿越段百年一遇洪峰流量為3223 m3/s。華盛橋斷面的設計洪峰流量已經相關部門審批，成果較為可信，因此，本次桃河大橋控制斷面百年一遇洪峰流量建議采用3223 m3/s。

1.3 壅水分析計算

1.3.1 河道水面線計算

水力計算采用一維恒定非均勻漸變流方程推算河道的水面線。一維恒定非均勻漸變流方程：

表2 溫河特大橋建橋前后河道P=1%水面線成果表

表3 溫河特大橋建橋前后河道P=10%水面線成果表

式中：Z 為水位，m；Q 為流量，m3/s；V 為平均流速，m/s；g 為重力加速度，m/s2；α、ζ 為分別為動量修正系數和局部阻力系數；K為流量系數，由公式 K=A·R（2/3）/n確定，A、n、R 為分別表示過水面積、糙率和水力半徑[1]。

河床糙率主要根據本河段河床組成及床面、河灘特性。本次防洪評價確定糙率取0.03。河道水面線計算結果見表2、表3（以溫河特大橋為例，計算了發生P=1%和P=10%建橋前后河道的水面線）

1.3.2 壅水分析

三郊河和蔭營河河道內未布置橋墩，不會由于橋梁的建設使河道產生壅水，建橋后橋梁對河道行洪影響較小。

溫河特大橋所在河道為山區河流，河谷為窄深式，河寬為27 m 左右，橋下游河道突然束窄，過水斷面嚴重減小，導致河谷產生壅水。由于溫河特大橋只有19 號橋墩位于右岸岸坡上，橋臺距離河底高差為18.86 m，而溫河建橋處斷面百年一遇設計水深為17.03 m，低于橋臺1.53 m，因此，發生百年一遇洪水時，設計洪水位低于橋臺高程，不會由于橋梁的建設使河道產生壅水，建橋后橋梁對河道行洪影響較小。

本文對其余五座橋墩在河道里的大橋建橋前后的壅水進行分析。由河道水面線推算成果可以得出建橋后各橋橋前的壅水長度和高度，見表4。

表4 壅水高度及壅水長度表

從表4 可以看出，對五條河道的行洪影響較小。

1.4 河床沖刷計算

河床自然演變沖刷、一般沖刷和局部沖刷三部分組成了河床橋梁墩臺沖刷深度。參照鐵道部頒布的《鐵路工程水文勘測設計規范》(TB10017—99)中的相關公式可以計算出橋墩沖刷[7]。本次計算采用河道平順段沖刷深度1.0 m 作為河床自然演變沖刷深度。計算得各沖刷深度見表5。

表5 沖刷深度表

2 防洪影響綜合評價

2.1 擬建陽大鐵路涉河橋梁與現有防洪標準的適應性

擬建的石店河大橋、牛村特大橋、溫河特大橋、葦泊河特大橋、三郊特大橋、蔭營河特大橋、桃河大橋、義井河大橋按照100 年一遇防洪標準設計，桃河的防洪標準為100 年一遇，義井河的防洪標準為50 年一遇，其余河道的防洪標準均為10 年一遇，根據計算，這8 座擬建橋的防洪標準均高于或等于河道防洪標準，因此滿足防洪的要求。

2.2 擬建陽大鐵路涉河橋梁對河道行洪的影響

由于橋墩對河道洪水的擠壓，橋梁建成后，將在上游形成一定的壅水，隨著洪水流量的增大壅水高度隨之增大。由于橋址處過水斷面的減小以及橋墩的阻水作用，大橋建成后，建設橋址上游將形成壅水段。

三郊河和蔭營河河道內未布置橋墩。溫河特大橋所在河道為山區河流，河谷為窄深式，河寬為27 m 左右，橋下游河道束窄，過水斷面減小，導致河谷產生壅水。溫河特大橋只有19 號橋墩位于右岸岸坡上，發生100 年一遇洪水時，設計水深低于橋臺，建橋后橋梁對河道行洪影響較小。

石店河大橋、牛村特大橋、桃河大橋和義井河大橋建橋后，最大壅水高度0.75 m，其相應的最大壅水長度為315 m，對河道的行洪影響較小。

三郊河、葦泊河和蔭營河現狀河道不達10 年一遇防洪標準。蔭營河該段河道已被列入山西省山洪溝治理范圍，工程實施以后，10 年一遇的標準將在本河道實現。

當發生100 年一遇洪水時，石店河大橋、牛村特大橋、溫河特大橋、葦泊河特大橋、三郊特大橋、蔭營河特大橋、桃河大橋、義井河大橋梁底高出水面最小高度均在4.7 m 以上。可見，還留有較大防洪空間，橋梁橫梁阻水和高度不足的情況是不會發生的。

2.3 擬建陽大鐵路涉河橋梁對河勢穩定的影響

擬建的8 座大橋建成后，由于其中幾座橋梁的橋墩占用了一小部分河道，導致過水減少，因此在橋墩處產生水量壅積，泥沙淤積，從縱向看河床局部會產生一些輕微穩定問題。

石店河大橋、牛村特大橋、溫河特大橋、葦泊河特大橋和桃河大橋所在河道均為山區河道，三郊特大橋、義井河大橋兩岸均有堤防，蔭營河特大橋所在河道左岸有堤防，故洪水基本在河道內行洪，平面上河道幾乎不會有大的擺動。

2.4 擬建陽大鐵路涉河橋梁沖刷對橋梁的影響

三郊河特大橋和蔭營河特大橋橋墩布置在河道以外，河道內未布置橋墩；石店河大橋、牛村特大橋、溫河特大橋、葦泊河特大橋桃河大橋、義井河大橋橋梁的橋墩采用樁基礎，建橋后，各橋基礎埋深均大于總沖刷深度，橋墩樁基礎埋深均能滿足設計要求。

3 防治與補救措施

3.1 對河勢變化的防治補救措施

（1）當發生河道設計標準洪水時，擬建橋梁橋墩阻水使水流方向、流速及河道兩岸沖刷發生改變，建議對橋梁兩岸上下游堤坡進行防護。

（2）在河道橋墩上下游適當對河底進行防護，減少洪水對河道的沖刷，以確保橋梁的安全。

（3）鐵路部門應對葦泊河特大橋所在河道進行疏浚或采取整治工程措施，使河道滿足相應防洪標準。

3.2 對河道管理影響的防治補救措施

所有橋梁汛期建設施工時，很多因素都會對河道行洪產生局部不利影響，比如建設施工現場內所有的料場、便橋、設施、便道及生活區域等。在工程施工期過程中，施工單位要與當地水行政主管部門密切配合，制定科學的施工方案，按照施工程序，全方位安全度過施工期；在工程建設后期，要清理施工現場，清理現場廢棄物，盡可能恢復原貌，保證行洪安全順暢。

3.3 降低對環境、水質影響的防治措施

在所有的橋梁施工過程中，要切實加強施工期間的管理：禁止向河道內投放棄土和棄渣；施工期間禁止直接向河道排放生產和生活污水等，將施工期間對環境的破壞影響程度降為最低。努力做好水土保持工作，盡可能減少臨時占地對周圍生態環境的破壞程度，防止在橋梁建設過程中對河道的造成的破壞，與此同時，盡可能避免由于拖延施工進度而出現意外事故進而造成的損失。

4 結論與建議

4.1 結論

（1）石店河大橋、牛村特大橋、溫河特大橋、葦泊河特大橋、三郊特大橋、蔭營河特大橋、桃河大橋、義井河大橋采用100 年一遇標準設計，從基本數據看符合國家2014 年6 月住建部頒布的《防洪標準》(GB50201-2014)規范要求。

（2）依據計算結果，100 年一遇洪水通過石店河段流量為87 m3/s，100 年一遇的洪峰流經陰山河段峰值為1747.2 m3/s，溫河段100 年一遇洪峰流量為2697.8 m3/s，葦泊河段100 年一遇洪峰流量為661.5 m3/s，三郊河段100 年一遇洪峰流量為420.8 m3/s，蔭營河段100 年一遇的洪峰流量為470.4 m3/s，桃河段100 年一遇的洪峰流量為3223 m3/s，義井河段100 年一遇的洪峰流量為634.5 m3/s。采用本次防洪評價中100 年一遇洪水成果，經對8 座大橋底部高程復核，均達到了100 年一遇洪水標準。

（3）桃河設防標準為100 年一遇，義井河設防標準為50 年一遇，其他的河道設防標準為10 年一遇。牛村特大橋、石店河大橋、桃河大橋、義井河大橋建橋后，當發生所在河道防護標準洪水時，最大壅水高度分別為0.41 m、0.53 m、0.56 m、0.59 m，溫河特大橋所在河道10 年一遇設計洪水位低于橋臺高程，經復核，建橋后各大橋址均不會出現洪水漫堤及漫過路面現象，均能夠滿足所在河道防洪要求。葦泊河特大橋和蔭營河特大橋所在河道發生相應河道防洪標準洪水時，洪水漫過河岸，現狀河道均達不到防洪標準要求。蔭營河該段河道已被列入山西省山洪溝治理范圍，治理好以后，該段河道設防標準將達到10 年一遇，建議鐵路部門對葦泊河該段河道進行疏浚，使河道滿足10 年一遇防洪標準。

4.2 建議

（1）建議調整義井河大橋和石店河大橋的橋墩位置，盡量布置在河道兩岸，避免橋墩建設在河道內影響河道行洪。鐵路部門對不達防洪標準的葦泊河特大橋所在河道進行疏浚，使其滿足河道防洪標準。

（2）根據不同地段河道實際情況，對橋梁上、下游河道適當進行防護。特別是大橋上下游附近居民及企事業單位較多的河段，沿岸堤防安全具有重大意義，為確保下游安全，建議對沿岸堤防進行適當的加高或加固。