瓦埠湖大橋洪水評價分析

張 璐， 鐘 敏

(1.安徽省引江濟淮集團有限公司，安徽 合肥 230000；2.安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

1 概 況

瓦埠湖流域原名東淝河，屬丘陵區河道。自淮河遭受黃河泛濫影響后，河道淤積，水位抬高，東淝河出口排水不暢，中部低洼地區形成狹長的湖泊，即瓦埠湖。河口于新中國成立初期建有東淝閘控制，流域北面，有東淝河攔河壩及二里壩(壽縣城墻至八公山腳，長2.8 km)、牛尾崗堤(正陽關五里鋪至壽縣城，長30.3 km)與淮河及壽西湖行洪區分隔。西依淠河流域，東鄰窯河與池河流域，南以龍穴山、大潛山、將軍嶺等江淮分水嶺與長江流域的巢湖水系豐樂河、派河和南淝河分水。

瓦埠湖為淮河六大蓄洪區之一，位于淮河中游南岸，由東淝河中游河道擴展演變形成，河道全長152 km，平均比降0.3%。湖區南起白洋淀，北至錢家灘，長52 km，東西平均寬約5 km。湖泊水位18.0 m時，湖面為164 km2；湖泊水位17.839 m時湖面為156 k m2。瓦埠湖流域面積為4 193 km2，跨六安、肥西、長豐、壽縣和淮南市等五個縣(市)，流域內壽縣面積最大，其次是長豐縣，淮南市僅占流域東北角小塊土地，六安和肥西均占流域的上游。

瓦埠湖為淮河六大蓄洪區之一，位于淮河中游南岸，流域面積4 193 km2，由東淝河中游河道擴展演變形成，河道全長152 km，平均比降0.3%。湖區南起白洋淀、北至錢家灘，跨壽縣、長豐、謝家集三縣，長52 km，東西平均寬約5 km。

瓦埠湖大橋及其連接線總長26.759 km。項目起點位于與合肥長豐縣交界處，起點樁號為K0+000，終點位于淮南壽縣堰口鎮與S203相接處，終點樁號為K26+759。

瓦埠湖大橋起點位于瓦埠鎮，起點樁號為K13+321.5，終點位于陶店回族鄉，終點樁號K16+326.5。選用部分斜拉橋方案，橋梁全長3 012 m，橋梁跨徑布置為3.5 m(橋臺)+38×30 m(組合小箱梁)+(105+185+105)m(部分斜拉橋)+49×30 m(組合小箱梁)+3.5 m(橋臺)。主橋全長395 m，采用單索面預應力混凝土部分斜拉橋方案，懸臂法施工，索塔采用柱式塔，塔下為承臺接群樁基礎。

主梁采用單箱雙室大懸臂預應力混凝土箱梁，箱梁根部梁高7.0 m，跨中梁高3.5 m，頂板寬度24.5 m，頂板設置雙向2%橫坡，支點處底板寬度10.0 m，采用斜腹板，箱梁懸臂長6.0 m，懸臂下每隔4.0 m設置一道加勁隔板，隔板厚30 cm；箱梁頂板厚度28 cm，跨中底板厚度32 cm，支點底板厚度140 cm，跨中腹板厚度50 cm，支點腹板厚度90 cm；主梁采用C55混凝土。

2 設計洪水分析

(1) 水位。引用淮委已批復的《安徽省壽縣九里保莊圩加固工程可行性研究報告》(2017年)相關成果，瓦埠湖50年一遇和20年一遇洪水位分別為24.4 m和24.0 m。

瓦埠湖100年一遇洪水位根據瓦埠湖歷年水位資料經頻率分析得出。瓦埠湖歷年實測最高水位見表1。

表1 瓦埠湖歷年實測最高水位頻率統計表

經分析計算得出，瓦埠湖100年一遇的洪水位為24.95 m。頻率曲線如圖1所示。

圖1 水位頻率曲線

綜上，瓦埠湖設計水位成果見表2。

表2 瓦埠湖設計水位成果表

表3 瓦埠湖各種工況水位

(2)流量。東淝河全流域面積約為4 193 km2，經在大比例尺地形圖上量算，橋址上游處東淝河流域面積約為2 900 km2。

根據淮南站多年實測雨量資料進行分析計算。最大24h暴雨多年平均值為98.7 mm，年最大24h暴雨的最大值發生在1991年，為212.7 mm，1974年居第二位，為186.6 mm，1997年居第三位，為171.1 mm。最大3d暴雨多年平均值為131 mm，年最大3d暴雨的最大值發生在1991年，為342 mm。

根據《安徽省長短歷時年最大暴雨統計參數等值線圖》，查圖得本地區年最大24h點雨量均值為100 mm，年最大3d點雨量均值為125 mm，與采用實測資料分析成果基本一致。在等值線圖參數中考慮了面上平衡，能反映短歷時暴雨地區分布規律，同時比實測資料計算成果稍大，因此，本次設計暴雨采用等值線圖參數進行計算，橋址上游最大3d暴雨多年平均點雨量均值采用值為125 mm，取Cv=0.55，Cs=3.5Cv，計算得50年一遇和20年一遇最大3 d暴雨量分別為322.5 mm、262.5 mm。

綜合分析東淝河下段河道泄洪能力和東淝閘的設計流量，且瓦埠湖大橋橋址處位于莊墓河入瓦埠湖口下游，根據橋址上游流域下墊面情況，取徑流系數Ψ=0.5，計算可得橋址處發生20年一遇洪水時，最大過橋流量為1 468 m3/s；發生50年一遇洪水時，最大過橋流量為1 804 m3/m。

3 建設項目對洪水的影響分析

3.1 過水斷面的影響分析

擬建瓦埠湖大橋及連接線總長26.759 km，在湖泊范圍內共布置了91個橋墩，橋長3.012 km，連接線長23.747 km。

根據大橋及連接線布置情況(圖2)可知，湖泊管理范圍內的擬建大橋及連接線所占用的湖區容積主要是橋墩占用的容積、橋臺兩側部分占用的容積以及連接線路基填土占用的容積。

圖2 擬建大橋及連接線占用庫容示意圖

不同工況下擬建大橋橋墩、橋臺及連接線路基填土所占瓦埠湖庫容見表4。

表4 擬建大橋橋墩、橋臺及連接線路基填土所占瓦埠湖庫容統計表

由表4分析可知，擬建大橋及連接線在分蓄淮河洪水的設計蓄洪水位(21.9 m)工況下庫容占比為0.001 69%，在20年一遇設計洪水位(24.0 m)工況下庫容占比為0.001 54%，在50年一遇設計洪水位(24.5 m)工況下庫容占比為0.002 08%，由各工況庫容占比可知，擬建橋梁對瓦埠湖湖區蓄水影響較小。

3.2 壅水分析

3.2.1 橋墩壅水計算

根據《橋渡水文》，橋前最大壅水高度采用下式計算：

式中：η為系數，根據截面過水能力而定，此處取0.05；V為設計下泄流量下的斷面平均流速，m/s；Vm橋下平均流速，m/s。

3.2.2 壅水曲線長度

壅水曲線長度近似估算式為：

Ly=2ΔZm/I0

式中：I0為計算河段天然河底比降，取0.001 9；ΔZm為橋前最大壅水高，m；Ly為壅水曲線長度，m。

擬建大橋橋墩軸線的方向與水流方向的夾角約為0°，橋前最大壅水高度及及壅水長度計算結果見表5。

表5 瓦埠湖特大橋過水斷面壅水計算表

3.2.3 雍水成果合理性分析

本次壅水計算采用相關條款進行分析計算。根據計算結果可以看出最大壅水高度為20年一遇洪水。根據壅水高度計算公式可知壅水高度等于橋前和橋下斷面的平均流速的平方相減再乘以系數η，由于η都取0.05，故壅水高度最終計算值取決于橋下斷面平均流速V與橋前斷面平均流速V0的平方差。通過計算分析可知，上述計算成果合理。

3.3 蓄滯洪影響分析

擬建大橋橋址位于瓦埠湖內。湖區兩岸由堅硬的粉砂巖組成，湖岸未見較大規模的崩塌和滑坡等不良地質現象，湖岸總體較穩定；湖區周邊植被發育良好，水土保持良好且湖周沿岸為裸露的基巖或可塑狀黏性土層覆蓋。現狀湖區內淤積現象不嚴重。

建橋后，在分蓄淮河洪水的設計洪水位(21.90 m)條件下，大橋橋墩、橋臺及連接線路基共占用區庫容19 367 m3，水庫容積為11.50×108m3，橋梁建設占用的水庫庫容的比例為0.001 69%；在20年一遇設計洪水位(24.00 m)條件下，大橋橋墩、橋臺及連接線路基共占用湖區庫容37 958 m3，水庫容積為24.62×108m3，橋梁建設占用水庫庫容的比例為0.001 54%；在50年一遇設計洪水位(24.50 m)條件下，大橋橋墩、橋臺及連接線路基共占用湖區庫容59 223 m3，水庫容積為28.50×108m3，橋梁建設占用水庫庫容的比例為0.00 208%，可知橋梁建設對瓦埠湖蓄水影響很小。

3.4 對規劃區排澇、灌溉能力影響分析

擬建項目是在蓄洪區內設置橋墩，并不阻礙規劃區內的排澇、灌溉面積，且對各溝道、蓄澇區、排出口等排澇能力基本無影響。

擬建項目施工期內，按施工進度計劃，主體工程均在非汛期進行，汛前將施工棄土、廢渣運至河道管理部分規定區域，可避免其在汛期對規劃區排澇能力的影響。施工期內，對規劃區內原有取水設施不構成影響，不影響規劃區灌溉能力。

擬建項目僅是在蓄洪區內設置橋墩，建成后并不影響瓦埠湖蓄洪區水資源的時空動態分布及原有的排澇、灌溉等級和排澇、灌溉面積，且對各溝道、蓄澇區、排出口等排澇能力基本無影響。

4 洪水對建設項目的影響分析

4.1 淹沒影響分析

洪水淹沒橋墩高度約為10 m，大橋建設目的即為跨越瓦埠湖，因此洪水對橋梁的運行無影響。而且橋梁的設計標準為100年一遇，低于100年一遇標準的洪水對橋梁將不會造成損失。

4.2 沖刷與淤積影響分析

由于大橋是采用樁基，墩臺均為鋼筋混凝土結構，洪水沖刷以及泥沙淤積對建設項目結構穩定、防洪能力、正常運行均不會造成較大影響。

4.3 橋墩防撞影響分析

擬建大橋通航孔橋墩應按2 000 噸級貨船和1 頂2×1 000t頂推船隊撞擊力大值進行防撞設計。

根據《內河通航標準》及《內河航道維護技術規范》規定，設計最高通航水位條件下，主墩均位于通航水域范圍內，需設置墩柱防撞保護設施，墩柱防撞保護設施不得惡化通航水流條件和過于減小通航凈寬。

5 結 論

擬建瓦埠湖大橋采用全橋梁方式穿越瓦埠湖，對湖區防洪安全的影響較小，橋面徑流經收集后自行處理，沒有直接排入湖內。分析表明：瓦埠湖大橋的興建對淮河流域規劃與瓦埠湖防洪規劃是不矛盾的。

根據瓦埠湖流域防洪規劃報告，瓦埠湖防洪標準為50年一遇，瓦埠湖橋工程設計洪水標準為100年一遇，連接線的防洪標準為50年一遇，均不低于瓦埠湖現有和規劃防洪標準。大橋采用樁基結構，洪水的淹沒以及洪水對橋墩的沖刷淤積影響極小。