山西省中部引黄工程桥头渡槽防洪影响评价

杨菊香

(山西省水利水电勘测设计研究院有限公司，山西 太原 030024)

1 基本情况

1.1 桥头渡槽概况

山西省中部引黄工程桥头渡槽位于山西省保德县桥头镇石堎湾村，穿越朱家川河及神保公路。桥头渡槽总长195m，设计流量23.05m3/s，设计纵坡1/2500，为2级供水工程主要建筑物，设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为200年一遇。槽跨布置为中间3跨每跨长45m，左右各1跨长30m。渡槽设计梁底板高程为1018.25m。渡槽槽墩及槽台共设有6个，0#和5#槽台、1#和4#槽墩设置在陡峭的半山坡上，2#和3#槽墩位于朱家川河道内。槽墩采用钢筋混凝土重力式空心墩，矩形，尺寸为7.2m×3.5m。槽墩基础厚3.5m，其下为桩基础，桩深18m。桥头渡槽2#、3#槽墩布置如图1所示。

图1 桥头渡槽2#、3#槽墩布置图

1.2 朱家川河概况

朱家川河为黄河一级支流，发源于管涔山西麓的神池县小寨乡金土梁村、达木河村一带，流经五寨、河曲县，于保德县杨家湾镇花园村附近汇入黄河，全长167.6km，河道比降5.02‰，流域面积2903km2。朱家川河在保德段为窄深型沟槽，底宽约80m，河谷呈“U”型，岸坡陡立，底部近乎直立，上部较缓。

根据《山西省朱家川河流域综合规划修编报告》及GB 50201—2014《防洪标准》，渡槽跨越朱家川河河段现状河道防洪标准为10年一遇，规划河道防洪标准为20年一遇。

1.3 暴雨洪水条件

朱家川河为季节性河流，区域性洪水历时短暂，多发生于7—8月份。年际洪枯流量差异大，洪水主要由暴雨形成，流域内山高、坡陡、沟多、流急，暴雨强度大，洪水汇流速度快，来势猛、流速大，洪水暴涨暴落，峰高、量大、历时短。由于流域上游支沟较多、河道纵坡大，汛期洪水往往挟带大量卵石、块石等推移质泥沙。

桥头水文站位于保德县桥头镇桥头渡槽下游约4km处，控制流域面积2854km2，具有1956年至今的水文资料，资料经过整编，可用作洪水设计工作。经复核计算桥头水文站10年一遇洪峰流量931m3/s，20年一遇洪峰流量1564m3/s，50年一遇洪峰流量2529m3/s，200年一遇洪峰流量4159m3/s。桥头渡槽控制流域面积2813km2，与桥头水文站控制流域面积2854km2接近，故直接采用桥头水文站洪水分析成果。

表1 洪水位及壅水分析成果表 单位：m

2 河道过流能力计算

2.1 河道现状

桥头渡槽与朱家川河河道相交角度90°，与神保公路相交角度90°。渡槽位置处河道两岸岸坡陡立，为天然河道，未进行过治理。河道宽度60～90m，河底高程956.0m，河床基本由卵石混合砂土组成，河床干涸，水量渗漏大。渡槽上游神保公路沿河段有浆砌石防护。渡槽上游1km内有神朔铁路两次穿越河流，渡槽下游138m处有一座小村桥跨河。桥头渡槽上下游桥梁位置关系如图2所示。

图2 桥头渡槽上下游桥梁位置关系图

2.2 河道过流能力计算

桥头渡槽下游138m处为一座小村桥，小村桥桥孔断面为城门洞型，上部为圆拱形，拱高2m，下部近似为矩形，底宽10m，高9m。桥下河道断面窄深，在上下游河道中恰好形成一个卡口，符合水面线初始断面的选择要求，故作为水面线计算的初始断面。采用堰流公式考虑淹没出流对该断面的水位-流量关系进行计算，可得：洪峰流量为931m3/s时，相应洪水位为964.30m；洪峰流量为1564m3/s时，相应洪水位为967.94m。可见发生10年一遇洪水时，该断面位置处水深为9.8m，在小村桥过流范围内，故小村桥过流能力可满足10年一遇洪水。以此小村桥作为计算起始断面，采用一维恒定非均匀渐变流方程，自下游向上游推算水面线，可以得渡槽断面处洪水位成果。

3 渡槽建设后防洪影响评价

3.1 洪水位及壅水分析

采用2.2节同样的计算方法推算渡槽建设后不同频率的河道水面线，洪水位及壅水分析计算成果见表1。桥头渡槽建设后，位于河道内的2#和3#槽墩占据过水面积，增大了水流阻力，造成河道一定范围内水位壅高，行洪能力降低。

发生10年一遇洪水时，桥头渡槽槽址上游最大壅水高度为0.10m，壅水长度为303m。发生20年一遇洪水时，桥头渡槽槽址上游最大壅水高度为0.09m，壅水长度为303m。渡槽的建设对河道行洪影响甚微。

桥头渡槽横跨朱家川河，槽墩基本顺水流方向布置，当发生10年一遇洪水时，桥头渡槽槽墩阻水比为17.22%，发生20年一遇洪水时，桥头渡槽槽墩阻水比为17.18%，对流速及水流方向有一定改变。桥头渡槽2#槽墩对河势稳定有一定影响，将加重对下游左岸的冲刷。

桥头渡槽建设前后，当发生50年一遇洪水时均会淹及左岸神保公路，故神保公路上游1km内已进行过防护。渡槽建设后，槽墩墩柱束窄河道，造成桥位一定范围内水位壅高，壅水范围为429m，上游257m处神朔铁路桥壅高仅为0.04～0.16m，不会影响到铁路桥正常运行。

表2 渡槽梁底部高程复核计算成果表 单位：m

3.2 冲刷分析

根据中部引黄工程桥头渡槽地质资料及桥头渡槽技施地质纵断图，河床上层碎石土及卵石混合土层(厚度0～3m)施工前已全部挖除，渡槽基础(厚3.5m)持力层主要为奥陶系中统上马家沟组灰岩、豹皮灰岩，桩基础(深18m)桩端置于其下灰岩、豹皮灰岩层上，并对灰岩、豹皮灰岩岩体较破碎处进行固结灌浆。因此桥墩基础已埋设至岩基上，岩基不易被冲刷。

3.3 渡槽梁底部高程复核计算

参考JTGC30—2015《公路工程水文勘测设计规范》的规定，确定渡槽梁底部高程，公式如下:

H复核=Hs+△Z+e+△hj

(1)

式中，H复核—渡槽梁底部高程；Hs—设计洪水位；△Z—壅水高度；e—风壅增水、浪高等壅水高度；△hj—渡槽下净空安全值。

经复核，桥头渡槽梁底部高程应高于976.14m，桥头渡槽设计梁底板高程为1018.25m，远高于本次复核结果，因此渡槽设计满足防洪标准。渡槽梁底部高程复核成果见表2。

3.4 综合影响分析

桥头渡槽3#槽墩紧邻左岸岸坡，距神保公路约10m，在槽墩施工过程中，需要开挖地基，可能造成岸坡的损毁，对岸坡的稳定有影响。渡槽在施工过程中，必将对局部地表进行扰动，而且要永久或临时占用河道或水利工程管理范围内土地。

朱家川河河道现状防洪标准为10年一遇，规划防洪标准为20年一遇。跨越朱家川河的桥头渡槽设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为200年一遇。渡槽建设的标准高于河道防洪标准，符合GB50201—2014的规定。

4 工程影响防治措施

4.1 对河道泄洪、河势稳定影响的防治补救措施

桥头渡槽跨越朱家川河工程在施工期为确保汛期行洪安全，应采取以下措施：

(1)施工期阻水作用较大的临建工程的设计方案应报河道主管部门的审批，设计方案应满足防洪要求。

(2)河道内不宜堆放大量的施工物料。如必须在槽址附近弃碴，则应纳入渡槽设计并妥善布置。

(3)施工期要与河道主管部门、水情部门保持密切联系，根据洪水预报，及时采取措施，确保防洪安全。

(4)施工结束后，要及时拆除临建设施，施工弃渣必须清除至河道以外，尽可能恢复河道原貌，以利洪水通畅渲泄。

(5)桥头渡槽2#槽墩对河势稳定有一定影响，将加重对下游左岸的冲刷。应对桥头渡槽下游左岸采取防护措施，避免水流冲刷造成塌岸。防护完成后应请当地水行政主管部门进行验收。

4.2 对现有防洪工程与设施影响的防治措施

桥头渡槽槽墩距离岸坡较近，在槽墩施工过程中，需要开挖地基，可能造成岸坡的损毁，建议渡槽管理部门应与河道管理部门协商对渡槽、河道以及河岸的管理。在施工过程中如若对岸坡造成损坏，完工后应按原状对其进行恢复，并请当地水行政主管部门进行验收。渡槽建设造成的渡槽上游壅水，不会影响河道的洪水标准。

4.3 减少对环境与水质影响的防治措施

渡槽建设初期应及时做好水土保持工作，对可能造成的水土保持方面的影响做好预测和评估，并拟定减少影响所应该采取的措施。例如对所跨越的河段上下游一定范围施工时要注意支挡防护，减少对自然环境的破坏和干扰，尽量减少开挖面，减少对植被的影响。对施工区域内生产、生活产生的废水、污水等应通过适当处理，实现达标排放，不得任意弃置或直接向河道排放，避免对河道水质及周边环境产生污染；对河道、岸边开挖等毁坏的生物保护和地表植被应进行恢复。

5 结语

采用水力计算的方法，通过洪水位及壅水计算、冲刷分析、渡槽梁底部高程复核开展了山西省中部引黄工程桥头渡槽防洪评价工作。结果表明，渡槽建设后对河道行洪影响不大；对上游铁路桥正常运行不会影响；对河势稳定有一定影响，将加重对下游左岸的冲刷；计算成果合理符合实际情况，可作为工程建设后河道、两岸岸坡、上下游桥梁管理的依据。提出了工程建设对河道泄洪与河势稳定影响、对现有防洪工程与设施影响、对环境与水质影响的相应防治补救措施，可以为河道管理部门及水行政主管部门提供一定的指导和参考。