兴雅线炮台山大桥工程水力计算

郭富兴

(辽宁省鞍山水文局，辽宁 鞍山 114002)

1 县域概况

1.1 水资源状况

岫岩满族自治县隶属于辽宁省鞍山市，位于辽东半岛的北部，地理坐标北纬40°00′～40°39′；东经122°52′～123°41′。东及东南与凤城、东港毗邻，西与营口、盖州为邻；南与庄河相接；北及西北与辽阳、海城接壤。南北长91.8 km，东西宽75.5 km。境内水资源丰富，多年平均降水量为775.8～933.8 mm，其表现为由南东向北西呈递减趋势。水资源总量18.92亿 m3，其中地表径流量18.86亿 m3，地下径流量3.92亿 m3。人均水资源占有量高于全国人均水平。水能蕴藏量7.45万 kw。地下热水资源35万 m3。共有大小河流500多条，汇集成大洋河及其最大支流哨子河，大洋河在境内河流长111.8 km，哨子河在境内河流长137.1 km，汇合后流向东南注入黄海。大洋河和哨子河在境内流域总面积4 466 km2，总落差991.9 m。岫岩地热资源丰富，全县24℃～50℃的温泉水有8处，现已开发出具有很高疗养价值的仙人咀温泉和沟汤温泉等2处。

1.2 水文气象

岫岩满族自治县属于北温带湿润地区季风气候，年平均气温7.4℃，多年年平均降雨量775.8～933.8 mm。南距渤海、黄海较近，一年四季受季风支配，春、夏、秋、冬四季分明。其特点是：雨热同步，干冷同期，温度适宜，光照充足。春季，少雨多风，日照时间长，回暖快，蒸发量大，气候干燥，常有旱象；夏季，以偏南风为主，海洋温暖湿润空气北移，高温多雨，气候湿润，易发生洪涝；秋季，南北风交替，降水适中，气候较凉爽,昼夜温差较大；冬季，以偏北风为主，西伯利亚寒潮频繁南侵，受高压控制，降雪少，寒冷干燥。

以岫岩水文站为代表站，依据该站67年降雨量资料系列统计分析：多年平均降水量819.7 mm。最大年降水量1 451.3 mm，发生在1964年；最小年降水量434.1 mm，发生在2002年；降水量四季变化明显，年内分配不均匀，6-9月降水量占全年的75.6%，7、8两月占全年的54.7%，冬季寒冷雪少，1、2、12三个月仅占全年的3.0%。岫岩地区雨量充沛，年降水86～106 d。

区域多年平均蒸发量1 180.7 mm，最大年份蒸发量1 553.7 mm，发生在1965年；最小年蒸发量803.2 mm，发生在1990年；1月蒸发量最小，为28.4 mm，5月份蒸发量最大，为183.9 mm。

岫岩属北温带湿润地区季风气候，四季分明，多年平均风速在2～4 m/s之间，年平均日照时数为2 302.7 h，年平均气温7℃～8℃，全年无霜期为156 d。

2 兴雅线炮台山大桥工程概况

兴雅线城东炮台山傍河拟建大桥位于大洋河流域中下游，岫岩满族自治县城区内。工程项目位于大洋河干流上。大洋河发源于岫岩满族自治县偏岭镇一棵树岭南侧,河源高程928.90 m，上游哈达碑、石灰窑、前营子、苏子沟、红旗等乡镇的支流汇合后流经岫岩、杨家堡镇、岭沟镇在哨子河乡与哨子河汇合。境内总河长111.8 km, 大洋河流域面积为1 961.6 km2,平均坡降2.19‰，本流域多属山区,部分河段落差大,水资源较丰富，多年平均地表水资源量8.14亿 m3。

3 水力计算评价

3.1 计算范围

本次评价水力计算为大洋河干流水力计算，由于岫岩水文站设在大洋河上，岫岩站具有1957年至2010年共计54 a的水文实测资料，因此用岫岩站水文资料来推算大洋河干流以及工程处的水面线。

根据岫岩水文站的水位流量资料、实测断面资料以及参考岫岩城市补充规划堤线方案成果分析计算求得水面线，水面线计算范围从北洋河桥到南过河口，计算范围内河道全长10 394 m，布置河道计算横断面18条，跨河桥梁一座，即大洋河东大桥，本次评价的兴雅线炮台山拟建大桥的北端在岫岩水文站原断面上游330 m，桥的南端在岫岩水文站原断面下游160 m。

3.2 计算频率及设计流量

根据《岫岩城市补充规划堤线方案》(辽宁省水利水电勘测设计研究院，2010年8月)，《大洋河岫岩城市段河道防洪规划报告》确定岫岩主城区防洪标准为50 a一遇，非主城区防洪标准为20 a一遇。

本次防洪影响评价的兴雅线炮台山拟建大桥工程位于岫岩县主城区河段上，防洪标准为50 a一遇。因此，本次水力计算的频率为50 a一遇，相应设计流量4 110 m3/s。

同时，根据设计部门提供的设计资料，兴雅线炮台山拟建大桥工程桥梁设计洪水频率为百年一遇，本次水力计算也对百年一遇的洪水频率进行了水面线的计算，相应设计流量4 980 m3/s。

水面线计算起点水位采用岫岩水文站历年水位流量关系曲线查得百年一遇的水位为81.03 m，50 a一遇的水位为80.55 m，20 a一遇的水位为79.88 m。

3.3 计算方法

本次评价水面线计算采用能量方程式进行计算，其中桥雍水计算采用鲍氏公式，一般断面间用能量方程式计算。

(1)

式中：Z1、Z2分别为下、上游断面的水位(m)；hf、hj分别为上、下游断面间的沿程、局部水头损失(m)；u1、u2分别为下、上游断面的流速(m/s)；

鲍氏公式：

ΔZ=η(V2-V12)

(2)

(3)

(4)

式中：ΔZ为桥前最大壅水高度(m)；η为系数(与水流进入桥孔的阻力有关)；V为有冲涮情况时，桥下平均流速(m/s)；V1为天然情况下桥位处平均流速(m/s)；P为与桥孔冲涮有关的系数；W过、W阻为桥的过水和阻水断面面积(m2)；Vs为桥下设计洪水流速(m/s)。

3.4 计算方案

本次水力计算对工程建成前、后分别进行水力计算。

建工程前，即现状条件下大洋河岫岩水文站至北洋河桥河段水面线计算方案。

建工程后，即兴雅线炮台山拟建大桥工程建成实施后的大洋河河道城市段水面线计算方案。为了评价其拟建工程对防洪工程的影响，本方案按照工程实施后条件、对大洋河城区段进行水力计算，以反映工程建设后对水位、流速等方面的影响。

3.5 计算成果

大洋河河道城区河段水面线计算成果见图1。

图1 大洋河跨河大桥100 a一遇拟建工程前、后水面线对比图

4 结语

(1)从大洋河河道城区段水面线计算的成果来看，在大洋河100 a一遇设计洪水条件下，兴雅线炮台山大桥拟建工程处设计流量为4 980 m3/s，工程建成后最大雍水值为0.01 m，壅水曲线全长为13 m，工程建设后造成的雍水值较小，影响范围较短，对该地区河道行洪安全不会产生较大不利影响。

(2)在大洋河50 a一遇设计洪水条件下，兴雅线炮台山大桥拟建工程处设计流量为4 110 m3/s，工程建成后最大雍水高度为0.01 m，壅水曲线全长为13 m，工程建设后造成的雍水数值不大，对该地区河道行洪安全产生影响较小。

(3)在大洋河20 a一遇设计洪水条件下，兴雅线炮台山大桥拟建工程处设计流量为2 990 m3/s，工程建成后最大雍水值为0.01 m，壅水曲线全长为13 m，工程建设后造成的雍水值较小，影响范围较短，对该地区河道行洪安全不会产生较大不利影响。