◎高貴興 吳玉婷 云南潤(rùn)亞工程技術(shù)咨詢有限公司

新平縣大開(kāi)門至戛灑高速公路是玉溪至臨滄至孟定口岸高速公路中的一段，位于玉溪市新平縣境內(nèi)。是云南省骨架路網(wǎng)的橫向重要組成部分，項(xiàng)目建設(shè)不僅可加快玉溪市公路的高等級(jí)化，還能提升玉溪市整體路網(wǎng)水平和通行能力。形成連接滇東、西部、滇南通往省外和國(guó)外的重要通道，對(duì)帶動(dòng)沿線社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等具有重要意義。

1.工程概況

如圖1所示，工程項(xiàng)目起點(diǎn)位于玉溪市新平縣大開(kāi)門村附近，通過(guò)設(shè)置大開(kāi)門樞紐立交與昆磨高速相連。戛灑江特大橋?yàn)榇箝_(kāi)門至戛灑高速公路橫跨戛灑江所設(shè)，所處位置隸屬新平縣阿西莫村所轄，主要目的是連通大開(kāi)門至戛灑高速公路。戛灑江特大橋施工便橋位于戛灑江特大橋下游約70m處，橫跨戛灑江，所處位置隸屬新平縣阿西莫村所轄，主要目的是服務(wù)戛灑江特大橋施工使用，戛灑江特大橋施工完畢后拆除。

圖1 大開(kāi)門～新平（戛灑）高速路網(wǎng)規(guī)劃位置圖

2.水文分析計(jì)算

2.1 洪水計(jì)算內(nèi)容及方法途徑

（1）戛灑江洪水計(jì)算內(nèi)容及方法途徑。本次洪水計(jì)算內(nèi)容主要為分析戛灑江特大橋段戛灑江河道洪水及相應(yīng)洪水水位。戛灑江特大橋下游約4.9km處為國(guó)道G227跨戛灑江大橋，G227跨戛灑江大橋下游約250m處河道順直，斷面規(guī)整，水流近似為明渠均勻流，故考慮選擇該斷面為起推斷面。起推斷面至戛灑江特大橋斷面區(qū)間徑流面積較小，僅占起推斷面以上戛灑江流域面積0.28%，且區(qū)間無(wú)較大匯水口，故洪峰流量統(tǒng)一采用起推斷面處洪峰流量進(jìn)行分析。起推斷面以上流域面積約19371km2，徑流面積遠(yuǎn)大于1000km2，不宜采用暴雨徑流法和推理公式法計(jì)算洪水。起推斷面下游約73km處設(shè)有元江站，元江站收集的洪水序列已有66年，且有1年歷史特大洪水，已經(jīng)具有代表性。元江站徑流面積21554km2，起推斷面至元江站之間無(wú)蓄洪設(shè)施，因此可采用水文比擬法計(jì)算設(shè)計(jì)斷面洪水。

（2）截水溝洪水計(jì)算內(nèi)容及方法途徑。斗牛場(chǎng)棄渣場(chǎng)上游靠近G227國(guó)道，國(guó)道排水溝截走上游匯水，因此，截水溝主要匯水為棄渣場(chǎng)平臺(tái)及坡面匯水。棄渣場(chǎng)截水溝設(shè)計(jì)洪水采用《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。

2.2 設(shè)計(jì)洪水分析

2.2.1 元江站洪水分析

本次收集元江站1953年—2018年實(shí)測(cè)洪水，共66年，加上歷史1次特大洪水組成不連序洪水系列為頻率分析的樣本。其中實(shí)測(cè)值最大值為1986年的7520m3/s，第二大為1971年的4260m3/s，實(shí)測(cè)最大值比第二大值大76.5%，考慮將1986年的洪水作為特大值處理，故元江站特大值項(xiàng)為2項(xiàng)。統(tǒng)計(jì)參數(shù)采用矩法公式計(jì)算值為初估值，頻率曲線線型采用P-Ⅲ型，經(jīng)目估適線法合理確定統(tǒng)計(jì)參數(shù)及設(shè)計(jì)值。不連續(xù)序列矩法公式如下。

特大洪水：

實(shí)測(cè)洪水：

式中：N—重現(xiàn)期，最遠(yuǎn)調(diào)查期為1908年，至今111年，故取111年；n—實(shí)測(cè)值個(gè)數(shù)，取66個(gè)；a—特大值項(xiàng)數(shù)，取2項(xiàng)；L—從實(shí)測(cè)值中抽出的特大值項(xiàng)數(shù)，取1項(xiàng)；M—特大值排序，取1～2；m—實(shí)測(cè)值排序，取1～65。元江站洪水成果見(jiàn)表1，頻率曲線見(jiàn)圖2。

圖2 元江站洪水頻率曲線

2.2.2 元江站洪水合理性分析

為復(fù)核元江站洪水合理性，采用本方案計(jì)算成果與《紅河干流梯級(jí)開(kāi)發(fā)的生態(tài)影響研究》中元江站成果進(jìn)行對(duì)比分析，該研究中采用的元江站資料為1957年～2009年，該報(bào)告由中水珠江設(shè)計(jì)公司編制，并于2014 年9月12日由水利部國(guó)際合作與科技司、水利部財(cái)政司組織驗(yàn)收，成果可靠。經(jīng)對(duì)比分析，本方案計(jì)算所得元江站洪水均值為1825m3/s，較收集到的元江站洪水均值1930m3/s小5.44%，但是本項(xiàng)目采用的CV值比收集到的CV值大0.1，經(jīng)計(jì)算，各頻率下對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)洪水比收集到的大0.91%～3.05%。主要原因是因?yàn)楸敬问占男蛄屑娱L(zhǎng)，數(shù)據(jù)越趨于合理，Cv變大，CS值降低，符合一般規(guī)律。綜上所述，本方案采用元江站特征參數(shù)符合流域特性，取值合理。

2.2.3 元江站枯期洪水分析

收集元江水文站1953年—2019年實(shí)測(cè)洪水，共66年連序洪水系列為頻率分析的樣本，統(tǒng)計(jì)參數(shù)采用矩法計(jì)算值為初估值，頻率曲線線型采用P-Ⅲ型，經(jīng)目估適線法合理確定統(tǒng)計(jì)參數(shù)及設(shè)計(jì)值，成果見(jiàn)表2。

表2 元江站枯期洪水成果表

3.洪水影響分析計(jì)算

3.1 防洪標(biāo)準(zhǔn)

戛灑江特大橋全長(zhǎng)982.08m，屬于高速公路特大橋，設(shè)計(jì)洪水頻率采用300年一遇。項(xiàng)目施工便橋主要功能為聯(lián)通本項(xiàng)目戛灑江兩岸施工便道，施工便道道路級(jí)別為4級(jí)，施工便橋全長(zhǎng)84m，屬于中橋，鑒于本項(xiàng)目施工便橋?yàn)榕R時(shí)便橋，其防洪標(biāo)準(zhǔn)與戛灑江該段河道防洪標(biāo)準(zhǔn)一致。

3.2 地形資料

2019年8月，對(duì)G227國(guó)道跨戛灑江特大橋下游0.5km、上游1.2km范圍內(nèi)河道地形進(jìn)行了測(cè)量，比例為1:1000，高程系統(tǒng)采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，平面坐標(biāo)采用CGCS2000坐標(biāo)系。2020年7月，對(duì)該段河道向上游進(jìn)行延伸補(bǔ)測(cè)，補(bǔ)測(cè)河段延伸至戛灑江特大橋上游300m，補(bǔ)測(cè)河段長(zhǎng)度3.6km?？倻y(cè)量河道長(zhǎng)度5.3km，起點(diǎn)為G227國(guó)道跨戛灑江特大橋下游500m，止點(diǎn)為戛灑江特大橋上游300m。戛灑江特大橋修建過(guò)程中，局部改變?cè)摱魏拥牢⒌匦?，高速公路前期設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)高速公路沿線條帶地形進(jìn)行了測(cè)量，比例為1:2000，戛灑江特大橋段河道原始地形采用高速公路測(cè)量地形進(jìn)行修正。斗牛場(chǎng)段建筑物未修改戛灑江行洪斷面，河床地形無(wú)較大變化。

表4 考慮施工便橋江300年1遇（P=0.33%）洪水位計(jì)算成果

3.3 起推斷面洪水位計(jì)算

模型計(jì)算工況主要根據(jù)下勢(shì)面條件變化來(lái)確定，本項(xiàng)目?jī)H有戛灑江特大橋施工便橋位于河床中，故本項(xiàng)目工況分兩種情況：1）戛灑江特大橋施工便橋建橋前；2）戛灑江特大橋施工便橋建橋后。本方案考慮把G227跨戛灑江大橋下游約250m處斷面作為起推斷面，起推斷面河道規(guī)整，河段順直，河床底坡0.012，坡度較陡，受下游水位影響較小。起推斷面斷面圖見(jiàn)圖3。

圖3 起推斷面位置圖

起推斷面河床底坡0.012，坡度較陡，計(jì)算該斷面臨界水位與正常水位進(jìn)行對(duì)比，選取大值作為起推水位。試算求解設(shè)計(jì)洪水時(shí)相應(yīng)的臨界水位及臨界坡度。根據(jù)計(jì)算成果，各設(shè)計(jì)頻率下均為急流，正常水位低于臨界水位，取臨界水位作為起推斷面起推水位，如表3所示和圖4所示。

圖4 起推斷面正常水位與臨界水位對(duì)比圖

表3 起推斷面正常水位與臨界水位計(jì)對(duì)比表

3.4 起推斷面洪水位成果復(fù)核

起推斷面為天然河道，河床卵石分布，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及歷史影響調(diào)查，起推斷面2011年G227國(guó)道修建完成后無(wú)較大人為活動(dòng)，河道為天然演變。根據(jù)元江水文站洪峰流量資料，2009至2018年近十年內(nèi)最大洪峰流量為2015年的2160m3/s。起推斷面洪峰流量采用水文比擬法計(jì)算為2012m3/s，相應(yīng)的臨界水深為481.43m。根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查，起推斷面現(xiàn)有洪痕高程為481.27m，方案采取的起推洪水位大于洪痕0.16m，且誤差較小，故認(rèn)為本方案采用臨界水位作為起推水位滿足要求。

4.戛灑江涉及河段水面線計(jì)算成果分析

根據(jù)確定的河道洪水、綜合糙率、實(shí)測(cè)縱橫斷面資料、起推水位等邊界條件，按明渠恒定非均勻漸變流公式分段求和法自下而上逐段試算各控 制斷面洪水位，將洪水位相連后得河道水面曲線。戛灑江涉及河段不考慮施工便橋各防洪標(biāo)下水面線成果如下：

水面線成果率定。如表5所示，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，項(xiàng)目區(qū)涉及河段為戛灑江上游天然河道，缺少相關(guān)水文觀測(cè)資料及其他水工程參考資料，項(xiàng)目區(qū)水面線率定采用本項(xiàng)目涉及河段2020年7月30日航測(cè)水面線成果進(jìn)行率定。根據(jù)調(diào)查成果，航測(cè)時(shí)段起推斷面高程為478.47m，相應(yīng)的流量為251m3/s。本次采用相同模型計(jì)算水面線成果與航測(cè)成果進(jìn)行對(duì)比分析。對(duì)比結(jié)果如下：根據(jù)上表，洪峰流量251m3/s時(shí)，航測(cè)水面線與模型計(jì)算水面誤差較小，正負(fù)誤差均在0.3m以內(nèi)，且大部分河段模型計(jì)算水面線大于航測(cè)水面線，另外，模型計(jì)算水面線與航測(cè)水面線趨勢(shì)一致，故認(rèn)為本方案一維模型合理，計(jì)算成果可靠。

5.結(jié)論

水利工程能夠發(fā)揮出積極的防洪作用，可以強(qiáng)化抗水災(zāi)的能力，適當(dāng)?shù)販p少人們受災(zāi)的損失。當(dāng)前國(guó)家經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下，跨河橋梁工程日益增多，其對(duì)所經(jīng)水域防洪水平會(huì)產(chǎn)生各異影響，對(duì)其防洪影響進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)，可有效進(jìn)行工程管理，確保其建設(shè)符合防洪標(biāo)準(zhǔn)，有利于當(dāng)?shù)厮蚍篮榭節(jié)?。本文模型?jì)算水面線與航測(cè)水面線趨勢(shì)一致，從水力要素沿程變化分布看，在坡度基本一致的條件下，符合水流沿程變化的一般性規(guī)律；將水面比降與河床坡度比較看，水面比降與河床坡度基本吻合，符合河道洪水運(yùn)動(dòng)的水力特性；從流態(tài)變化看，坡度大時(shí)水面曲線陡，坡度緩則水面線趨于平緩，且與上下游銜接較好。綜上所述，水面曲線成果基本合理，模型計(jì)算成果可靠，可作為防洪影響評(píng)價(jià)依據(jù)之一。