某跨河橋梁防洪水文分析計算及設計洪水位的確定

王紅軍

（孟州市水利移民服務中心，河南 孟州 454750）

1 基本概況

某高速公路項目起點位于沁陽市主城區西南側，與既有荷包高速相接于大召村東北側，終點順接連霍二廣高速聯絡線（新安至伊川高速公路）于白沙互通，途經焦作孟州、溫縣、鞏義、偃師到達終點洛陽伊川。項目全長99 km，設計速度120 km/h，路基寬度27 m，雙向四車道。項目跨越孟州市境內河流橋梁情況為：南莊互通蟒改河特大橋跨越蟒改河，位于國道G207 南側300 m 處，道路中心樁號k34+006.75 全橋左右線合計22 聯，橋面高程117.42～123.03 m，其中蟒改河范圍橋面設計高程為122.61～121.60 m，橋底板高程為120.50～119.77 m，橋面凈寬2×凈15.50 m，與河道交角50°，河槽內樁柱埋深48 m，設計洪水頻率1/300；老蟒河大橋跨越老蟒河位于南莊鎮下官村南400 m，道路中心樁號k35+455.50，全橋長106 m，橋面設計高程為117.37～116.22 m，橋底板高程為115.66～114.51 m；橋面凈寬2×15.50 m，與河道交角76°，樁柱埋深41 m。

2 水文分析計算

2.1 洪峰流量

2.1.1 蟒改河流量的確定

該項目跨越孟州市南莊互通蟒改河特大橋跨越蟒改河位于國道G207 南側300 m 處，蟒改河樁號為15+200，蟒改河20年一遇治理標準設計洪峰流量為434 m3/s。由于蟒河改道，白墻水庫下泄洪水由蟒改河承擔，南莊互通蟒改河特大橋距離白墻水庫約15.20 km。根據《孟州市白墻水庫除險加固工程初步設計》白墻水庫300年一遇最大下泄量1 880 m3/s，南莊互通蟒改河特大橋300年一遇防洪標準，白墻水庫300年一遇最大下泄量與區間洪水進行評價。

水庫以下蟒改河屬于平原區，為工程安全考慮，采用白墻水庫同頻率設計洪水對應的下泄流量加上蟒改河區間相應洪水作為蟒改河特大橋橋位處控制斷面設計洪水成果。設計暴雨采用《05 圖集》，在流域中心點查得最大24 h 暴雨雨量為80 mm，年最大24 h 雨量離差系Cv 為0.57，變差系數Cs選用3.50Cv。由于蟒河孟州段各控制斷面流域面積均小于200 km2，故查算的點雨量即為面雨量。設計暴雨成果見表1。

表1 蟒改河設計雨量計算成果表

設計凈雨量采用《河南省水利工程水文計算常用圖》中平原地區降雨徑流關系P+Pa～R（Ⅶ）線查得。流域最大初損Im=100 mm；設計前期影響雨量Pa值5年一遇采用45 mm，10-20 年一遇采用55 mm，50 年一遇采用80 mm，100 年一遇采用100 mm，300 年一遇采用100 mm。設計洪峰采用平原區排水模數計算公式：Q=K×R×F0.75·α（1）

式中：Q—設計洪峰流量（m3/s）；K—峰量關系綜合系數，K=3.50×10-2；R—設計暴雨凈雨深（mm）；F—流域面積；α—超過河道排水標準的洪峰流量折算系數，3-5年一遇為1；10年一遇為0.90；20年一遇為0.90，大于等于50年一遇取0.70。

蟒改河特大橋橋位處控制斷面設計洪水成果采用白墻水庫下泄洪水疊加區間洪水所得，300 年一遇洪峰流量為1 959.52 m3/s。

2.1.2 老蟒河流量的確定

該項目跨越孟州境老蟒河大橋跨越老蟒河位于下官村南400 m，樁號9+950，根據《河南省孟州市老蟒河下官莊段治理工程初步設計》老蟒河下官莊段5年一遇設計排澇流量39.14 m3/s，治理段排澇流量為城市排澇流量與農村排澇流量之和。由于老蟒河無實測洪水整編資料，根據“05圖集”查算暴雨參數，采用平原地區排澇模數公式Q=KRF0.75·（K取0.035）。經計算，老蟒河大橋橋位處100一遇排澇流量為156.98 m3/s。

2.1.3 原蟒河流量的確定

由于蟒河改道，白墻水庫下泄洪水由蟒改河承擔，原蟒河主要承擔水庫以下區間的防洪除澇和農田保護任務，因此本次洪水分析計算不再考慮上游白墻水庫下泄洪水，僅計算蟒河與蟒改河交叉口以下至賈營之間的區間洪水。

原蟒河為平原河道，河流上下游及流域附近無實測流量資料，因此采用雨量資料間接推求控制斷面設計洪水。根據“05圖集”查算暴雨參數，根據“05 圖集”查算暴雨參數，采用平原地區排澇模數公式Q=KRF0.75·α（K取0.035）計算，并與《小浪底移民區蟒河下游治理工程可行性研究報告》中所推求的蟒河賈營斷面的設計洪水進行分析比較后選用。

不同計算方法所求設計洪水成果列入表3。

經過分析比較，即原蟒河新河口斷面100年一遇設計洪峰流量為108.40 m3/s；賈營斷面100 年一遇設計洪峰流量為159.60 m3/s。

3 橋位處設計洪水位的確定

3.1 蟒改河處設計洪水位

南莊互通蟒改河特大橋跨越蟒改河位于蟒改河樁號為15+200處，現狀蟒改河滿足20年一遇防洪標準，設計洪峰流量為434 m3/s。依據《孟州市蟒河河道治理工程（白墻水庫～孟州界段）初步設計報告》》，蟒改河橋位處設計河底高程106.58 m，左右岸岸頂寬6 m，右岸堤頂高程為112.73 m，左岸堤頂高程為112.73 m，水位111.73 m。南莊互通蟒改河特大橋300 年一遇流量1 959.52 m3/s進行評價計算洪水位。橋位處300年一遇流量1 959.52 m3/s，水位115.66 m，橋位處現狀堤頂漫溢，在原河道斷面處加高堤防。

3.2 老蟒河處設計水位

高速公路項目跨越孟州境老蟒河大橋位于《南省孟州市老蟒河下官莊段治理工程初步設計》老蟒河樁號為9+950，現狀老蟒河下官莊段滿足5年一遇設計排澇流量39.14 m3/s。橋位處設計河底高程107.29 m，左岸頂高程為110.28 m，右岸頂高程為110.95 m，水位109.59 m。河道設計比降為1/6 000，設計河底寬15.50 m，設計邊坡1∶2。經計算，老蟒河大橋橋位處100 一遇排澇流量為156.98 m3/s，橋位處岸頂漫溢，概化計算，橋下行洪水面寬度90 m，灘地糙率0.04，采用曼寧公式計算洪水位。100年一遇水位110.81 m。

3.3 原蟒河處設計洪水位

高速公路項目跨越孟州境西霞院干渠大橋跨越原蟒河位于賈營斷面上游2 400 m。根據《河南省孟州市蟒河農田防護工程初步設計報告》原蟒河賈營斷面河道20 年一遇設計洪峰流量為109 m3/s。依據現場測量數據西霞院干渠大橋橋位處現狀河底高程106.21 m，右岸岸頂程為111.12 m，左岸岸頂高程為109.72 m，經計算，20 年一遇水位水位109.31 m。西霞院干渠大橋橋位處100 年一遇排澇流量為159.60 m3/s，概化計算，橋下行洪水面寬度220 m，灘地糙率0.04，100 年一遇水位109.94 m。

4 結語

該項目設計洪水水文分析合理。①蟒改河采用白墻水庫同頻率設計洪水對應的下泄流量加上蟒改河區間相應洪水作為蟒改河特大橋橋位處控制斷面設計洪水成果，300年一遇洪峰流量為1 959.52 m3/s，設計流量計算是合理的；②老蟒河按照《河南省孟州市老蟒河下官莊段治理工程初步設計》進行治理，5年一遇設計排澇流量39.14 m3/s；100年一遇設計流量采用暴雨圖集計算，認為5年一遇設計排澇流量，100年一遇設計流量計算是合理的；③原蟒河根據《河南省孟州市蟒河農田防護工程初步設計報告》中所推求的蟒河賈營斷面的設計洪水進行分析比較后，原蟒河賈營斷面20、100 年一遇設計流量采用暴雨圖集計算，設計流量計算是合理的。