包头市旅游公路环线呼勒德日苏至明安段公路巴音朱日和中桥防洪影响评价及对策探讨

杨帅

摘要：在河道管理范围内建设非防洪项目必须符合国家规定的防洪标准和其他技术要求，本研究利用数理统计分析和水文计算方法，分析计算包头市达茂旗巴音朱日和中桥桥址断面设计洪峰流量、设计洪水水位、壅水高度、冲刷深度等相关技术指标，结合桥梁所在河段防洪目标，防洪标准和

工程建设等实际情况，对建设项目的防洪影响进行综合评价，结果表明:建成后的中桥满足河道行洪安全和河道的防洪标准，对河道整体河势的稳定影响较小。

关键词：包头市达茂旗；中桥，防洪评价；补救措施

1研究区域

包头市旅游公路环线呼勒德日苏至明安段公路路线基本呈北南走向，所在位置位于内蒙古包头市的北部。地理坐标东经109°41′～109°30′,北纬42°23′～41°45′。

本项目线路位于达茂旗境内西北部，在定线过程中本着尽量利用原有草原通村公路及自然路、减少新征占草地的原则，尽量兼顾村镇的近期发展和长远规划，以大大降低本项目在实施过程中环保、拆迁、征地等方面的协调难度以及工程造价。本项目区域内不涉及水路、航空、铁路等其他运输方式，当路线遇季节性河流时，设桥梁及过水路面通过。本线路跨越多贡耐郭勒无法避让。

包头市旅游公路环线呼勒德日苏至明安段公路跨多贡耐郭勒K66+072巴音珠日和中桥，巴音珠日和中桥全长为65.60m，桥宽12m，梁顶高程为1547.64-1546.78m，梁底至梁底距离为1.2m。上部结构采用3×20米预应力钢筋混凝土箱梁，下部结构采用柱式桥台、柱式桥墩，墩宽1.3m，桥墩间距20m，桥梁与河道交角为90度。

2河道情况及防洪标准

本项目所涉及河流为多贡耐郭勒，河口地理坐标东经109°29'、北纬41°58',河源地理坐标东经109°31'、北纬41°44',河长33km,流域面积191km²,河道平均比降8.16%。多贡耐郭勒为开令河的支流，开令河流经达茂旗，河长104km，流域面积1918km2，河道平均比降4.21%。多贡耐郭勒流域属中温带干旱大陆性气候,年平均气温5.3C,多年平均年降水量198.9mm,多年平均年径流深5.0mm,多年平均年水面蒸发量2743mm(20cm口径蒸发m),无霜期126d,年大风日数79d。

多贡耐郭勒每逢夏季暴雨发生时，流域的地表和沟壑受到暴雨和洪水严重侵蚀，大量泥沙被急流挟带而下。多贡耐郭勒流域土壤以栗钙土为主，植被类型主要为典型草原植被类型，林草植被覆盖度20%～30%。项目区水土流失类型以中度风力侵蚀为主，多贡耐郭勒多年平均悬移质输沙量较大。尤其是主汛期的7、8两个月，受暴雨洪水的侵蚀影响，输沙量占汛期输沙量的85 %以上。

依据本项目《施工图》，设计洪水频率为100年一遇，依据本项目批复：路线全长81.648公里，采用二级公路技术标准，设计速度40km/h,全线路基宽度8.5m,高勒音阿玛中桥全长为85.60m，桥宽12m，巴音珠日和中桥全长为65.60m，桥宽12m，依据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）和《防洪标准》（2014），二级公路中桥的防洪标准为100年一遇。

3.大桥建设对河道行洪的影响

3.1桥梁处设计洪水分析

本报告结合内蒙古自治区西部地区长期以来所应运的比较成熟的计算方法，设计洪峰流量的推求采用当地经验公式法。计算公式根据《内蒙古自治区水文手册》（新修版）中“大青山北麓西区”（代表性站百灵庙站）相关参数计算，公式原理为：利用洪峰流量与集水面积指数的关系推求设计洪峰流量。

其计算公式如下：

Qm=CFn

Qmp=KpQm

式中：Qm——设计断面多年平均洪峰流量(m³/s)；

C、n——与流域自然地理特性有关的经验性参数和流域面积指数；

F——设计断面以上流域集水面积(km2)；

Qmp——不同频率设计洪峰流量(m³/s)；

Kp——不同频率模比系数。

各参数确定如下：

①集水面积F

多贡耐郭勒全河长33km，总流域面积191km2，巴音珠日和中桥经地形图测量桥位处控制流域面积139.75km2

②经验性参数C、面积指数

根据项目区位置确定水文计算区域为“大青山北麓西区”，当100由《内蒙古自治区水文手册》（1977版）查得项目所在地区经验性参数C=2.49、面积指数n=0.55，代表性水文站为百灵庙站水文站。

③根据项目所在地查《内蒙古自治区水文手册》图得Cv=1.6，偏差系数Cs根据手册要求为2.5倍的Cv。

④模比系数Kp

根据本次区域评价设计洪水标准和Cv=1.6，CS=2.5Cv的取值标准，查表得到Kp值。P=1%，Cv=1.6，CS=2.5Cv时Kp=7.9884；P=2%，Cv=1.6，CS=2.5Cv时Kp=6.2385；P=10%，Cv=1.6，CS=2.5Cv时Kp=2.6014将各参数代入公式，求得设计洪峰流量成果见表

3-1。

表3-1本项目单参数地区经验公式法推求设计洪水成果表（p=1%）

断面名称	设计标准	m （m³/s）	KP	Q（m³/s）
巴音珠日和中桥	P＝1％	37.68	7.9884	301.00

因此本次评价最终采用单参数地区经验公式的计算结果，巴音珠日和中桥项目位置处P=1%频率的设计洪峰流量是：301.00m³/s。

HEC-RAS是由美国陆军工程兵团工程水文中心开发的水动力学计算软件，在国内外应用广泛，不仅可以用于模拟河道恒定流分析、非恒定流分析，也可以对涉水建筑物的阻水作用进行计算模拟。本次采用开发的HEC-RAS软件进行一维水动力模型模拟。

（1）基本原理：

1）能量方程：

式中：Z1，Z2—河底高程（m）；Y1，Y2—相应过水断面的水位（m）；

V1，V2—相应过水断面的平均速度(m/s)；α1，α2—速度修正系数；g—重力加速度；he—水头损失。

图3-1河道断面模型

2）断面的概化：

其中：

式中：—底坡（水力坡度）

Llob，Lch，Lrob—河道左岸、主槽、右岸的长度

通过商业软件下载DEM高程数据，DEM采用间距为7m×7m，模型坐标系统为国家2000坐标系3度带中央经线为108度。。巴音珠日和中桥桥梁模型见图3-2。

图3-2巴音珠日和中桥桥梁模型

采用HEC-RAS模型计算水位成果见表3-2。

表3-2巴音珠日和中桥所在河段设计水位成果（100年一遇）
计算桩号	河底高程(m)	建桥前		建桥后		备注
		水位(m)	流速(m/s)	水位(m)	流速(m/s)
1+200	1542.58	1544.68	2.27	1544.69	2.27	起点
0+999	1541.20	1543.44	2.10	1543.59	2.56	桥梁
0+920	1540.75	1542.72	1.57	1542.72	1.57
0+800	1539.99	1541.96	1.57	1541.96	1.57
0+600	1538.70	1540.38	1.28	1540.38	1.28
0+400	1537.30	1538.87	1.17	1538.87	1.17
0+200	1535.38	1537.22	1.44	1537.22	1.44	终点

3.2桥梁壅水及梁底高程复核

依据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）的相关要求，本次对评价河段上游历史洪水灾害的情况进行了调查，上游地区为干旱的荒漠区，植被条件差，主要分布零星灌木，没有条件形成较大漂浮物。冬季基本断流，也不考虑流冰情况。因此，本次考虑安全净空要求为0.5m。

根据本次实测成果，与设计水位计算成果对比，复核梁底高程。见下表3-3。根据复核结果，梁底高程在水位计算基础上考虑净空要求。

表3-3巴音珠日和中桥复核梁底高程单位m（100年一遇）

现状水位	水位雍高	实测梁底高程	净空要求	差值	备注
1543.59	0.35	1545.581	0.50	1.641	满足净空要求

3.3桥梁冲刷计算

河槽一般冲刷按《公路工程水文勘测设计规范》(JTGC30－2015)中64－2简化式和64－1修正式进行计算，局部冲刷按《公路工程水文勘测设计规范》(JTGC30－2015)中65－2修正式和65－1修正式进行计算。

冲刷深度的大小直接影响到桥墩安全设计。根据设计流量下河道桥墩一般冲刷和局部冲刷的计算结果，计算桥梁的总冲刷深度，成果见表3-4。

根据计算结果，100年一遇巴音珠日和中桥总冲刷深度为5.75m，巴音朱日和中桥墩台高程为1524.207m，基础埋深为17m。符合要求。

表3-4最低冲刷线计算成果（100年一遇）

桥梁名称	设计流量（m³/s）	设计水位(m)	一般冲刷深度(m)	局部冲刷深度（m）	总冲刷深度（m）
巴音珠日和中桥	301.00	1543.19	3.36	2.39	5.75

3.4桥梁雍水计算

（1）计算原理

壅水长度计算

本次桥前壅水长度，计算公式如下：

式中：—壅水曲线全长（m）；

—桥址河段天然水面坡度，根据外业实测水面比降，巴音珠日和中桥所在你河段水面比降为0.6%。

（2）壅水计算成果

经过计算，100年一遇设计洪水条件下巴音珠日和中桥壅水高度为0.15m，壅水长度为50m，阻水比为2.88%。计算成果见表3—5。

表3-5桥梁壅水计算成果（100年一遇）

桥梁名称	洪峰流量（m³/s）	建桥前过水面积(m2)	建桥后过水面积(m2)	桥墩组数	阻水面积(m2)	阻水比（%）	壅水高度(m)	壅水长度(m)
巴音珠日和中桥	301.00	93.17	90.49	2	2.68	2.88	0.15	50

5.综合评价

5.1建设项目与有关规划的关系及影响分析

经过计算，100年一遇设计洪水条件下巴音珠日和中桥壅水高度为0.15m，壅水长度为50m，阻水比为2.88%。可以看出巴音珠日和中桥由水位增加引起的水面宽增加不明显，所以桥梁建设基本不改变行洪淹没范围。路线及桥梁位置符合《达茂联合旗国土空间总体规划》要求；已经通过包头市发改委立项审查，符合区域发展规划；本项目不涉及水功能区、饮用水水源保护区、自然保护区。

5.2建设项目是否符合防洪标准、有关技术和管理要求

巴音珠日和中桥最低梁底高程是1545.581m，根据计算，根据冲刷计算结果，冲刷深度的大小直接影响到桥墩安全设计。根据设计流量下河道桥墩一般冲刷和局部冲刷的计算结果，根据计算结果，100年一遇巴音珠日和中桥总冲刷深度为5.75m，符合要求。

5.3建设项目对河道行洪的影响分析

经过计算，100年一遇设计洪水条件下巴音珠日和中桥壅水高度为0.15m，壅水长度为50m，阻水比为2.88%。壅水后叠加超高可满足净空要求，桥梁设计满足河道行洪要求，不会对河道行洪产生影响。

5.4建设项目对河势稳定的影响分析

根据河势演变分析，桥位河段由于各种大桥护坡护岸的实施，稳定河槽，近年来河势变化不大，跨巴音朱日和中桥建成后，由于桥梁轴线法线与大洪水主流方向夹角为90°，桥墩对水流的束窄阻水作用，使局部水流流态发生变化，一定程度上会影响到河道稳定。桥梁的走向、跨径、桥墩形状等一定程度上可能调整河势，会对桥位河段河道行洪能力、滩槽分流比、主槽流速等造成一定的影响，造成上游水位产生一定壅高值。但桥梁已建成并安全运行多年，以及护岸规划的实施，河势已趋于稳定。因此桥梁的建设对河势稳定的影响较小。

5.5建设项目对堤防安全及岸坡稳定和其他水利工程影响分析

现状巴音朱日和中桥无护岸，因此壅水高度对护岸无影响。

5.6项目建设对防汛抢险的影响

包头市旅游公路环线呼勒德日苏至明安段公路巴音朱日和中桥不会对现状河道防洪抢险路产生影响，项目实施后在一定程度上增加了河道运行管理任务。

5.7建设项目施工期影响分析

本项目已经于2018年建成，至今已经安全运行多年，因此不考虑对施工期的影响。

5.8项目建设对第三人合法水事权益的影响评价

项目区范围内没有取水口、码头等河道地表水利用工程。所以，建设项目不存在对第三人合法水事权益的影响。

6.消除或减轻建设项目对洪水影响措施

（1）桥梁运行管理单位应对弃渣、垃圾及阻水片林进行清除，保障河道行洪通畅。

（3）桥梁运行管理单位应组织对桥梁安全进行复核，发现的问题采取相应措施，消除安全隐患。

（4）桥梁运行期间，应加强水环境水生态保护，严禁向河道内排污、弃渣。

（5）及时清理、疏通河道，严禁在河道内丢弃生活、生产、建筑垃圾。