基于GIS的青弋江特大桥防洪评价

杨润江　米鸿燕　曹帅帅

摘要 由于经济发展的需要，在芜湖县红杨镇方山村上街附近拟建青弋江特大桥。按照设计方案，根据桥梁对河道防洪安全的影响，进行防洪评价计算。通過水文分析计算、冲刷与淤积分析计算以及岸堤的稳定性分析计算等，分析工程项目对河道的行洪、河势的稳定、防汛抢险工作、堤防安全、周边环境以及河道通航能力的影响，并提出防治与补救措施，包括对河道行洪能力的补救措施，河道岸坡影响的防治措施以及对防洪大堤影响的防治措施等。

关键词 地理信息系统；青弋江特大桥；防洪评价；行洪安全

中图分类号 S2 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2017）01-0200-03

Flood Control Evaluation of Qingyijiang Grand Bridge Based on GIS

YANG Runjiang， MI Hongyan， CAO Shuaishuai

（Faculty of Land Resources Engineering， Kunming University of Science and Technology， Kunming， Yunnan 650093）

Abstract Qingyijiang grand bridge was planned to be built nearby Shangjie Street， Fangshan Village， Hongyang Town， Wuhu County. According to the design scheme and influence of bridge on flood control， the ability of flood control of the bridge was calculated. Through hydrological analysis and calculation， scour and deposition analysis， embankment stability calculation， effects of the project on flood carrying capacity， stability of river regime， emergency protection in flood defense， embankment safety， surrounding environment and river navigation ability were studied. Prevention and remedial measures were proposed， including remedial measures of flood carrying capacity， river slope impact mitigation measures， as well as control measures of flood control embankment.

Key words GIS；Qingyijiang grand bridge；Evaluation of flood control；Flood safety

近年来，随着国家整体经济的持续发展，国家对基础设施的投入逐年增大，交通路网日趋完善，跨河桥梁建设日益增多。河道管理范围内日益增多的跨河桥梁对促进交通运输、社会经济发展等多方面发挥着重要的作用，但同时也对河道行洪、河势稳定、河道管理等产生了不利影响。在河道上修建跨河建筑物，直接影响到河道的行洪安全以及建筑物本身的稳定安全，因此，对跨河建筑物项目进行防洪影响评价十分重要。

在芜湖县境内新建的青弋江特大桥占用了河道，近堤桥墩的布设对堤防安全有不利影响，应对影响范围内的堤防及近堤桥墩周边进行防渗处理，确保堤防安全。河道内桥墩侵占了行洪断面，对河道行洪有一定影响，应对桥梁雍水影响河段进行行洪断面补偿，并根据河道行洪断面补偿方案，复核、调整桥墩和承台设计，桥墩承台顶高程不得高于实施断面补偿工程后的河底线高程。为保证防洪工程和桥梁自身安全，应对桥梁上下游一定范围内的岸坡、堤坡进行防护。

作为扩能改造工程，青弋江特大桥横跨青弋江，工程的建设必然会对河道上下游河道防洪、航道规划、桥位河道的河势稳定、堤防渗流稳定和安全以及河道通航等方面产生较大影响。为此，笔者就针对扩能改造工程青弋江特大桥对防洪安全的影响进行评价，并且提出建议消除其不利影响。

1 河道基本情况

青弋江位于的安徽省芜湖县，在长江右岸，青弋江水系陈村水库以上呈扇形分布，西河镇以下进入水网圩区。青弋江特大桥拟建于芜湖县红杨镇方山村上街附近，大桥左岸红星圩堤防堤经过多年培修加固，可防御1996年型（相当于20年一遇）洪水[1]。青弋江大桥跨越处断面下游100 m处有一行人渡口，上窑渡口，以方便两岸居民往来。

2 评价计算

2.1 水文分析计算

流量计算根据水力学方法进行，河槽与滩地部分设计流量计算式为[2]

式中，Qc为天然状态下河槽部分设计流量（m3/s）；Ac为河槽面积（m2）；

C为谢才系数；i为洪水期水面比降（‰）；n为河床糙率；R为水力半径（m）。

通过以上计算式，计算出各设计洪水条件下通过桥址断面的设计流量，具体见表1。

根据水利部长江水利委员会长江勘测规划设计研究院编制的《青弋江分洪道工程可行性研究报告》中对芜湖市内河流量进行了相关分析[3]。根据分析成果得出工程桥位处流量，见表2。

通过上述分析成果与水力学法计算成果的比较，水力学法计算的成果与报告中的成果接近，故桥址处（现状）流量采用水力学计算的成果。青弋江分洪道工程实施后，上游来水量经十甲任节制闸调控，支叉河流上的生态闸将封堵来水，来水量经上潮河分洪后，其余全部下泄至湾沚。规划后的桥址设计流量采用由十甲任节制闸闸下设计流量和湾沚设计流量按距离内插推求。

2.2 壅水分析计算

建桥后，由于桥墩占用过水断面面积和对河道水流的阻碍作用，致使桥前雍水抬高水位。同时，桥下河道水流流速增大，桥墩周围的水流在河床附近形成淘刷漩渦，引起河床的一般冲刷和桥墩局部冲刷。雍水高度及冲刷深度与过流条件、河道断面、桥址河段土壤特性、桥墩几何形状等因素有关，现根据有关规范和资料分别进行分析。

2.2.1 壅水高度计算。

桥前最大壅水高度：

建桥后由于桥墩减少了过水面积，压缩水流使桥前水位壅高。根据《公路桥位勘测设计规范》（JTJ062—91），桥前最大壅水高度采用下式计算[4]：

式中，η为系数，根据河滩过水能力而定，取0.05； 0为天然状态下桥孔部的平均流速（m/s）； m为 桥下平均流速（m/s）。

桥下壅水高度：根据《公路工程水文勘测设计规范》（JTJ062—2002），桥下壅水高度采用 1 2 ΔZ[5]。

2.2.2 壅水曲线长度计算。

壅水曲线长度近似估算式为

式中， I为计算河段天然河底比降，取0.099‰；△Z为桥前最大壅水高度（m）。

根据计算结果，该方案的桥墩布局设计标准条件下允许冲刷系数为1.10，满足《桥涵水文》允许范围（<1.40）[6]。青弋江特大桥壅水高度、壅水曲线长度计算结果见表3。

3 防洪综合评价

3.1 与有关规划的关系与影响

在《青弋江分洪道工程可行性研究报告》中，工程河段的主要规划内容为左岸红星圩加高加固堤防，以防御1996年型洪水[7]。红星圩堤防加高培厚工程，2008年芜湖市“万亩圩达标工程”中该工程已实施完成。工程河段暂无新的水利与防洪规划，因此该工程的建设对青弋江跨越河段综合规划、防洪规划、岸线规划及河道治理等水利规划的设施均无明显影响。

3.2 与航道规划的关系影响

根据《安徽省内河航运发展规划》中确定的内河航运发展规划，青弋江弋江镇至清水段将按Ⅴ级航道标准进行航道整治，桥位处规划最高通航水位为12.50 m（10年一遇）[8]。该线路跨越工程在设计过程中，设计方已与航道主管部门进行了接洽， 编制了该工程的航道论证，现青弋江跨越段桥墩设置及架空高度方案充分考虑青弋江航道整治因素，所以该工程的建设对航道规划无明显影响。

3.3 对行洪能力的影响

根据桥梁设计方案，建桥后，桥墩阻水减少了河道有效行洪断面面积，降低了河道行洪能力，在桥址附近形成壅水。经计算，在不同设计洪水条件下，大桥桥前壅水最大高度为0.037 m，阻水面积占过水河道面积最大的为8.70%。因此，建桥后对河道行洪能力产生了一定影响。

3.4 对堤防渗流稳定及安全的影响

跨青弋江大桥工程在左岸大堤内侧布置有支墩，根据《堤防工程设计规范》，应进行堤防渗流稳定分析[9]。根据青弋江特大桥工程地质勘察报告成果，当堤基土层中存在透水性较强的砂层、砂壤土层、古河道时，存在堤基渗漏稳定问题。拟建桥址处堤基土层结构分为4层，1、2、3层均为粉质黏土，厚度为20.0 m，4层为粗圆砾土，厚度为20.2 m。表层黏性土厚度大于5.0 m，厚度较深，堤基渗透变形的可能性较小。

根据桥梁设计方案，桥墩布置在左岸红星圩堤身断面以内，桥墩中心线距离背水坡堤顶约10.2 m，桥梁设计方案不符合《堤防工程设计规范》规定。桥墩桩基础施工时，开挖面积较大，容易造成堤身塌方，且钻孔灌注桩需穿透堤基黏土覆盖层，会造成承台和桩周围土体扰动，导致桥墩基础与堤身结合部位防渗能力减弱或失效；洪水期间，由于堤身断面被侵占，缩短了渗透路径，加之桥墩与堤身接触部位土体易松动，一旦堤防在洪水中浸泡时间过长，很容易产生渗流。桥梁建成投入运用后，桥墩受动载作用而产生的震动，会消弱桥墩与周围土体的结合，受水流作用易导致岸坡崩塌，对堤防安全及稳定构成影响。

3.5 工程施工建设对防洪的影响

工程施工建设对防洪的影响主要是施工期间在河道内堆放施工器材、工具和构筑的施工围堰等阻水物。因此工程施工期应安排在非汛期进行，汛期来临前应清除河道及滩地施工区一切临时建筑物、施工器材、施工围堰等，以恢复河道原有的行洪能力。

3.6 工程施工对水质及环境的影响

为保障下游居民饮用水安全，施工单位应加强对施工设备的管理与维修保养，杜绝泄露石油类等有害污染物质进入水体，避免对水体产生污染。另外，施工中应注重环境保护及水土保持，避免对岸坡林草植被的破坏，以免对环境造成不利影响。

4 防治措施

由于桥墩阻水挑流的影响，桥址附近河道流速有所增加，流向有可能发生偏移，将会导致堤防临水侧和河道岸坡发生冲刷。另外，设计桥墩轴线与水流方向夹角为24°，水流方向因受桥墩的影响，将进一步向左岸偏移，水流对左岸顶冲范围加大，使左岸的冲刷加剧。为保证堤防及河岸坡的安全和河道安全泄洪，工程施工时，应对大桥桥梁中心线上游100 m，下游200 m范围内的左岸红星圩堤防临水坡采取混凝土护砌，护砌横向范围现状堤顶至主河槽岸坡。

5 结语

由河床质组成和河道比降以及实测断面的宽深关系的计算和分析可知，青弋江特大桥桥址附近河段属稳定河段，建桥后，受河槽内桥墩阻水影响，桥墩周围出现局部冲刷，对河势稳定有一定影响。分析计算表明，建桥后，桥墩阻水减少了河道有效行洪断面面积，不同设计洪水条件下，桥墩阻水减少断面行洪面积112～154 m2，最大占行洪断面面积的8.7%，降低了河道行洪能力，在桥前形成壅水，建桥对河道行洪能力有一定的影响；青弋江特大桥（跨青弋江）设计方案中桥墩轴线与水流方向夹角为24 °，不满足桥墩轴线宜与水流方向一致的要求；设计方案中河道内墩台埋置深度均在标准断面以下0.5 m之内，桥梁建成后，由于水流冲刷作用，致使墩台露出河底，增加阻水，影响桥梁、航运安全。以上存在的问题需要进一步研究分析，以求能尽量改善。

参考文献

[1] 中华人民共和国水利部.防洪标准：GB 50201—94[S].北京：中国计划出版社，1994.

[2] 孙东坡.水力学[M].郑州：黄河水利出版社，2009：8.

[3] 水利部长江水利委会长江勘测规划设计研究院.安徽省青弋江分洪道工程可行性研究报告[R].2003.

[4] 交通部公路规划设计院.公路桥位勘测设计规范：JTJ 062—91[S].北京：人民交通出版社，1992.

[5] 河北省交通规划设计院.公路工程水文勘测设计规范：JTG C30—2015[S].北京：人民交通出版社，2015.

[6] 高冬光.桥涵水文[M].4版.北京：人民交通出版社，2008.

[7] 国家发展改革委.安徽省青弋江分洪道工程可行性研究报告[R].2011.

[8] 安徽省人民政府办公厅.关于印发安徽省内河航运发展规划要点的通知.皖政办发[2006]37号[A/OL].（2006-07-01）[2006-05-21].http：//www.ah.gov.cn/UserData/DocHtml/1/2013/7/12/8267744622 251.html.

[9] 中华人民共和国建设部.堤防工程设计规范：GB 50286—98[S].北京：中国计划出版社，1998.