日兰高速梁济运河大桥防洪评价分析

盛 雷，刘志峰

（山东省海河淮河小清河流域水利管理服务中心，山东 济南 250100）

0 引言

2021 年7 月13 日，水利部李国英部长主持会议，要求严格把好涉河建设项目立项审查关。 涉河建设项目防洪评价工作是开展涉河建设项目审查工作的前提， 是加强河湖水域岸线管理的重要内容， 更是维护河湖健康生命和防洪安全的必要手段。笔者对日兰高速梁山连接线工程梁济运河大桥进行了系统的防洪评价分析，以期为涉河建设项目防洪评价工作提供典型案例， 起到良好的借鉴作用。

1 工程概况

1.1 桥梁概况

梁济运河大桥位于梁济运河中泓桩号29+438处，全长987.7 m，桥梁轴线与水流方向垂直，桥跨组合为3×3×30 m+3×40 m+55 m+90 m+55 m+3×30 m+3×40 m+2×3×30 m， 河道内布置7 个桥墩， 为12＃～18＃桥墩，12＃、11＃桥墩分别位于左岸堤防设计断面内、 外堤脚外，18＃、19＃桥墩分别位于右岸堤防设计断面内、 外堤脚外。 该桥设计防洪标准为100 年一遇。

1.2 桥位处河道现状

桥位处河道现状为： 左堤顶高程为41.66 m，顶宽为5.0 m；右堤顶高程为41.0 m，顶宽为4.8 m；河槽底高程为31.85 m，河槽宽为51.77 m，边坡为1∶3。河道规划情况为：左、右堤防高程为40.74 m，堤顶宽为7 m；河槽底高程为30.11 m，河槽宽为113 m，边坡为1∶3。

2 防洪评价计算

2.1 防洪评价标准

根据《山东省淮河流域防洪规划报告》（山东省水利厅1999 年编）， 确定梁济运河大桥桥位处河段防洪标准为50 年一遇，排涝标准为5 年一遇。

2.2 设计洪水流量和设计洪水位

洪水流量和洪水位采用《山东省淮河流域南四湖湖西地区河道防洪规划》《山东省淮河流域防洪规划报告》 相关数据以及南水北调二期工程水文计算成果，具体如表1 所示［1］。

表1 梁济运河设计洪水流量和设计洪水位Tab.1 Design flood discharge and flood level of Liangji canal

2.3 壅水分析计算

梁济运河大桥建成后，桥墩占据河道行洪断面，上游来水遇到桥墩阻碍，将使桥墩上游水位升高，产生壅水。 本文按5 年一遇、50 年一遇、100 年一遇洪水进行桥位处壅水计算［2-3］。

（1）壅水高度计算。 根据《桥梁水力学》，采用式（1）进行壅水高度计算。

式中：Δz 为壅水高度，m；k 为总的壅水系数，k＝kN·kV，kN为定床壅水系数， 与建桥前后桥下断面流速变化有关，可由式（2）计算，kV为与建桥后桥下水流流态有关的系数，可由式（3）计算；v0q为天然水位下桥孔范围内断面的平均流速，m／s；vq为建桥后桥下断面的实际流速，m／s，可根据式（4）计算。

式中：Ly为壅水曲线全长，m。

经计算， 桥位处河道断面壅水情况如表2 和表3 所示。

表2 桥梁阻水比计算表Fig.2 Calculation of bridge water resistance ratio

表3 桥位处桥梁壅水计算成果表Fig.3 Calculation results of bridge backwater

从表2 和表3 可以看出，符合防洪要求。

2.4 冲刷与淤积分析

河床总的冲刷深度为河床演变冲刷深度、 一般冲刷深度和局部冲刷深度之和。对于河床演变冲刷，由于短时间内变化较小， 且目前尚无可靠的计算方法，所以可忽略不计。本文仅对一般冲刷深度和局部冲刷深度进行分析。

2.4.1 河道断面冲刷分析计算

根据设计部门提供的勘察资料，河槽为黏土。边滩多为耕地， 滩地表面为种植土， 主要以亚黏土为主， 含植物根系。 《公路工程水文勘测设计规范》规定，黏性河床冲刷深度计算一般采用公式（6）。

式中：hp为一般冲刷后的最大水深，m；Q1为桥下河滩部分通过的设计流量，m3／s；htm为桥下河滩最大水深，m；htq为桥下河滩平均水深，m；Btj为河滩部分桥孔净长，m；IL为冲刷坑范围内黏性土液性指数。

应用式（6）计算出一般冲刷后的最大水深，并用它减去桥下河滩最大水深htm，可得出桥下河滩的冲刷坑深度。 经计算，5 年一遇、50 年一遇、100 年一遇洪水对规划河道断面主槽造成的冲刷如表4 所示。桥位处规划断面5 年一遇除涝水位低于滩地， 不会发生冲刷， 只计算50 年一遇、100 年一遇洪水对河滩造成的冲刷，结果如表5 所示。

由表4 可知， 在5 年一遇、50 年一遇、100 年一遇洪水条件下， 主槽一般冲刷后最大水深均大于河槽最大水深，将对桥位处河槽造成冲刷。

表4 规划河道断面主槽一般冲刷深度计算Tab.4 Calculation of general scour depth of main channel in planned river channel section

由表5 可知， 桥位处50 年一遇、100 年一遇洪水对河滩一般冲刷后的水深大于河滩最大水深，所以桥梁建成后，洪水会对河滩造成冲刷。

表5 规划河道断面河滩一般冲刷深度计算Tab.5 Calculation of general scour depth of beach in planning river channel section

2.4.2 桥墩局部冲刷深度计算

根据《公路工程水文勘测设计规范》中的有关规定， 计算桥墩局部冲刷深度， 结果如表6 和表7 所示。

表6 规划河道断面主槽桥墩局部冲刷深度计算Tab.6 Calculation of local scour depth of main channel piers in planned river channel section

2.4.3 冲刷成果分析

由表4～表7 可知，规划河槽底高程为30.11 m，河槽在5 年一遇、50 年一遇、100 年一遇洪水的最低冲刷线高程均低于河槽底高程，对河槽造成冲刷。河滩平均高程为36.2 m， 河滩各频率洪水的最低冲刷线高程均低于滩地高程，对河滩造成冲刷。

表7 规划河道断面河滩桥墩局部冲刷深度计算Tab.7 Calculation of local scour depth of beach piers in planned river channel section

2.5 梁济运河大桥通航净空计算

梁济运河航道远期规划等级为Ⅱ级航道。 桥位处梁济运河最高通航水位为38.56 m，桥梁箱梁底高程为45.97 m，根据《内河通航标准》，新建桥梁桥下净空高度应为河道最高通航水位加7 m 超高。 经计算，新建桥梁净空高度为7.41 m，符合《公路桥涵设计通用规范》及《内河通航标准》的要求。

3 防洪综合评价

3.1 项目建设与有关规划的关系及影响分析

现状堤顶高程已满足桥位处梁济运河远期治理规划要求，梁济运河按规划断面开挖河槽，拟建梁济运河桥梁14＃桥墩将由于河槽开挖暴露在河槽内，对河道按规划方案实施带来不利影响。

3.2 项目建设与有关标准的适应性分析

拟建桥梁的防洪标准符合 《防洪标准》5.2.1 条的要求；桥墩均位于堤身设计断面以外，符合《堤防工程设计规范》第10.4.1 条要求。

3.3 项目建设对河道泄洪、河势稳定的影响分析

3.3.1 项目建设对河道泄洪的影响分析

由于拟建梁济运河大桥12＃～18＃桥墩布置于行洪断面内， 桥位处洪水的行洪水力条件将会发生一定的变化，阻碍并干扰水流的正常运动，缩小桥位处有效行洪面积。 在50 年一遇洪水条件下，新建桥梁的阻水面积为72.2 m2，占行洪断面的5.2%；在100年一遇洪水条件下， 新建桥梁的阻水面积为81.45 m2，占行洪断面的4.9%。由上可见，项目建设对洪水下泄有一定影响。

3.3.2 项目建设对河势稳定的影响分析

在50 年一遇洪水条件下，桥位处河槽的总冲刷深度为1.58 m，河滩12＃、15＃墩的总冲刷深度为0.58 m，河滩16＃～18＃墩的总冲刷深度为0.42 m； 在100 年一遇洪水条件下，桥位处河槽总冲刷深度为1.79 m，河滩12＃、15＃墩的总冲刷深度为0.62 m，河滩16＃～18＃墩的总冲刷深度为0.46 m。 由以上分析可知， 建桥后，加重了河道冲刷，对河势稳定有一定影响。另外，桥位上游若泥沙淤积量太大， 也会改变现有河道的结构及河道水流的流势、流态，对河道泄洪产生不利影响。

3.3.3 项目建设对堤防的影响分析

河道流向与新建桥梁正交， 水流在桥位处受桥墩阻水影响会产生局部紊流，改变水流形态，从而加重洪水对堤防的冲刷，给堤防的安全造成威胁。

3.3.4 项目建设对沿岸水利工程的影响分析

梁济运河大桥建成后，将造成桥梁上游壅水。在50 年一遇洪水条件下， 桥梁上游壅水高为0.12 m，壅水曲线长为2 399 m； 在100 年一遇洪水条件下，桥梁上游壅水高为0.123 m，壅水曲线长为2 467 m。所以，新建桥梁上游会出现较小高度的壅水现象，但对上游建筑物的影响较小。

3.3.5 项目建设对防汛抢险的影响分析

根据设计部门提供的工程进度表， 项目建设跨越2 个汛期施工， 拟建桥梁建设期内将对汛期的防汛抢险产生不利影响。桥梁与堤防立交，左岸现状与规划堤顶净空分别为6.63 m、7.55 m，右岸现状与规划堤顶净空分别为4.93 m、5.19 m，符合防汛抢险要求。

3.3.6 洪水对建设项目的影响分析

拟建桥梁防洪标准为100 年一遇， 其防洪标准符合《公路桥涵设计通用规范》 大桥防洪标准的要求。 桥位处，梁济运河按规划断面开挖后，河槽宽为113 m，底高程为30.11 m，边坡为1∶3，拟建桥梁13＃、14＃桥台将暴露在河槽内， 给桥梁安全造成不利影响。 根据冲刷计算结果，拟建桥梁遭遇50 年一遇洪水时，将会产生0.42～1.58 m 的冲刷坑，遭遇100 年一遇洪水时， 将会产生0.46～1.79 m 的冲刷坑，12＃～18＃桥墩的埋置深度将会有不同程度的缩短，给桥梁的安全运行带来不利影响。

3.3.7 项目建设对第三人合法水事权益的影响分析

拟建梁济运河大桥满足通航要求， 但在该项目施工期间，施工噪声、施工产生的粉尘以及施工机械和施工材料堆放对该区域原有植被的破坏， 将会对当地的环境带来不利影响。

4 防治与补救措施［4-6］

4.1 项目建设对淮河流域防洪规划影响的防治措施

为了避免拟建梁济运河桥梁先期建设对梁济运河按规划实施带来的不利影响，在桥梁建设时，应同步将桥位处堤防按河道远期规划标准进行加固。 新建桥梁13＃、14＃桥台由于河槽开挖暴露在河槽内，桥梁设计单位应根据100 年一遇河槽冲坑深度优化桥台设计，将桥台置于冲刷线高程以下，确保桥位处河道按规划实施及新建桥梁的安全。 河道按规划实施时桥梁建设部门应对河槽内桥墩采取防护措施，积极配合河道治理工程的顺利实施。

4.2 项目建设对防汛抢险影响的防治措施

为确保河道汛期安全行洪， 建设单位应做好防汛预案，梁济运河大桥施工要优化施工安排，在非汛期完成桥梁下部结构施工。在施工过程中，严禁建筑材料及建筑垃圾置于河道内，要避免施工机械、施工材料占用上堤路口和大堤，保证上堤路口的畅通。

4.3 项目建设对堤防安全和河势稳定的防治措施

桥梁建设造成桥前水位壅高，流速加大，加重了对堤防及河床的冲刷，影响堤防安全和河势稳定。建设单位应委托相应资质单位实施岸坡护砌工程。

4.4 对建设项目安全的防治措施

鉴于桥位处梁济运河按规划断面开挖后，14＃桥墩承台将暴露在河槽内的问题， 桥梁设计单位应根据冲刷线高程，对14＃桥墩承台顶高程进行调整，使其低于河道规划断面冲刷线高程。 设计单位还应根据防洪评价报告及行洪断面设计，复核桥墩墩台、基底埋深等有关设计指标，确保桥梁安全。

4.5 项目建设对第三人合法水事权益影响的防治措施

拟建工程施工过程中施工机械应尽量安排在白天施工，防止夜间施工对周围居民的干扰；按环保要求，及时对施工中产生的废水、废渣及生活垃圾进行处理。

5 结语

本文通过对有关规划、 现有防洪标准的适应性分析，对河势稳定、河道堤防和其他水利工程设施的影响分析，以及对防汛抢险的影响分析等，对日兰高速梁山连接线工程梁济运河大桥桥梁进行了防洪影响综合评价， 希望能够为今后涉河建设项目防洪评价工作起到借鉴作用， 为涉河建设项目审查工作起到初步探索作用。