興雅線炮臺山大橋工程水力計算

郭富興

(遼寧省鞍山水文局，遼寧 鞍山 114002)

1 縣域概況

1.1 水資源狀況

岫巖滿族自治縣隸屬于遼寧省鞍山市，位于遼東半島的北部，地理坐標北緯40°00′～40°39′；東經(jīng)122°52′～123°41′。東及東南與鳳城、東港毗鄰，西與營口、蓋州為鄰；南與莊河相接；北及西北與遼陽、海城接壤。南北長91.8 km，東西寬75.5 km。境內(nèi)水資源豐富，多年平均降水量為775.8～933.8 mm，其表現(xiàn)為由南東向北西呈遞減趨勢。水資源總量18.92億 m3，其中地表徑流量18.86億 m3，地下徑流量3.92億 m3。人均水資源占有量高于全國人均水平。水能蘊藏量7.45萬 kw。地下熱水資源35萬 m3。共有大小河流500多條，匯集成大洋河及其最大支流哨子河，大洋河在境內(nèi)河流長111.8 km，哨子河在境內(nèi)河流長137.1 km，匯合后流向東南注入黃海。大洋河和哨子河在境內(nèi)流域總面積4 466 km2，總落差991.9 m。岫巖地熱資源豐富，全縣24℃～50℃的溫泉水有8處，現(xiàn)已開發(fā)出具有很高療養(yǎng)價值的仙人咀溫泉和溝湯溫泉等2處。

1.2 水文氣象

岫巖滿族自治縣屬于北溫帶濕潤地區(qū)季風氣候，年平均氣溫7.4℃，多年年平均降雨量775.8～933.8 mm。南距渤海、黃海較近，一年四季受季風支配，春、夏、秋、冬四季分明。其特點是：雨熱同步，干冷同期，溫度適宜，光照充足。春季，少雨多風，日照時間長，回暖快，蒸發(fā)量大，氣候干燥，常有旱象；夏季，以偏南風為主，海洋溫暖濕潤空氣北移，高溫多雨，氣候濕潤，易發(fā)生洪澇；秋季，南北風交替，降水適中，氣候較涼爽,晝夜溫差較大；冬季，以偏北風為主，西伯利亞寒潮頻繁南侵，受高壓控制，降雪少，寒冷干燥。

以岫巖水文站為代表站，依據(jù)該站67年降雨量資料系列統(tǒng)計分析：多年平均降水量819.7 mm。最大年降水量1 451.3 mm，發(fā)生在1964年；最小年降水量434.1 mm，發(fā)生在2002年；降水量四季變化明顯，年內(nèi)分配不均勻，6-9月降水量占全年的75.6%，7、8兩月占全年的54.7%，冬季寒冷雪少，1、2、12三個月僅占全年的3.0%。岫巖地區(qū)雨量充沛，年降水86～106 d。

區(qū)域多年平均蒸發(fā)量1 180.7 mm，最大年份蒸發(fā)量1 553.7 mm，發(fā)生在1965年；最小年蒸發(fā)量803.2 mm，發(fā)生在1990年；1月蒸發(fā)量最小，為28.4 mm，5月份蒸發(fā)量最大，為183.9 mm。

岫巖屬北溫帶濕潤地區(qū)季風氣候，四季分明，多年平均風速在2～4 m/s之間，年平均日照時數(shù)為2 302.7 h，年平均氣溫7℃～8℃，全年無霜期為156 d。

2 興雅線炮臺山大橋工程概況

興雅線城東炮臺山傍河擬建大橋位于大洋河流域中下游，岫巖滿族自治縣城區(qū)內(nèi)。工程項目位于大洋河干流上。大洋河發(fā)源于岫巖滿族自治縣偏嶺鎮(zhèn)一棵樹嶺南側,河源高程928.90 m，上游哈達碑、石灰窯、前營子、蘇子溝、紅旗等鄉(xiāng)鎮(zhèn)的支流匯合后流經(jīng)岫巖、楊家堡鎮(zhèn)、嶺溝鎮(zhèn)在哨子河鄉(xiāng)與哨子河匯合。境內(nèi)總河長111.8 km, 大洋河流域面積為1 961.6 km2,平均坡降2.19‰，本流域多屬山區(qū),部分河段落差大,水資源較豐富，多年平均地表水資源量8.14億 m3。

3 水力計算評價

3.1 計算范圍

本次評價水力計算為大洋河干流水力計算，由于岫巖水文站設在大洋河上，岫巖站具有1957年至2010年共計54 a的水文實測資料，因此用岫巖站水文資料來推算大洋河干流以及工程處的水面線。

根據(jù)岫巖水文站的水位流量資料、實測斷面資料以及參考岫巖城市補充規(guī)劃堤線方案成果分析計算求得水面線，水面線計算范圍從北洋河橋到南過河口，計算范圍內(nèi)河道全長10 394 m，布置河道計算橫斷面18條，跨河橋梁一座，即大洋河東大橋，本次評價的興雅線炮臺山擬建大橋的北端在岫巖水文站原斷面上游330 m，橋的南端在岫巖水文站原斷面下游160 m。

3.2 計算頻率及設計流量

根據(jù)《岫巖城市補充規(guī)劃堤線方案》(遼寧省水利水電勘測設計研究院，2010年8月)，《大洋河岫巖城市段河道防洪規(guī)劃報告》確定岫巖主城區(qū)防洪標準為50 a一遇，非主城區(qū)防洪標準為20 a一遇。

本次防洪影響評價的興雅線炮臺山擬建大橋工程位于岫巖縣主城區(qū)河段上，防洪標準為50 a一遇。因此，本次水力計算的頻率為50 a一遇，相應設計流量4 110 m3/s。

同時，根據(jù)設計部門提供的設計資料，興雅線炮臺山擬建大橋工程橋梁設計洪水頻率為百年一遇，本次水力計算也對百年一遇的洪水頻率進行了水面線的計算，相應設計流量4 980 m3/s。

水面線計算起點水位采用岫巖水文站歷年水位流量關系曲線查得百年一遇的水位為81.03 m，50 a一遇的水位為80.55 m，20 a一遇的水位為79.88 m。

3.3 計算方法

本次評價水面線計算采用能量方程式進行計算，其中橋雍水計算采用鮑氏公式，一般斷面間用能量方程式計算。

(1)

式中：Z1、Z2分別為下、上游斷面的水位(m)；hf、hj分別為上、下游斷面間的沿程、局部水頭損失(m)；u1、u2分別為下、上游斷面的流速(m/s)；

鮑氏公式：

ΔZ=η(V2-V12)

(2)

(3)

(4)

式中：ΔZ為橋前最大壅水高度(m)；η為系數(shù)(與水流進入橋孔的阻力有關)；V為有沖涮情況時，橋下平均流速(m/s)；V1為天然情況下橋位處平均流速(m/s)；P為與橋孔沖涮有關的系數(shù)；W過、W阻為橋的過水和阻水斷面面積(m2)；Vs為橋下設計洪水流速(m/s)。

3.4 計算方案

本次水力計算對工程建成前、后分別進行水力計算。

建工程前，即現(xiàn)狀條件下大洋河岫巖水文站至北洋河橋河段水面線計算方案。

建工程后，即興雅線炮臺山擬建大橋工程建成實施后的大洋河河道城市段水面線計算方案。為了評價其擬建工程對防洪工程的影響，本方案按照工程實施后條件、對大洋河城區(qū)段進行水力計算，以反映工程建設后對水位、流速等方面的影響。

3.5 計算成果

大洋河河道城區(qū)河段水面線計算成果見圖1。

圖1 大洋河跨河大橋100 a一遇擬建工程前、后水面線對比圖

4 結語

(1)從大洋河河道城區(qū)段水面線計算的成果來看，在大洋河100 a一遇設計洪水條件下，興雅線炮臺山大橋擬建工程處設計流量為4 980 m3/s，工程建成后最大雍水值為0.01 m，壅水曲線全長為13 m，工程建設后造成的雍水值較小，影響范圍較短，對該地區(qū)河道行洪安全不會產(chǎn)生較大不利影響。

(2)在大洋河50 a一遇設計洪水條件下，興雅線炮臺山大橋擬建工程處設計流量為4 110 m3/s，工程建成后最大雍水高度為0.01 m，壅水曲線全長為13 m，工程建設后造成的雍水數(shù)值不大，對該地區(qū)河道行洪安全產(chǎn)生影響較小。

(3)在大洋河20 a一遇設計洪水條件下，興雅線炮臺山大橋擬建工程處設計流量為2 990 m3/s，工程建成后最大雍水值為0.01 m，壅水曲線全長為13 m，工程建設后造成的雍水值較小，影響范圍較短，對該地區(qū)河道行洪安全不會產(chǎn)生較大不利影響。