盛 雷，劉志峰

（山東省海河淮河小清河流域水利管理服務(wù)中心，山東 濟(jì)南 250100）

0 引言

2021 年7 月13 日，水利部李國英部長主持會議，要求嚴(yán)格把好涉河建設(shè)項目立項審查關(guān)。 涉河建設(shè)項目防洪評價工作是開展涉河建設(shè)項目審查工作的前提， 是加強(qiáng)河湖水域岸線管理的重要內(nèi)容， 更是維護(hù)河湖健康生命和防洪安全的必要手段。筆者對日蘭高速梁山連接線工程梁濟(jì)運(yùn)河大橋進(jìn)行了系統(tǒng)的防洪評價分析，以期為涉河建設(shè)項目防洪評價工作提供典型案例， 起到良好的借鑒作用。

1 工程概況

1.1 橋梁概況

梁濟(jì)運(yùn)河大橋位于梁濟(jì)運(yùn)河中泓樁號29+438處，全長987.7 m，橋梁軸線與水流方向垂直，橋跨組合為3×3×30 m+3×40 m+55 m+90 m+55 m+3×30 m+3×40 m+2×3×30 m， 河道內(nèi)布置7 個橋墩， 為12＃～18＃橋墩，12＃、11＃橋墩分別位于左岸堤防設(shè)計斷面內(nèi)、 外堤腳外，18＃、19＃橋墩分別位于右岸堤防設(shè)計斷面內(nèi)、 外堤腳外。 該橋設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)為100 年一遇。

1.2 橋位處河道現(xiàn)狀

橋位處河道現(xiàn)狀為： 左堤頂高程為41.66 m，頂寬為5.0 m；右堤頂高程為41.0 m，頂寬為4.8 m；河槽底高程為31.85 m，河槽寬為51.77 m，邊坡為1∶3。河道規(guī)劃情況為：左、右堤防高程為40.74 m，堤頂寬為7 m；河槽底高程為30.11 m，河槽寬為113 m，邊坡為1∶3。

2 防洪評價計算

2.1 防洪評價標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《山東省淮河流域防洪規(guī)劃報告》（山東省水利廳1999 年編）， 確定梁濟(jì)運(yùn)河大橋橋位處河段防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇，排澇標(biāo)準(zhǔn)為5 年一遇。

2.2 設(shè)計洪水流量和設(shè)計洪水位

洪水流量和洪水位采用《山東省淮河流域南四湖湖西地區(qū)河道防洪規(guī)劃》《山東省淮河流域防洪規(guī)劃報告》 相關(guān)數(shù)據(jù)以及南水北調(diào)二期工程水文計算成果，具體如表1 所示［1］。

表1 梁濟(jì)運(yùn)河設(shè)計洪水流量和設(shè)計洪水位Tab.1 Design flood discharge and flood level of Liangji canal

2.3 壅水分析計算

梁濟(jì)運(yùn)河大橋建成后，橋墩占據(jù)河道行洪斷面，上游來水遇到橋墩阻礙，將使橋墩上游水位升高，產(chǎn)生壅水。 本文按5 年一遇、50 年一遇、100 年一遇洪水進(jìn)行橋位處壅水計算［2-3］。

（1）壅水高度計算。 根據(jù)《橋梁水力學(xué)》，采用式（1）進(jìn)行壅水高度計算。

式中：Δz 為壅水高度，m；k 為總的壅水系數(shù)，k＝kN·kV，kN為定床壅水系數(shù)， 與建橋前后橋下斷面流速變化有關(guān)，可由式（2）計算，kV為與建橋后橋下水流流態(tài)有關(guān)的系數(shù)，可由式（3）計算；v0q為天然水位下橋孔范圍內(nèi)斷面的平均流速，m／s；vq為建橋后橋下斷面的實際流速，m／s，可根據(jù)式（4）計算。

式中：Ly為壅水曲線全長，m。

經(jīng)計算， 橋位處河道斷面壅水情況如表2 和表3 所示。

表2 橋梁阻水比計算表Fig.2 Calculation of bridge water resistance ratio

表3 橋位處橋梁壅水計算成果表Fig.3 Calculation results of bridge backwater

從表2 和表3 可以看出，符合防洪要求。

2.4 沖刷與淤積分析

河床總的沖刷深度為河床演變沖刷深度、 一般沖刷深度和局部沖刷深度之和。對于河床演變沖刷，由于短時間內(nèi)變化較小， 且目前尚無可靠的計算方法，所以可忽略不計。本文僅對一般沖刷深度和局部沖刷深度進(jìn)行分析。

2.4.1 河道斷面沖刷分析計算

根據(jù)設(shè)計部門提供的勘察資料，河槽為黏土。邊灘多為耕地， 灘地表面為種植土， 主要以亞黏土為主， 含植物根系。 《公路工程水文勘測設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，黏性河床沖刷深度計算一般采用公式（6）。

式中：hp為一般沖刷后的最大水深，m；Q1為橋下河灘部分通過的設(shè)計流量，m3／s；htm為橋下河灘最大水深，m；htq為橋下河灘平均水深，m；Btj為河灘部分橋孔凈長，m；IL為沖刷坑范圍內(nèi)黏性土液性指數(shù)。

應(yīng)用式（6）計算出一般沖刷后的最大水深，并用它減去橋下河灘最大水深htm，可得出橋下河灘的沖刷坑深度。 經(jīng)計算，5 年一遇、50 年一遇、100 年一遇洪水對規(guī)劃河道斷面主槽造成的沖刷如表4 所示。橋位處規(guī)劃斷面5 年一遇除澇水位低于灘地， 不會發(fā)生沖刷， 只計算50 年一遇、100 年一遇洪水對河灘造成的沖刷，結(jié)果如表5 所示。

由表4 可知， 在5 年一遇、50 年一遇、100 年一遇洪水條件下， 主槽一般沖刷后最大水深均大于河槽最大水深，將對橋位處河槽造成沖刷。

表4 規(guī)劃河道斷面主槽一般沖刷深度計算Tab.4 Calculation of general scour depth of main channel in planned river channel section

由表5 可知， 橋位處50 年一遇、100 年一遇洪水對河灘一般沖刷后的水深大于河灘最大水深，所以橋梁建成后，洪水會對河灘造成沖刷。

表5 規(guī)劃河道斷面河灘一般沖刷深度計算Tab.5 Calculation of general scour depth of beach in planning river channel section

2.4.2 橋墩局部沖刷深度計算

根據(jù)《公路工程水文勘測設(shè)計規(guī)范》中的有關(guān)規(guī)定， 計算橋墩局部沖刷深度， 結(jié)果如表6 和表7 所示。

表6 規(guī)劃河道斷面主槽橋墩局部沖刷深度計算Tab.6 Calculation of local scour depth of main channel piers in planned river channel section

2.4.3 沖刷成果分析

由表4～表7 可知，規(guī)劃河槽底高程為30.11 m，河槽在5 年一遇、50 年一遇、100 年一遇洪水的最低沖刷線高程均低于河槽底高程，對河槽造成沖刷。河灘平均高程為36.2 m， 河灘各頻率洪水的最低沖刷線高程均低于灘地高程，對河灘造成沖刷。

表7 規(guī)劃河道斷面河灘橋墩局部沖刷深度計算Tab.7 Calculation of local scour depth of beach piers in planned river channel section

2.5 梁濟(jì)運(yùn)河大橋通航凈空計算

梁濟(jì)運(yùn)河航道遠(yuǎn)期規(guī)劃等級為Ⅱ級航道。 橋位處梁濟(jì)運(yùn)河最高通航水位為38.56 m，橋梁箱梁底高程為45.97 m，根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》，新建橋梁橋下凈空高度應(yīng)為河道最高通航水位加7 m 超高。 經(jīng)計算，新建橋梁凈空高度為7.41 m，符合《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》及《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

3 防洪綜合評價

3.1 項目建設(shè)與有關(guān)規(guī)劃的關(guān)系及影響分析

現(xiàn)狀堤頂高程已滿足橋位處梁濟(jì)運(yùn)河遠(yuǎn)期治理規(guī)劃要求，梁濟(jì)運(yùn)河按規(guī)劃斷面開挖河槽，擬建梁濟(jì)運(yùn)河橋梁14＃橋墩將由于河槽開挖暴露在河槽內(nèi)，對河道按規(guī)劃方案實施帶來不利影響。

3.2 項目建設(shè)與有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)性分析

擬建橋梁的防洪標(biāo)準(zhǔn)符合 《防洪標(biāo)準(zhǔn)》5.2.1 條的要求；橋墩均位于堤身設(shè)計斷面以外，符合《堤防工程設(shè)計規(guī)范》第10.4.1 條要求。

3.3 項目建設(shè)對河道泄洪、河勢穩(wěn)定的影響分析

3.3.1 項目建設(shè)對河道泄洪的影響分析

由于擬建梁濟(jì)運(yùn)河大橋12?！?8＃橋墩布置于行洪斷面內(nèi)， 橋位處洪水的行洪水力條件將會發(fā)生一定的變化，阻礙并干擾水流的正常運(yùn)動，縮小橋位處有效行洪面積。 在50 年一遇洪水條件下，新建橋梁的阻水面積為72.2 m2，占行洪斷面的5.2%；在100年一遇洪水條件下， 新建橋梁的阻水面積為81.45 m2，占行洪斷面的4.9%。由上可見，項目建設(shè)對洪水下泄有一定影響。

3.3.2 項目建設(shè)對河勢穩(wěn)定的影響分析

在50 年一遇洪水條件下，橋位處河槽的總沖刷深度為1.58 m，河灘12＃、15＃墩的總沖刷深度為0.58 m，河灘16?！?8＃墩的總沖刷深度為0.42 m； 在100 年一遇洪水條件下，橋位處河槽總沖刷深度為1.79 m，河灘12＃、15＃墩的總沖刷深度為0.62 m，河灘16?！?8＃墩的總沖刷深度為0.46 m。 由以上分析可知， 建橋后，加重了河道沖刷，對河勢穩(wěn)定有一定影響。另外，橋位上游若泥沙淤積量太大， 也會改變現(xiàn)有河道的結(jié)構(gòu)及河道水流的流勢、流態(tài)，對河道泄洪產(chǎn)生不利影響。

3.3.3 項目建設(shè)對堤防的影響分析

河道流向與新建橋梁正交， 水流在橋位處受橋墩阻水影響會產(chǎn)生局部紊流，改變水流形態(tài)，從而加重洪水對堤防的沖刷，給堤防的安全造成威脅。

3.3.4 項目建設(shè)對沿岸水利工程的影響分析

梁濟(jì)運(yùn)河大橋建成后，將造成橋梁上游壅水。在50 年一遇洪水條件下， 橋梁上游壅水高為0.12 m，壅水曲線長為2 399 m； 在100 年一遇洪水條件下，橋梁上游壅水高為0.123 m，壅水曲線長為2 467 m。所以，新建橋梁上游會出現(xiàn)較小高度的壅水現(xiàn)象，但對上游建筑物的影響較小。

3.3.5 項目建設(shè)對防汛搶險的影響分析

根據(jù)設(shè)計部門提供的工程進(jìn)度表， 項目建設(shè)跨越2 個汛期施工， 擬建橋梁建設(shè)期內(nèi)將對汛期的防汛搶險產(chǎn)生不利影響。橋梁與堤防立交，左岸現(xiàn)狀與規(guī)劃堤頂凈空分別為6.63 m、7.55 m，右岸現(xiàn)狀與規(guī)劃堤頂凈空分別為4.93 m、5.19 m，符合防汛搶險要求。

3.3.6 洪水對建設(shè)項目的影響分析

擬建橋梁防洪標(biāo)準(zhǔn)為100 年一遇， 其防洪標(biāo)準(zhǔn)符合《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》 大橋防洪標(biāo)準(zhǔn)的要求。 橋位處，梁濟(jì)運(yùn)河按規(guī)劃斷面開挖后，河槽寬為113 m，底高程為30.11 m，邊坡為1∶3，擬建橋梁13＃、14＃橋臺將暴露在河槽內(nèi)， 給橋梁安全造成不利影響。 根據(jù)沖刷計算結(jié)果，擬建橋梁遭遇50 年一遇洪水時，將會產(chǎn)生0.42～1.58 m 的沖刷坑，遭遇100 年一遇洪水時， 將會產(chǎn)生0.46～1.79 m 的沖刷坑，12?！?8＃橋墩的埋置深度將會有不同程度的縮短，給橋梁的安全運(yùn)行帶來不利影響。

3.3.7 項目建設(shè)對第三人合法水事權(quán)益的影響分析

擬建梁濟(jì)運(yùn)河大橋滿足通航要求， 但在該項目施工期間，施工噪聲、施工產(chǎn)生的粉塵以及施工機(jī)械和施工材料堆放對該區(qū)域原有植被的破壞， 將會對當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境帶來不利影響。

4 防治與補(bǔ)救措施［4-6］

4.1 項目建設(shè)對淮河流域防洪規(guī)劃影響的防治措施

為了避免擬建梁濟(jì)運(yùn)河橋梁先期建設(shè)對梁濟(jì)運(yùn)河按規(guī)劃實施帶來的不利影響，在橋梁建設(shè)時，應(yīng)同步將橋位處堤防按河道遠(yuǎn)期規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加固。 新建橋梁13＃、14＃橋臺由于河槽開挖暴露在河槽內(nèi)，橋梁設(shè)計單位應(yīng)根據(jù)100 年一遇河槽沖坑深度優(yōu)化橋臺設(shè)計，將橋臺置于沖刷線高程以下，確保橋位處河道按規(guī)劃實施及新建橋梁的安全。 河道按規(guī)劃實施時橋梁建設(shè)部門應(yīng)對河槽內(nèi)橋墩采取防護(hù)措施，積極配合河道治理工程的順利實施。

4.2 項目建設(shè)對防汛搶險影響的防治措施

為確保河道汛期安全行洪， 建設(shè)單位應(yīng)做好防汛預(yù)案，梁濟(jì)運(yùn)河大橋施工要優(yōu)化施工安排，在非汛期完成橋梁下部結(jié)構(gòu)施工。在施工過程中，嚴(yán)禁建筑材料及建筑垃圾置于河道內(nèi)，要避免施工機(jī)械、施工材料占用上堤路口和大堤，保證上堤路口的暢通。

4.3 項目建設(shè)對堤防安全和河勢穩(wěn)定的防治措施

橋梁建設(shè)造成橋前水位壅高，流速加大，加重了對堤防及河床的沖刷，影響堤防安全和河勢穩(wěn)定。建設(shè)單位應(yīng)委托相應(yīng)資質(zhì)單位實施岸坡護(hù)砌工程。

4.4 對建設(shè)項目安全的防治措施

鑒于橋位處梁濟(jì)運(yùn)河按規(guī)劃斷面開挖后，14＃橋墩承臺將暴露在河槽內(nèi)的問題， 橋梁設(shè)計單位應(yīng)根據(jù)沖刷線高程，對14＃橋墩承臺頂高程進(jìn)行調(diào)整，使其低于河道規(guī)劃斷面沖刷線高程。 設(shè)計單位還應(yīng)根據(jù)防洪評價報告及行洪斷面設(shè)計，復(fù)核橋墩墩臺、基底埋深等有關(guān)設(shè)計指標(biāo)，確保橋梁安全。

4.5 項目建設(shè)對第三人合法水事權(quán)益影響的防治措施

擬建工程施工過程中施工機(jī)械應(yīng)盡量安排在白天施工，防止夜間施工對周圍居民的干擾；按環(huán)保要求，及時對施工中產(chǎn)生的廢水、廢渣及生活垃圾進(jìn)行處理。

5 結(jié)語

本文通過對有關(guān)規(guī)劃、 現(xiàn)有防洪標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)性分析，對河勢穩(wěn)定、河道堤防和其他水利工程設(shè)施的影響分析，以及對防汛搶險的影響分析等，對日蘭高速梁山連接線工程梁濟(jì)運(yùn)河大橋橋梁進(jìn)行了防洪影響綜合評價， 希望能夠為今后涉河建設(shè)項目防洪評價工作起到借鑒作用， 為涉河建設(shè)項目審查工作起到初步探索作用。