跨区域高速公路防洪评价研究

邓月运 刘学明 珠江水利委员会珠江水利科学研究院

跨河建设项目为主体功能设施从河道水面上方跨越而过的具有固定结构的建设项目。主要包括公路桥、铁路桥、管桥、渡槽及输电、通信工程等。其中，跨区域的属高速公路桥梁最为常见。本文针对跨河桥梁对河道防洪的影响进行评价分析。采用数学模型计算的方法进行，分析拟建工程实施后有关河道潮位、潮汐动力的变化情况，分析工程对河道各种设施防洪、运行能力的影响；计算分析工程对工程附近水域冲淤的影响。

1.工程概况

南沙至中山高速公路项目主线起于南沙港快速路的新垦互通，路线向西连续跨越洪奇沥水道等，之后路线在横门水道北侧向西布线，跨越鸡鸦水道和小榄水道，至项目终点新隆枢纽互通，与江中高速顺接，并与广澳高速交叉。全长约32.4km，跨越河道34处和伶仃洋1处。本项目建成后将大湾区地理核心东、西、北三个方位的交通打通，与深中通道形成Y型路网，北接南沙（广州、粤北）、西接中山（粤西），向东快速连接深圳（香港）。项目线路由主线和支线组成，分别为南中高速K线（主线）和万顷沙W3线（支线）。选取具有代表性的横门西大桥进行分析计算：横门西特大桥跨越鸡鸦水道、小榄水道。工程地理位置图见图1。

图1 横门西特大桥工程地理位置图

2.河道概况

鸡鸦水道位于中山市境北部，为西江的支流东海水道下分支，是大南联围与文明围、马新联围和大南联围与民三联围的分界河；在大南联围尾与小榄水道汇流如横门水道出海，流长33k m，河面宽200～300m，低潮水深4～5m。因受潮汐影响，属双向流河段，水道宣泄西江洪水，两岸为主要防洪地区。

小榄水道位于中山市境北部，为西江支流东海水道的下分支，在港口大南联尾与鸡鸦水道汇流入横门水道出海，河长31km，河面宽150～300m，低潮水深3～3.5m。因受潮汐影响，属双向流河段；水道宣泄西江洪水，两岸为主要防洪地区。

3.防洪评价计算

3.1 设计洪水分析计算

横门西特大桥跨越鸡鸦水道，鸡鸦水道河长33km，桥梁轴线与水流夹角为1°，设防标准为300年一遇；跨越小榄水道，鸡鸦水道河长31km，桥梁轴线与水流夹角为1°，设防标准为300年一遇。

根据《珠江流域防洪规划》及《西、北江下游及其三角洲网河河道设计洪潮水面线》成果，西江干流马口站、北江干流三水站多年各级频率设计洪峰流量（部分归槽），如表1所示。

表1

3.2 设计潮位分析计算

《珠江流域防洪规划》在计算洪水水面线时，下边界采用八大口门水文控制站（大虎、南沙、冯马庙、横门和灯笼山、黄金、西炮台、黄冲3水文站）的多年汛期最高潮位均值，同时参照《珠江流域综合规划修编珠江三角洲主要测站设计潮位复核报告》（2011年）中相关站点潮位；口门控制站以下目前还没有相应的设计洪潮水面线计算成果，需要进行补充延伸，补充延伸的计算主要采用珠江三角洲及河口区一、二维联解潮流数学模型进行。赤湾站作为伶仃洋海区控制站，由1964～2002实测高潮位资料进行统计分析，求各种频率设计高潮位和多年汛期高潮位平均值，舢舨洲站由1955～1993年实测高潮位资料进行统计，求得各种频率设计高潮位和多年汛期高潮位平均值。设计潮位见表2。

表2

3.3 壅水分析计算

本文基于MIK E水动力学模型数值模拟结果对桥梁进行防洪综合影响评价，在以洪为主，洪水相应的0.33%、0.5%、1%、2%、5%设计频率条件下，工程后，工程上游水位基本保持壅高的趋势，除工程桥墩局部区域较大外，鸡鸦水道水位涨幅在0.004m以内，工程下游水位略有降低，降低幅度不超过0.004m；小榄水道水位涨幅在0.008m以内，工程下游水位略有降低，降低幅度不超过0.012m。鸡鸦水道中，工程上游300m以外、工程下游100m以外区域水位基本不受工程建设影响；小榄水道中，工程上游500m以外、工程下游300m以外区域水位基本不受工程建设影响。

在以潮为主，潮水相应的0.33%、0.5%、1%、2%、5%设计频率条件下，工程后，工程上游水位基本保持壅高的趋势，除工程桥墩局部区域较大外，鸡鸦水道水位涨幅在0.002m以内，工程下游水位略有降低，降低幅度不超过0.003m；小榄水道水位涨幅在0.007m以内，工程下游水位略有降低，降低幅度不超过0.009m。鸡鸦水道中，工程上游300m以外、工程下游100m以外区域水位基本不受工程建设影响；小榄水道中，工程上游500m以外、工程下游300m以外区域水位基本不受工程建设影响。

综上所述，本工程实施对洪潮水位的影响主要集中在工程附近水域，鸡鸦水道中，影响范围上达工程上游300m，下至工程下游100m；小榄水道中，影响范围上达工程上游500m，下至工程下游300m。水位变幅总体不超过0.010m。工程的实施不会增加三角洲河道的防洪压力。

3.4 河势影响分析计算

1）小榄水道。横门西特大桥在小榄水道右岸鱼塘中布置两排共计4个桥墩，右岸边滩鱼塘设置有高埂，该区域仅在“98.6”洪水水文条件下过水，其余水文组合水位均不能越过高埂。

①流态。从工程前后流场对比图及流向变化统计来看，工程建设后，由于工程桥墩作用，其附近局部流向发生偏转，流场有所变化，流向变化超过1°的区域基本局限在工程桥墩所在位置，距离工程越远的水域，流向基本不变。总的来看，工程对于流向的影响范围基本在工程上下游50m以内（大于0.5°）。横门西特大桥附近水域整体流态依然平顺，工程对河道整体流态及流势的影响较小。

②流速。根据工程前后的流速变化等值线图及流速变化统计成果可以看出，工程桥墩东侧主槽、桥墩与堤防间区域及下游水域流速最大增加，增幅在0.04m/s以内；工程附近因桥墩阻水流速减小，最大降幅在0.06m/s以内。小榄水道流速变化范围在工程上下游50m以内（大于±0.05m/s）。

2）鸡鸦水道。①流态。从工程前后流场对比图及流向变化统计来看，由于工程桥墩作用，其附近局部流向发生偏转，流场有所变化，流向变化超过1°的区域基本局限在工程桥墩所在位置，距离工程越远的水域，流向基本不变。总的来看，工程对于流向的影响范围基本在工程上下游50m以内（大于0.5°）。鸡鸦水道工程附近水域整体流态依然平顺，工程对河道整体流态及流势的影响较小。流场变化图及流速变化等值线云图见图2。

图2

②流速。根据工程前后的流速变化等值线图及流速变化统计成果可以看出，落急时刻，工程桥墩西侧主槽、桥墩与堤防间水域流速增大，增幅在0.05m/s以内；工程上、下游边滩水域流速减小，降幅在0.06m/s以内；涨急时刻，工程桥墩下游、桥墩与堤防间水域流速增大，增幅在0.05m/s以内；工程上游因桥墩阻水流速减小，降幅在0.02m/s以内。鸡鸦水道流速变化范围在工程上游100m、下游200m以内（大于±0.05m/s）。

综上所述，拟建工程对流速影响仅局限于工程附近，且流速、流向变化较小，因此，拟建工程对工程附近流速及流态影响不大。

4.结论与建议

（1）横门西特大桥工程位于横门水道上游建设，考虑横门水道在河口泄洪中的重大作用以及河口泄洪整治规划关于保障横门泄洪能力的整治目标，建设方案将桥跨做了优化，主跨由原来的300m增大至390m，主墩调整至河道边滩；跨小榄水道平均阻水比为0.34%，跨鸡鸦水道平均阻水比为0.39%。在各洪潮水文组合条件下，拟建工程附近水位壅高值在0.010m以内，工程建设对横门水道泄洪影响不大。

目前，工程跨中顺大围、沥心沙围及万顷沙围已完成达标加固，所跨民三联围尚未完成达标加固建设。横门西特大桥跨民三联围处，承台与堤脚距离超过18m，梁底净空大于19m。工程建设给未来民三联围堤防达标加固留足了空间，工程建设对规划实施影响较小。因此，项目建设与现有水利规划不矛盾，且不会影响现有桥位河段规划实施。

（2）根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）和设计方案，鸡鸦水道左岸（民三联围）堤顶高程5.42m，跨堤处梁底最低高程为25.14m，净空高度为19.72m，梁底净空均大于5.5m。小榄水道右岸（中顺大围）堤顶高程5.08m，桥梁跨堤处梁底高程为25.08m，梁底净空高度为20.00m，梁底净空大于5.5m。拟建各桥梁最低梁底高程远高于桥址处设计洪水位，洪水期间桥梁上部结构不会对河道行洪产生影响。

（3）经计算，在300年一遇设计洪水标准时，横门西特大桥跨鸡鸦水道工程桥下壅水高度为0.002m，最大壅水长度为400m；跨小榄水道工程桥下壅水高度为0.007m，最大壅水长度为800m。工程建设对河道潮位的影响不大。

（4）拟建横门西特大桥跨鸡鸦水道处梁底与工程左岸堤顶净空为19.72m；跨小榄水道处梁底与工程右岸堤顶净空为20.00m。拟建各桥梁梁底与规划堤顶高程之间净高均大于5.5m。另外，左、右岸边墩均未布置于堤防设计断面内。因此，工程建设不占用防汛抢险通道，不会影响防汛交通。

（5）根据设计资料，考虑行洪安全，河道主槽内的桥梁建议安排在非汛期施工，工程施工期间应加强管理，编制完善的防汛施工方案，合理组织施工，确保施工过程中堤围的安全。减小对河道周围环境的破坏和影响。