桥梁防洪评价报告

晋科咨证：乙级004号二○一五年十月××线×县段升级改造工程×大桥防洪评价报告报告编写：参加人员： 11.1项目背景 11.2评价依据 21.3技术路线及工作内容 3 52.1建设项目概况 52.2河道基本情况 62.3现有水利工程及其它设施情况 3河道演变 3.1河道历史演变及近期分析 3.2河道演变趋势分析 4防洪评价计算 4.1防洪标准确定 4.2设计洪水分析计算 4.3设计洪水成果合理性分析 4.4水面线计算 4.5冲刷分析计算 4.6桥梁底部高程复核计算 4.7河道过流能力分析 5防洪综合评价 485.1建设项目与现有水利规划的关系与影响分析 5.2建设项目与现有防洪标准和技术要求分析 5.3建设项目对行洪安全的影响分析 5.4建设项目对河势稳定的影响分析 5.5建设项目对现有防洪工程、河道整治工程及其它水利工程与设施影响分析 495.6建设项目对防汛抢险的影响分析 5.7对第三人合法水事权益的影响分析 6工程影响防治措施 517结论与建议 52 57.2建议 521山区、大别山区、罗霄山区等11个集中连片特困地区和已经明确实施××线×县×大桥全长131m,3×25m,桥面宽9m,公路级别为II级，桩柱直径为1.5m,桩基位于地面以下28m。该桥在×村附近价报告”;另根据《×省河道管理条例》第七条“在河道管理范围内河道的各类工程和跨河、穿河、穿堤、临河2(水政[1992]7号文);7《河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则(试行)》(水利部办公厅文件办建管[2004]109号)。33近期实测1:1000地形图及纵横断面图。1.3技术路线及工作内容价报告编制导则(试行)》规定，在现场察看、充分收集工程涉及河措施，得出结论与建议。技术路线示意图见图1-1。4现场察看现场察看项目资料收集分析确定项目防洪标准确定计算方法和计算参数计算洪水影响范围判断是否满足防洪要求是综合评价防洪影响得出结论提出建议根据防洪规划提出措施方案图1-1技术路线示意图52基本情况2.1建设项目概况2.1.1建设项目概况及规模××线×县×大桥全长131m,桥梁为预应力混凝土箱梁，共5跨，桥面宽9m,公路级别为Ⅱ级，桩柱直径为1.5m,桩基位于地面以下28m,桥孔净高5.5m～8.0m。该桥在×村附近斜跨×沟，且①号~④号桥墩位于×沟沟道内，涉河长度107m,该段×沟宽度为40m。×大桥右岸堤防加高3m,并对×大桥右岸原有一级公路上下方向500m范围内公路改建，使改建后公路与原有公路连接良好，改建后的公路路基作为右岸堤防。公路改建前后纵断面见图2-1。62.2河道基本情况流域水系图见图2-2。78且在时空分配上极不平衡。多年平均气温9.1℃,受地形高差影响，垂大部分集中在7～9月，降水量从东北向西北，西南递减；多年平均蒸发量为2149.9mm,5～7月蒸发量最大；多年平均湿度为52%;平均日照时数为2654.6小时；无霜期在160天左右，无霜期由东北向西南延长，相差在30天左右；最大冻土深度为111cm;主导风向为南风，冬降雨大多集中在7～9月份。多年平均蒸发量2149.9mm。沿线桥梁附近设有×县气象站，主要气象特征见表2-1。表2-1极端最低多年平均降水量多年平均年平均及风向最大积雪厚度2水文1)水文测站情况9坐标东经110°52′,北纬37°42’,至河口距离13km,控制流域面积2)暴雨、洪水特性湫水河流域地处黄河中游，流域内除上游东北部、东部约401km²大部分集中在6～9月份。2011年底，全县地区生产总值为*亿元，比上年增长18.8%,其中第一产业增加值9.05亿元、第二产业增加值20.13亿元、第三产业增加值11.40亿元。人均GDP达到6878元，低于全省的平均水平。县内刷、陶瓷、造纸、食品加工等行业，其中2011年规模以上工业总产值元，城镇居民人均可支配收入10260元。2011年，全县现有农作物播种面积9.12万公顷，其中粮食播种面积7.21万公顷、油料播种面积1.53万公顷，蔬菜播种面积0.38万公类等，2011年粮食总产量11.4×104t,水果产量12.38×104t,蔬菜产量6.4×104t。×县资源丰富，已探明的矿产资源有煤、铝等24种，其中煤储面积2570km²,占全县面积的86%,总储量311亿t,在三交矿区富含被称为“国宝”的4#主焦煤。红枣栽植近百万亩，年产量7500万kg,1)第四系全新统Q4稍密。稍湿。地基土承载力基本容许值350KP2)第三系保德组N2基土承载力基本容许值250KPa,摩阻力标准值50KPa。新国道×线×县段升级改造工程大居大桥防洪评价报告土质不均，局部夹砾卵石。地基土承载力基本容许值300KPa,摩阻力标准值60-70KPa。2.3现有水利工程及其它设施情况*年3月动工兴建，*年8月竣工蓄水。枢纽建筑物由大坝、溢洪道、输水洞三部分组成，最大坝高31m,为均质土坝。2007年6月，×市病险水库，2008年底开始除险加固，2010年2月通过竣工验收。水库除险加固后，总库容620万m,工程等别为IV等，主要建筑物为4级，水库设计洪水标准为30年一遇，校核洪水标准300年一遇，洪峰流量分别为386m³/s、651m³/s,最大下泄流量分别为182m³/s、341m³/s。河道两岸均有堤防，左岸堤防高2.5m左右，右岸堤防高3.0m左板桥，全长27m,共2跨，单跨13m,桥宽8.5m,桥墩高3.4m,桥底板高程1116.90m,路面高程1117.57m。为浆砌石拱桥，全长19.6m,共6跨，单跨3m,桥宽4.0m,桥墩厚0.4m,直墙高1.3m,矢高0.8m,拱顶高程1116.14m,路面高程1117.15m。3.1河道历史演变及近期分析流失严重。×水库于1976年动工兴建，1981年竣工蓄水，2009年43.2河道演变趋势分析4防洪评价计算4.1防洪标准确定××线×县段升级改造工程×桥梁全长131m,按照《公路桥涵由于本项目所在河段属农村段，人口小于20万，按照《防洪标准》(GB50201-2014),河道防洪标准为10年～20年，本河道防洪标准选用20年一遇。4.2设计洪水分析计算简称《手册》)进行计算。分析，从中选取能满足工程设计要求的，作为设计依据。4.2.1天然设计洪水计算天然设计洪水按无资料地区考虑，采用我省2010年12月编制的《×省水文计算手册》(以下简称《手册》)计算。1)流域参数流域特征参数包括流域面积、流域主河道长、流域平均坡度等。流域平均坡度根据以下公式计算：La,L…Ln——相邻点之间距离，km。流域参数见表4-1。流域特征参数表表4-1控制面积(km²平均纵坡(%)河长(km)×水库×~设计断面设计断面2)设计暴雨①点暴雨设计该流域位于水文分区的西区。查《手册》附图15至附图24,可得点暴雨均值H及Cv值，查《手册》附表I-2可得相应频率之Kp值，然后计算流域的设计点暴雨。流域设计点暴雨计算公式如下：H,=K,H设计点雨量见表4-2。表4-2定点×水库1×~设计断面112暴雨公式的三个参数Sp错误!未找到引用源。、ns错误!未找到引用源。、λ错误!未找到引用源。需要根据同频率各标准历时未找到引用源。的查图误差控制在±5%内；O≤λ≤0.12错误!未找到引用源。。当λ错误!未找到引用源。不满足时，适当调整查图的均值和Cv,至λ错误!未找到引用源。满足约束为止。③面暴雨设计面暴雨计算公式为：式中：H()—标准历时为tu、设计标准为P、流域面积为AC,N—经验参数，由《手册》中表6-2直接查用或内插求得。④主雨历时和主雨雨量主雨历时的计算公式为：”.”式中符号意义同前。主雨历时用数值法计算，主雨雨量用下式计算：H₇(t₂)=s,·t”式中符号意义同前。非主雨日的主雨历时和主雨雨量按雨强大于2.5mm/h的标准统3)产流设计本次计算各河流的产流地类见表4-3。流域产流计算又包括设计洪水净雨深和净雨过程计算两部分。各控制断面流域产流地类表表4-3产流地类(km2)×水库×~设计断面①设计净雨深计算设计净雨深计算采用双曲正切模型，计算模型如下：F(1₂)—主雨历时内的流域可能损失，mm。流域可能损失用下式计算。式中：SrA—为流域包气带充分风干时的吸收率，反映流域的综合错误!未找到引用源。—流域包气带饱和时的导水率，Bop—设计频率的流域前期土湿标志(流域持水度)。多种产流地类组成的复合地类流域，吸收率和导水率分别根据各种地类的面积权重按下式加权计算。Sr—单地类包气带充分风干时的吸收率，mm/h'?;c—某地类面积占流域面积的权重。②主雨日净雨过程计算求解产流历时产流历时te的计算公式为：,他符号意义同前。计算损失率μμ=d-nt)St”,计算时段净雨t,错误!未找到引用源。—为j时段的开始时刻。其他符号意义同前。把计算出的时段净雨按序位编号安排在设计时雨型模板中的相应序位位置，即得主雨日的净雨过程。4)汇流设计汇流计算采用综合瞬时单位线法和推理公式法分别计算。各河流所在流域的汇流地类见表4-4。各控制断面流域汇流地类表表4-4汇流地类(km²×水库×~设计断面(1)综合瞬时单位线法①计算参数n,计算公式如下：J一河道比降，%;ai—某地类的面积权重，以小数计。②计算m₁。计算公式如下：m=Cza(L1J²)°,C₂a=Za,式中，m.₁—i=1mm/h时瞬时单位线的滞时，h;C₂.A—复合地类汇流参数；C₂.i—单地类汇流参数；α一经验性指数。③用交点法求解T历时的平均净雨强步骤是假设一组，求得一组Qp;计算出ml,由k=ml/n可得一两条曲线交点的横坐标即T历时的平均净雨强为i,纵坐标为最大用求解出的i:计算m1,由k=ml/n计算k,计算Sn(t)曲线，推算时段汇流曲线un(△t,t),最后推算设计洪水过程线。所需计算公式如下：洪峰流量计算结果见表4-5。(2)推理公式法推理公式法由设计暴雨、推理产流、推理汇流3个子系统构成。推理汇流计算包括求解洪峰流量Q、流域汇流时间T及推理洪水过程线。求解最大洪峰流量可用数值法进行求解，根据以下公式联立方J一河流纵比降，%;m—流域汇流参数。洪峰流量计算成果见表4-5。由此计算结果见表4-5.断面名称W24(万m)W24(万m)×水库×~设计断面设计断面程线见表4-6、表4-7和表4-8,天然洪峰流量成果见表4-9。时间(h)时间(h)时间(h)表4-7单位：m³/s时间(h)时间(h)时间(h)表4-8时间(h)时间(h)时间(h)×水库×~设计断面计算方法、公式不再详述，见表4-6、表4-7和表4-8。设计洪峰流量成果见表4-9。2×水库(相应)洪水过程线计算后点绘×水库洪峰～洪量关系线(见图4-1),由设计断面处洪量与区间洪量计算出×水库相应洪量，见表4-10,然后根据×水库洪峰～洪洪水过程线见表4-11。洪量组合方式×水库相应×~设计断面相应×水库(相应)各频率设计洪水过程线表表4-11单位：m³/s时间(h)时间(h)时间(h)3×水库~设计断面(相应)洪水过程线计算洪量，然后点绘×水库~设计断面的洪峰～洪量关系线(见图4-1),见表4-10,然后根据×水库~设计断面的洪峰～洪量关系线查出×水设计断面相应洪水过程线见表4-12。区间(相应)各频率设计洪水过程线表表4-12单位：m/s时间(h)时间(h)时间(h)1)水位～库容曲线水库现淤积高程已到了113.3m,根据水库多年平均来沙量6.84万m³,预测出2025水平年水库淤积量为294万m³,以此推求出×水库2025年水位～库容曲线结果见表4-13。表4-13水位(m)原设计002)水位～泄量关系位～泄量关系见表4-14。高程(m)流量(m³/s)高程(m)流量(m³/s)03)×水库洪水调节计算起调水位124.6m,调洪计算采用静库容法、水库水量平衡方程进行，水库水量平衡方程如下：At计算时段始，万s。上列水量平衡方程采用试算法求解。4)设计断面设计洪水×水库洪水经调节计算后其下泄过程考虑传播后与区间洪水叠加即得设计断面设计洪水见表4-15和表4-16,桥址断面设计洪峰流量见表4-17。设计洪水过程线表(区间同频)表4-15单位：h、m³/s时段区间洪水水时段区间时段泄区间洪水水设计洪水过程线表(水库同频)单位：h、m/s时段区间洪水水时段区间水时段水区间洪水水表4-17区间同频4.3设计洪水成果合理性分析控制流域面积位于本次设计断面下游，控制流域面积154km²,100年一遇洪峰流量为1142m³/s,50年一遇洪峰流量为931m³/s,20年一遇洪峰流量为652m³/s,本次设计断面控制流域面积133.3km²,100年一遇洪峰流量为1156m³/s,50年一遇洪峰流量为950m³/s,20年一遇洪峰流量为727m³/s,本次设计洪水比《专用线防洪评价》成果较4.4水面线计算根据计算需要，本次在桥址及上下游共布设了6个横断面(见附图),由测量成果知，该河段纵比降为13%。4.4.1计算原理天然河道的河宽、河底高程沿程变化都比较大，因此河道设计洪水位计算按明渠恒定非均匀流进行水力计算，采用试算法推求天然河道的水面曲线。取相距为As的两个渐变流断面1和2(其中断面2为下游断面),根据能量方程推求水面线。式中、V和2、V₂分别为断面1和2的水位和流速，α是动能修正系数，△h.为断面1和2之间的水头损失，Ah,=△h,+△h。式中K为断面1和2的平均流量模数，计算时，取程变化所引起的，可由公式计算，式中ζ为河段的平均局部水头损失系数，ζ值与河道断面变化情况有关。在顺直河段，略，取ξ=0;在急剧扩散河段，可取5=-(1.5～1.0);在逐渐扩散上式等号右边为已知量，以B表示，左边为?的函数，以f(a)表示，即得计算时，假设一系列3,计算相应f(z),当f(z)=B时的即为所求。计算水面线时河道糙率n主要根据对河道实地调研的情况，现状河道河床内多为黄土土夹砂卵石。综上考虑并结合李炜主编第二版《水力计算手册》P363页表8-1-4——天然河道糙率n值表，综合分析河道段糙率采用0.04。4.4.3建桥前天然水面线计算经计算，各断面100年和20年一遇设计洪水水面曲线计算结果见表4-18和表4-19。100年一遇洪水水面线计算成果桩号河底高程(m)水位(m)最大水深(m)流速(m²/s)水面宽(m)纵坡(%)备注×大桥×大桥20年一遇洪水水面线计算成果表4-19桩号河底高程(m)水位(m)最大水深(m)流速(m²/s)水面宽(m)纵坡(‰)备注×大桥×大桥4.4壅水计算《水力计算手册》中对桥梁的局部损失系数无定量描述，且根据水面曲线公式无法确定最高壅水水位的具体位置，因此计算壅水高度采用《公路桥位勘测设计规范》(JTJ062-91)公式，然后通过对水流特性的分析计算出建桥后的水面曲线。4.4.1壅水分析计算桥前最大壅水高度计算公式如下：式中：η—系数，反映河滩路堤阻断流量(Qm)与设计流量(Q设)的比值。当时，n取0.05。v一桥下平均流速(m/s);桥墩处在过水河糟内，地面以上为直径为1.5m的柱式墩。4.4.2任意断面壅水高度式中：AZ₀—任意断面处的壅水高度，m;其他符号意义同前。其他符号意义同前。4.4.4壅水计算结果根据上述公式计算壅水高度和长度，发生不同频率洪水时壅水高度和长度计算结果见表4-20表4-21。100年一遇洪水壅水高度及长度表4-20桩号水位(m)流速(m/s)壅水高度(m)壅水长度(m)建桥后水位(m)备注×大桥×大桥20年一遇洪水壅水高度及长度表4-21桩号水位(m)流速(m/s)壅水高度(m)壅水长度(m)建桥后水位(m)备注×大桥×大桥通过计算可得，发生100年一遇洪水时，最大壅水长度27.6m,×旧桥在新建×大桥上游80m处，不在×大桥影响范围之内，发生20年一遇洪水时，最大壅水长度23.1m。4.5冲刷分析计算4.5.1水流平行岸坡的冲刷计算水流平行于岸坡产生的冲刷按《水力计算手册》中8-4-59式计算。公式如下：式中：hg—局部冲刷深度，m;V₁—河床面上允许不冲流速(m/s),取1.0m/s;n—系数，与防护岸坡在平面上的形状有关，一般取0.25。根据以上公式及参数，当发生不同频率洪水时，计算河道水流对河岸的冲刷深度，计算结果见表4-22。护岸冲刷结果表表4-22最大水深(m)平均流速(m/s)允许不冲流速(m/s)绝对冲深(m)由上表可知河床绝对冲刷深度(P=5%)为2.03m,冲刷深度较大，建议对堤防基础进行加固。4.5.2河床冲刷计算公式在自然情况下，河道中水流驱使床面泥沙运动，泥沙运动后的床面形态又影响水流结构，河流总是处在不断的变化和发展过程中。当河流上兴建大桥后，河床演变将变得更加迅速和剧烈，由于受墩、台的挤压作用，桥位上游常产生水位升高、流速减缓、水流狭沙能力降低等现象，桥位处则因断面缩窄，流速增大而产生冲刷。河床冲刷由一般冲刷和局部冲刷两部分组成。一般冲刷和局部冲刷计算采用《公路工程水文勘测设计规范》(JTGC30-2002)和《公路桥涵设计手册·桥位设计》中推荐的非粘性土河床的有关公式进行。1河槽部分一般冲刷计算公式(64-1修正式)Q₂——桥下河槽部分通过的设计流量，m²/s;(A-N,a"x³x=YA≤A乐(F工到I-S9)葺共幽骤鲁ZuuO&=*puu‘弘殊纤本体%融——p:尊数平科任业身手头加‘和专五军#碧最世土我宗‘u‘第数水实生辑长爆最回——gu‘紫平本以有最世明土喜婆半票——H学中董雪紫露東PVu‘Y¥曹最——"y:嫌茎斯丑回面聚平衡#——nhp——一般冲刷后的最大水深，m;d——河床泥沙平均粒径，mm,dso=30mm;n₁——指数。当采用64-1修正式计算一般冲刷深度时，一般冲刷后墩前行近流速V采用下式计算：按上节水面线计算方法和公式推求出未建桥梁前的水位、水深，然后根据桥梁一般冲刷和局部冲刷确定的桥墩处100年和20年一遇洪水标准冲刷情况，计算结果见下表4-23。洪水冲刷深计算成果表桩号水深一般冲深局部冲深总冲深经计算，发生100年一遇洪水时×桥最大冲刷深度为6.84m,桥墩埋深28.0m大于总冲深，因此桥梁能够满足100年一遇洪水冲刷要求。由上表可知河床一般冲刷深度(P=5%)为2.97～3.03m,冲刷深度较大，建议对堤防基础进行加固。4.6桥梁底部高程复核计算根据《公路工程水文勘测设计规范》(JTGC30-2002)、《公路桥涵设计手册·桥位设计》和《铁路工程水文勘测设计规范》(GB10017-99)的规定，确定桥梁底部高程时按以下公式计算。桥梁底部高程=设计洪水位(Hs)+壅水高度(△Z)+风壅增水、浪高等壅水高度(e)+桥下净空安全值(△hj)。1)壅水高度壅水高度采用桥下壅水高度，最大壅水高度在桥轴时，按全值计2)风壅增水高度、波浪高度计算(1)风壅增水高度计算风壅增水高度e参考《堤防工程设计规范》(GB50286-98)附录C莆田实验站风浪要素公式进行计算。风壅增水高度计算公式为：K——综合摩阻系数，取3.6×10⁶;β——风向与垂直堤轴线的法线夹角，°。根据水利电力部×省水利勘测设计院1991年12月编制的《×省水利工程建设常用地面气候资料图集》,查得各大桥的风向和最大风速，最大风速转换为自计风速，公式为式中：V₀——定时观测风速(每日四次持续二分钟的风速),m/s;设计风速根据《碾压式土石坝设计规范》采用多年平均年最大风速的1.5倍，由万分之一地形图量的最大风速与大桥法线夹角和洪水期风区吹程长度。(2)波浪高度计算波浪高度按《公路桥涵设计手册·桥位设计》和《铁路工程水文勘测设计规范》中推荐的风浪要素公式进行计算。计算公式为：当浅水情况，即当深水情况，即波浪高度计算成果表，见表4-24。3)桥下净空安全值4)桥梁底部高程复核计算桥梁底部高程复核计算成果见表4-24。序号桩号高度风壅高度安全超高复核桥梁设计桥梁12由上表看出，在0+247桩号大桥设计的梁底高程1116.62m高于本次复核按100年一遇设计洪水计算的桥梁底部高程1116.51m,在0+303桩号大桥设计的梁底高程1118.40m高于本次复核按100年一遇设计洪水计算的桥梁底部高程1117.27m,因此大桥设计满足防洪4.7河道过流能力分析堤顶高程由设计洪水位加堤顶超高确定，堤顶超高计算采用A—安全加高，查表2.2.1,本次堤防为4级堤防，不允许越浪，安全加高值取0.6m。风浪要素可按下列公式计算确定：T——平均波周期(s);L——波长(m);V——计算风速(m/s),采用历史汛期最大风速平均值的1.5倍，取V=25.5m/s;F——风区长度(m);d——水域平均水深(m);g——重力加速度(9.81m/s²)。2.风壅水面高度e的计算：K——综合摩阻系数，取K=3.6×10*;β——风向与垂直于堤轴线法线夹角(°);其余符号同前。3.堤防波浪爬高的计算：在风的直接作用下，正向来波在单一斜坡上的波浪爬高可按下K——经验系数，查表C.3.1-2;Kp——爬高累计频率换算系数，查表C.3.1-3,KP取m——斜坡坡率；其余符号同前。式中，R₀—无风情况下，光滑不透水护面(K₄=1)、H=1m时的爬高值(m),可按表C.3.1—4确定。计算结果见下表4-25。堤顶超高计算结果表表4-25桩号设计频率风区长度风壅高度安全加高根据上表计算结果，本次堤顶超高取0.865m。河道堤顶高程复核结果见表4-26和表4-27。新国道×线×县段升级改造工程大居大桥防洪评价报告表4-26程左岸右岸×大桥×大桥表4-27度高左岸右岸×大桥×大桥由上述计算结果可得，发生20年一遇洪水时，河道最大壅水高度为0.15m,最大壅水长度为21.8m。建桥后对桥梁影响范围内