大桥行洪论证与河势稳定评价报告.docx

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大桥行洪论证与河势稳定评价报告

1概述

1.1项目背景

广陕、广巴高速大石互通连接线工程位于广元市利州区大石镇，根据《广元市城市总体规划（2008-2020）》和工业强市的发展部署，将大石片区划入广元市中心片区，利用南河上游良好的生态环境，开发以低层滨水生态住宅为主。

另一方面，大石镇位于大（石）荣（山）元（坝）片区，大石、荣山、元坝三镇联动发展以建立南河上游的生态屏障，形成广元城市东翼的农副产品加工基地和轻工基地。

同时，在建广元市广巴、广陕高速连接线（即绕城高速公路）从大石镇穿过，大石镇利用绕城高速公路出入口（即大石互通）的交通优势，形成以物流和农副产品加工为特色的城市东入口产业片区。

本项目也是广元市“三横九纵”干道交通系统中九纵线中的第七纵的一段，是连接大石片区一横至三横线的重要城市主干路，也是广元城区东部片区重要出入通道。

本项目投资为BT模式。

工程设计起点位于广陕、广巴高速大石互通收费站出口，与收费站出口做T字平交，起点里程K0+000，路线总体走向是从东北向西南方向，顺着曹家河右岸发展，在K0+440下穿广陕、广巴高速杜家河大桥，经罗圈湾、桐梓湾后于K2+027处下穿广旺铁路、国道212线后，于K2+407上跨拟建的滨河北路，跨越南河后，终点与滨河南路交叉，终点里程K2+591.259，路线全长2.591km。

全线设置1座大桥南河大桥，起点K2+352，终点K2+605，桥梁总长253.1m，桥面宽22m，桥墩采用三柱式桥墩。

受广元市利州区利元国有投资有限公司委托，我单位（汉中市水利水电建筑勘测设计院）从2014年7月开始承担南河大桥行洪论证与河势稳定评价报告的编制。

《广陕、广巴高速大石互通连接线工程南河大桥行洪论证与河势稳定评价报告》是根据《四川省河道管理范围内建设项目行洪论证与河势稳定评价报告编制大纲》（试行）和相关技术、标准编制。

关于编制《广陕、广巴高速大石互通连接线工程南河大桥行洪论证与河势稳定评价报告》的委托书见附件。

编制单位经过近1个月的努力工作，全面收集了桥位河段的水文泥沙与河床地形等有关资料并进行分析。

通过对桥区河段多年来的河床演变分析及数学模型计算结果表明，建桥后引起的水位壅高及范围较小，引起的流场变化范围、流速值增加以及主流变化等均较小，修建该桥对该河段的防洪和河势稳定均不会产生较大影响，于2014年8月完成了广陕、广巴高速大石互通连接线工程南河大桥行洪论证与河势稳定评价报告。

项目地理位置图

1.2评价依据

1.2.1有关法律、法规

（1）《中华人民共和国水法》（2002．10）；

（2）《中华人民共和国防洪法》（1998．1）；

（3）《中华人民共和国河道管理条例》（1988年）；

（4）《中华人民共和国环境保护法》（1989.12）；

（5）《中华人民共和国水土保护法》（2010.12）；

（6）《建设项目环境保护管理条例》（1998.11）；

（7）《水利部、国家计划委员会（河道管理范围内建设项目管理的有关规定）》（水政[1992]7号）；

（8）《四川省河道管理范围内建设项目管理暂行办法》（川水发[2004]40号）；

（10）《公路安全保护条例》（中华人民共和国国务院令第[2011]593号）。

1.2.2相关技术、规范性文件

（1）《防洪标准》（GB50201-94）；

（2）《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）；

（3）《水电水利工程泥沙设计规范》（DIJT5089-1999）；

（4）《河流悬移质泥沙测验规范》（GB／T50159-1992）；

（5）《河流泥沙颗粒分析规范》（SIA2-1992）；

（6）《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）；

（7）《水利水电工程水文计算规范》（SL278-2002）；

（8）《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-2006）；

（9）《开发建设项目水土保持方案技术规范》（SL204-98）；

（10）《四川省河道管理范围内建设项目行洪论证与河势稳定评价报告编制大纲》（试行）（四川省水利厅2004年）；

（11）《水利工程水利计算规范》（SL104-95）；

（12）《公路桥涵设计通用规范》（JTGC30-2002）；

（13）《城市道路工程设计规范》（CJJ37-2012）；

（14）《公路工程水文勘测设计规范》（JTGC30-2002）；

（15）《城市桥梁设计规范》（CJJ11-2011）；

（16）《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》（1984）；

（17）《四川省暴雨统计参数图集》（2010）。

1.2.3报告编制依据

（1）《广陕、广巴高速大石互通连接线工程可行性研究报告》（中国华西工程设计建设有限公司，2014年6月）；

（2）《广元市利州区发展和改革局关于同意开展广陕广巴高速大石互通连接线工程前期工作的函》广利发改函[2014]19号；

（3）《广元市“十二五”规划纲要》；

（4）《广元市城市总体规划（2008～2020）》；

（5）南河河堤设计方案（利州区水务局）。

1.3评价河段范围与防洪标准

1.3.1评价河段范围

根据《四川省河道管理范围内建设项目行洪论证与河势稳定评价报告编制大纲》要求，确定行洪论证与河势稳定评价的河段范围为：

横向两岸宽度为南河左、右岸河岸线外延10m范围，纵向为大桥建成后产生雍水和形成冲刷影响上下游各300m范围，本次论证河段总长度约1.25Km。

1.3.2防洪标准

本工程评价河段范围位于利州区大石镇境内，按国家现行《防洪标准》（GB50201—94）的规定，南河左、右岸已建成河堤其防洪标准为50年一遇；根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）规定和桥梁结构，确定拟建南河大桥防洪标准为100年一遇。

1.4研究路线及工作内容

1.4.1研究路线

本评价报告所采用的研究路线为：

水文分析计算以实测资料为基础与历史调查洪水计算相结合，计算设计洪水下拟建工程占据的过水断面及其所引起的最大壅水高度、壅水范围、冲刷淤积等，综合分析确定南河大桥修建对本段河道行洪、河势稳定以及本段河道内其他已成和规划水利工程的影响。

采用经验公式推求流域设计洪水，同时参考快乐大桥行洪论证中洪水成果、广元市防洪工程的成果资料。

1.4.2工作内容

工作内容主要包括：

水文分析计算、壅水分析计算、水流对河槽的冲刷计算、过洪能力、工程对河道行洪影响的综合评价等。

（1）水文分析计算

计算内容包括：

对所用水文站水文资料进行复核与审查，设计洪水计算、控制断面水位流量关系曲线的确定等。

（2）壅水分析计算

桥梁建成后，由于过水面积减小，河流要产生一定的壅水作用。

其主要内容是通过一定的方法计算桥上的壅水高度和壅水长度。

（3）冲刷分析计算

桥梁建成后，由于过水面积减小，流速增大，使水流挟沙能力增强，对河槽产生冲刷作用。

其主要内容是计算输沙平衡状态下的河槽最大冲刷深度及河堤的冲刷深度。

（4）河势稳定评价及第三水事权益人的影响综合评价

综合评价工程的建设对河道的稳定、堤防的安全及上下游已建涉水工程的影响等。

1.5基础资料

（1）工程河段地形图；

（2）《广元市“十二五”规划纲要》；

（3）《广元市城市总体规划（2008～2020）》；

（4）南河河堤设计方案（利州区水务局）。

（5）《广陕、广巴高速大石互通连接线工程可行性研究报告》（中国华西工程设计建设有限公司，2014年6月）。

2基本情况

2.1建设项目概况

2.1.1建设项目的名称、地点及建设目的

建设项目名称：

广陕、广巴高速大石互通连接线工程

建设项目地点：

建设项目位于广元市利州区大石镇快乐村，距南河出口约12Km。

建设项目目的：

改善大石片区交通环境。

2.1.2设计工程规模及布置

广陕、广巴高速大石互通连接线工程南河大桥，起点K2+352，起点坐标X=3587592.236、Y=585224.673，终点K2+605，终点坐标X=3587440.949、Y=585021.818，桥梁总长253.1m，桥面宽22m，桥墩采用三柱式桥墩。

本桥在南河北岸上跨滨河北路，跨滨河北路段采用现浇箱涵，整体性好，桥型美观；在南河南岸上跨滨河南路，设立辅道实现其与滨河南路互通，大桥与河道水流方向存在约10°夹角。

新建南河大桥主跨上部结构使用梁高较小的采用装配式预应力混凝土小箱梁，上部梁片可工厂标准化制作，施工工期短，施工工艺简单，能有效控制施工质量。

桥型简单美观，桥面视野开阔，施工难度小，投资相对较高。

南河大桥地理位置图

2.1.3大桥主要技术标准

（1）安全等级：

大、中桥安全等级为一级；

（2）设计荷载：

城-A级。

（3）设计洪水频率：

大、中、小桥及涵洞1/100。

（4）地震设防：

本地区场地地震动加速度峰值为0.1g，地震动反应谱特征周期为0．40s桥址区抗震设防烈度为Ⅶ度。

（5）结构设计基准期：

100年。

（6）桥梁宽度：

桥面标准横断面宽度为0.5m（防撞护栏）+3.0m（人行道）+0.25m（路缘带）+2×3.5m（车行道）+0.5（双黄线）+2×3.5m（车行道）+0.25m（路缘带）+3.0m（人行道）+0.5m（防撞护栏）。

2.1.4桥梁设计方案

本桥在南河北岸上跨滨河北路，在南河南岸上跨滨河南路，设立辅道实现其与滨河南路互通。

新建南河大桥主跨使用梁高较小的装配式预应力混凝土小箱梁和预应力混凝土空心板梁，具体方案论述如下：

本方案南河大桥在跨越南河段采用25m预应力混凝土小箱梁，上部结构布跨：

（2x30）+（3x25）+（3x25）m预应力混凝土小箱梁+（18+18.102+20）m混凝土连续箱梁，桥梁全长253.1m。

跨越南河主桥段采用7片预应力混凝土小箱梁组成桥面宽为22.0m的标准横断面。

本方案桥墩采用三柱式桥墩，桩径1.5m，两侧桥台均采用U型台，扩大基础。

主桥跨河道部分桥墩间距为25m，左岸跨河堤处桥墩间距18m，大桥桥墩与河道水流方向存在约10°夹角。

本方案上部结构采用装配式预应力混凝土小箱梁，上部梁片可工厂标准化制作，施工工期短，施工工艺简单，能有效控制施工质量。

桥型简单美观，桥面视野开阔，施工难度小，投资相对较高。

桥型布置图

主桥横断面布置图

2.2河道基本情况

2.2.1流域概况

南河为嘉陵江中游广元至苍溪段左岸一级支流。

发源于广元市城东北麻柳乡吴二包李家坪，流经利州区荣山镇、大石镇，于广元市主城区汇入嘉陵江，河道长75km，流域面积738km2。

河口高程466m，天然落差894m，平均比降为6.28‰。

该河道多为沙砾石河床，断面呈“U”型，天然稳定岸线上下段变化平顺，河宽一般介于120m～260m之间，河道中边滩发育。

南河水系发育，自上而下的主要支流有长滩河、缠龙河、小稻河等。

南河属于嘉陵江中上段左岸支流，由于两河均处于我省川北深丘浅山地区，暴雨冲刷是河流泥沙的主要来源。

近年来随着上游区植被的恢复，河道内泥沙情况处于逐渐减轻的趋势。

工程以上流域面积约620km2，支流纵横，汇水面积较大，河床比降约3～5‰，流量因季节变化波动较大，洪水陡涨陡落，冲刷力较强，为典型的山区性河流。

工程项目所在地以上南河干流无大型水利工程，工程拟建位置上游约650米有曹家河汇入。

2.2.2水文、气象、泥沙特征

利州区属亚热湿润季风气候区，气候温和，光照适宜，四季分明。

冬春季节，该区受北方冷空气影响，降水少。

年内降水量多集中在夏季，常出现暴雨或大暴雨，引起山洪暴发，河水猛涨，造成洪涝灾害。

其余的盛夏时间常为副热带高压控制，出现连晴高温天气，形成盛夏伏旱。

进入秋季后，冷空气逐渐加强南下，而高原近地面仍为热低压控制，低压东侧的偏南气流与南下冷空气在盆周相持，因而成云致雨，造成秋涝。

境内年均气温16.0℃,东西两侧山丘地区略低于嘉陵江干流沿岸地带。

年内气温最高在7月份，月平均气温26.3℃;最低气温在1月份，月平均气温4.6℃。

霜期变化情况由北向南渐减，年平均无霜期260天。

年均降雨量1185.5mm，多年平均年降雨天数为153.4d，夏、秋季节（6至9月）受暖湿海洋气团控制，水气充足，降水显著增多；约占全年总降水时的75.6％，月降水以7月份最多，其中又以7月上旬为最大。

冬季（11至3月）降水稀少，仅占全年总降水量的6%左右。

降水年际变化较大，少水年不足丰水年的三分之一，易造成少水年大旱，丰水年多洪水。

区内夏秋季节气候湿润；年平均相对湿度在70%左右，7至10月份均在75%以上，最高可达到76.7%；1至3月份最低为60.3%，多年平均年蒸发量1483.6mm（20cm蒸发皿观测值）。

境内雾日在秋末冬初季节出现较多，年均雾日约在20d左右，主要发生在西南部的低山河谷地带。

境内日照时数1389.1h，日照百分率为31%。

区境内大风常出现在每年春秋季节转换交替阶段。

多年平均风速1.7m/s，最大风速28.7m/s，有时山口河谷达8～10级以上。

每年3月至5月和10至11月，大风日数最多，持续时间一般16至18小时，最长时间3天。

每年盛夏，雷雨常伴阵性大风，但持续时间较短。

利州区气象特征值统计表

月份

项目

一

二

三

四

五

六

七

八

九

十

十一

十二

年

气温

（℃）

平均

4.6

7.4

11.4

16.3

20.8

23.4

26.3

25.5

21.8

16.3

11

6.6

16

最高

18.3

22.3

30.6

33.2

36.9

38.5

37.5

38.9

35.2

31.3

26

20.1

38.9

最低

-8.1

-6.8

-1.7

-0.6

7.7

12.2

15.8

15.4

10.3

2.6

-3.1

-8.2

-8.2

相对湿度

（%）

平均

60.3

62.1

61.9

64.2

65

68.4

76.7

76.1

76.1

75

69.9

65

68.5

最小

4

5

5

2

6

7

16

16

19

3

4

8

2

降水量

（mm）

平均

5.3

9.3

23.4

59.9

96.5

164.9

310.6

246.2

174.6

66.6

27.1

5

1185.5

最大

13.3

33.9

58.2

232.3

314.5

824.7

649.6

576

523.3

172.6

93.8

18.9

1808.2

最小

0

0

4.4

18.6

24.1

19.2

105.3

37.8

46.1

14

0.9

0

754.5

蒸发

（mm）

平均

74.8

76.9

126.7

149.4

189

186.9

174.2

160.3

113.2

86.7

76.8

68.8

1483.6

水温

（℃）

平均

5.4

7.3

11.6

15.7

17.6

20.1

21.7

21.9

17.9

15.3

10.8

6.9

14.3

最高

8.4

11.8

17.4

21.5

22.5

29

27.6

27

24.4

20.5

14.5

10.6

29

最低

2.5

1.3

5.5

10.8

8.5

15

13

17.5

11.5

11

6

3

1.3

风速

（m/s）

平均

1.8

1.9

2

2

1.9

1.5

1.3

1.3

1.5

1.4

1.6

1.6

1.7

极大

21.3

25.3

26.4

25.4

26.4

28.7

23

23.4

21.2

24.1

21.4

22.9

28.7

风向

NE

N

N

NNW

NE

NNE

E

NW

NNW

N

NNE

NE

NNE

2）径流、洪水特征

南河流域位于嘉陵江广元城区段左侧，集水面积较小，易受暴雨区笼罩，洪水主要由暴雨形成，洪水特性受下垫面和支流洪水影响，属陡涨陡落型洪水，加之该区属于我省川北大巴山暴雨区，暴雨量级大，峰型尖瘦，由此形成的洪水具有起涨快，陡涨陡落，与暴雨过程基本同步的特点。

三川水文站紧挨着南河流域，水文地理环境与南河流域也极为相似，参照该站实测洪水资料分析，工程区洪水多由暴雨引发，多出现在6～9月，一次洪水过程历时约1～2d，洪峰过程为单峰，洪量多集中在1d内。

3）泥沙特征

河流水沙关系密切，沙量主要集中在汛期，具有大水大沙，小水小沙的特点。

根据《四川省嘉陵江广元市城区防洪工程实施方案报告》中的设计成果，南河流域多年平均悬移质输沙量95.2万t，推移质泥沙输沙量4.8万t。

2.2.3河段地质条件

（1）地形地貌

工程区位于四川盆地北部，川北浅～中度切割的低山丘陵区，山脊高程500～800m，区内以侵蚀堆积地貌为主，其次为构造剥蚀地貌。

堆积地貌分布于南河两岸，主要发育有漫滩及Ⅰ阶地，构造剥蚀地貌分布于南河两岸外围低山丘陵区，主要表现为单面山、不规则条形山脊等与侵蚀洼地相间分布的地貌形态。

（2）地质构造

工程区在区域大地构造上位于龙门山前陆逆冲楔和扬子地块分界线靠近扬子地块一侧，地处新华夏构造体系龙门山构造带的北中段附近的东侧，南侧紧邻四川拗陷，东邻巴中——仪陇莲花状构造。

而岷山断块和龙门山构造带又是青藏高原东缘与四川盆地分界的一部分，以此为界，东、西两侧的构造变形及其地震活动性出现明显差异，岷山断块和龙门山构造带以东的四川盆地断裂构造不甚发育，规模小，活动性弱，仅有一些零星的中强地震活动记载，是相对的稳定区。

以西的地区，断裂规模大、活动性强，地震频发，尤其是6级以上强震主要集中于块体边界断裂上，是活动构造区。

工程场地内无规模较大的区域性活动断裂，主要受外围中强地震的影响， 根据GB18306－2001《中国地震动参数区划图》及第1号修改单工程区地震动峰值加速度为0.10g，地震动反应谱特征周期为0.40s。

另据工程区附近《广元昭化水电站工程场地地震安全性评价报告》地震动参数复核结果，在50年超越概率10%时，地震基本烈度为Ⅶ度，基岩水平峰值加速度100cm/s2。

（3）不良地质现象

据地表地质调查，桥址区不良地质现象不发育，无地质断裂及自然滑坡、崩塌、泥石流、采空区等不良工程地质现象，桥址两岸均建有河堤，岸坡整体稳定性较好。

2.3与既有涉河工程的关系

评价河段内有几处涉河项目，主要有：

（1）左岸防洪堤

南河大桥评价河道左岸南河大桥桥址上游堤防在建，下游堤防已建成，其设计防洪标准为50年一遇,该段河堤采用栏杆高代替超高。

堤防采用半重力半生态护坡堤型，评价河段堤顶高493.88～491.44米。

（2）右岸防洪堤

南河大桥评价河道右岸有已建成的堤防，其设计防洪标准为50年一遇,该段河堤采用栏杆高代替超高。

堤防采用半重力半生态护坡堤型，评价河段堤顶高493.88～491.44米。

（3）河道两岸穿堤排水涵洞

河道评价范围内穿堤排水涵洞出口均布置于挡墙上，出口高程均低于河道50年一遇洪水位。

桥址上游约30米左岸穿堤箱涵（上图）

桥址上游约200米左岸穿堤箱涵（上图）

桥址上游约520米左岸穿堤箱涵（上图）

桥址上游约650米左岸穿堤圆管涵（上图）

（4）河道两岸管线设施

南河左岸滨河南路正在建设，桥址处滨河南路还未施工，沿道路两边埋设有通信线、燃气管、雨水管、污水管、给水管、电力线，管线埋深在3～4米，管线平面布置距河堤堤顶外边线8～34米。

南河右岸沿堤顶已埋设有光缆线，距堤顶约2米（见下图）。

2.4有关规划和实施情况

（一）滨江北路

根据《广元市城市总体规划》（2008～2020），南河右岸滨河北路正在规划设计阶段。

（二）滨江南路

南河左岸有在建的滨河南路，起点接在建的南河快乐大桥终点处，终点至荣山片区南河龙洞碥大桥处，道路总长6819.117米，道路宽度27米。

3河道演变

3.1河道历史演变概况

拟建的南河大桥位于广元市大石镇下游，距雪峰约2公里，距南河出口约12公里，桥位上下游河道较为顺直，受河势条件控制，水流易淘刷凹岸，而在凸岸形成淤积边滩，但由于两岸受已建防洪堤的影响，河岸稳定。

南河汛期由于上游来沙量较为丰富，工程河段由于受河床边界的约束，上游来沙不易在河床中落淤，一般均通过河床断面向下游输移，仅极少部分物质在两岸边滩附近淤积，河道呈现出年内冲淤变化大，但年际相对平衡的特征。

根据现场观测和调查，河床冲淤基本平衡，河床冲淤变化小，河型河势较稳定。

综合上述分析结果表明：

评价河段目前基本能保持冲淤平衡，河型、河势及岸线等基本保持稳定。

3.2河道近期演变趋势分析

从现场查勘情况来看，河道断面有一定的冲淤变化，但变化很小，河道近期基本稳定。

由于河道顺直，河道两岸均建有河堤，因此一般洪水主要表现为下切侵蚀。

论证河道内，河床为稳定性较好的砂卵石，河段内地质条件较好。

河道遇较大洪水时，两岸有一定的淤积，受河堤的制约，河道冲淤变化较小；发生一般性洪水时，河道断面基本没有变化，平面形态上，河道滩槽相对稳定，河势总体稳定。

3.3河道演变趋势分析

南河大桥工程主要由于桩式桥墩对水流的束窄阻水作用，使局部水流流态发生变化，引起相应的河床调整，这种调整主要表现为：

在桥墩上游因桥墩阻水而产生壅水，流速减小，泥沙淤积；在桥墩之间因桥墩束水，水位降低，流速增大，造成局部冲刷；在南河大桥下游水流扩散，流速降低，再一次引起河道的泥沙淤积。

同时由于桥墩分流和导流作用，可能引起水流流向的局部变化，也可能引起河床的演变。

南河大桥的建设引起的流速分布的改变主要体现在桥墩附近的区域，其下游形成掩流带，其流速略有减小，这将使得南河大桥附近产生一定的边滩淤积现象，但由于流速减小幅度并不大，因此淤积现象不十分明显。

根据桥梁所在河段的河道特点、工程布置情况，工程实施后，河道在汛期河流造床时，水流条件与天然情况相比，变化很小，河床可能发生局部、暂时、微弱的变形，但河道本身在较短的时间内能够自动调整到冲淤平衡状态。

工程建成后，河流地质地貌条件、河床地层的组成均没有改变。

根据对桥梁附近已建的大桥桥址河段的调查分析，大桥的建成对河道两岸的影响是很小的，影响较大的是对桥墩附近的冲刷。

4行洪论证与河势稳定计算

4.1水文分析计算

4.1.1水文测站基本资料

4.1.1.1测站分布

南河流域内无水文站点。

临近流域嘉陵江干流设有广元水文站（新店子水文站），雍河上有三川水文站，工程附近水文站资料情况见下表。

广元周边水文站情况统计表

河名

站名

站别

集水

面积

观测资料项目及年限

水位

流量

泥沙

嘉陵江

新店子

水文

25367

1941～1943

1951～1956

1962～1965

1955～1956

1964～1967

1969～1995

1966～1968

1970～1996

广元

水文

25967

1996～至今

1997～至今

1997～至今

雍河

三川

水文

303

1967．5～至今

1969～至今

1970.6～至今

4.1.1.2测站及基本资料复核

（1）新店子水文站

嘉陵江上游干流控制站，1952年水利部水文总站设朝天驿水位站，1957年撤消，1962年恢复，1963年