娘子关瀑布景区人行悬索桥工程防洪分析

2020-08-05刘新华

山西水利 2020年2期

关键词：高差吊桥河底

刘新华

（平定县河长制办公室工作处，山西平定 045200）

1 工程概况

1.1 项目位置

娘子关风景区位于山西省阳泉市平定县城东45km 处，娘子关是古代的一处关隘。为了提高景区知名度和吸引更多的游客，在景区内建设了悬索玻璃吊桥，悬索玻璃吊桥位于娘子关景区内，垂直于绵河河道。

1.2 气象

绵河流域属温带大陆性气候，多年平均降水量为537mm，最多年份为866.4mm，最少年平均为240.4mm，丰枯比为3.6。降雨集中在7～8月，占年降水量的50%～60%，多年平均水面蒸发量为1202mm，流域平均总蒸发量为409.44mm。7月初最热，月平均温度为23.5℃，1月份最冷，月平均温度为-5℃左右。无霜期为160～180 d，平均风速2m/s，最大风速28m/s。

1.3 河道概况

绵河为滹沱河的支流，属于海河流域子牙河水系。其上游分为桃河和温河两支，在平定县娘子关镇会合后称为绵河，向东出省界进入河北省，在井陉县境内与甘陶河汇合以后称为冶河，在河北平山县汇入滹沱河。绵河以桃河为主源，在山西省境内河长84km。出境处河底高程为342.5m，为阳泉市最低点。该河为山间河流，呈蜿蜒型。因有娘子关溶岩泉的汇入，河流水量充沛，多年平均流量达14.26m3/s，其中娘子关泉水流量为12m3/s，为山西省最大的泉水。绵河在山西省的流域总面积为2507km2。

悬索玻璃吊桥上下游两岸没有堤防，均为石灰岩。河道右岸为游步路，距离河道高差5.0m，河道左岸为玻璃栈道，玻璃栈道距离河底高差18.0m。

1.4 项目建设情况

悬索玻璃吊桥垂直于河道横跨绵河两岸，桥梁共设两个索塔，索塔均位于河道外的基岩上。全长71.48m，总宽2.3m，净宽1.8m。南侧索塔高14.4m，塔下设5.1m×4.3m×1m 承台，南侧锚固转台4 纵1 横组合钢梁，转换梁后背如有空隙在主索就位后用素混凝土填实；北侧混凝土锚固转台4.15m×4m×2.2m；主索缆体为φ5×91 平行钢丝；主桥两侧均设置20m预应力锚；主桥的矢跨比1∶14.3，桥面拱起0.2m。

悬索玻璃吊桥北侧与玻璃栈道相连接，玻璃栈道位于河道左岸，长190m，距离河底高差为18.0m，玻璃栈道通过台阶和漫水桥与河道右岸游步路相连接，水电站下游游步路距离河底高程差为5.0m，漫水桥距离河底高差为1.0～3.0m，悬索玻璃吊桥距离河底高差为20.0m。

水电站上游河道右岸建有广场，广场距离河底高程差为8.0m，广场南侧为游步路，游步路距离河底高程差为9.0m。

1.5 河道历史演变概况

河床演变规律与河道特征是密切相关的，不同特征的河道将呈现不同的演变规律。影响河床演变的因素十分复杂，主要包括来水、来沙、河床、河岸上地质地貌等边界条件以及下游侵蚀作用的影响，这些因素又与河流本身的特点相结合，使河流处于不断的变化发展过程之中。但起主要影响作用的是流量的大小及变化、流域来沙及其组成、河道比降、河床地质组成、河床形态等。

建设项目河段的河道变化，主要受天然洪水和人为的干预影响，一般情况下，大水年份河道冲淤变幅大，一般年份变幅小，丰水年表现为冲刷，枯水年表现为淤积。

本项目建设在河道两岸均为基岩，河流被限制在河道内，河床较为稳定。

2 防洪分析

2.1 防洪评价标准的确定

悬索玻璃吊桥为人行景观桥，道路标准为4 级道路。吊桥长度为71.48m，单孔跨径为71.48m，根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）规定，该桥梁为大桥。根据《防洪标准》（GB 50201—2014）规定，4 级道路大桥的防洪标准为50年一遇。玻璃栈道、游步路、漫水桥、广场和悬索玻璃吊桥是一个整体工程，防洪标准跟悬索玻璃吊桥一致，为50年一遇。因项目区河道所在河流为旅游风景区，确定绵河防洪标准为20年一遇。

2.2 水文分析

绵河在山西省的流域总面积为2507km2，境内河长84km。设计断面控制流域为2501km2，地都水文站位于绵河干流上，控制流域面积2521km2，为国家基本水文站。设计断面控制流域面积与地都水文站控制流域面积较为接近，且气候特征和下垫面条件相似，因此设计洪水计算，采用地都水文站作为参证站，利用水文比拟法进行计算。地都站设计洪水，采用已经审查的《阳泉市娘子关供水二期工程初步设计补充说明书》中地都站设计成果。经计算，设计断面100年一遇洪峰流量为5408m3/s，50年一遇洪峰流量为4186m3/s，20年一遇洪峰流量为2655m3/s。

2.3 水面线分析计算

本次评价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。在悬索玻璃吊桥上下游布设14 个计算断面，0+950 断面为玻璃吊桥。经计算，建桥前和建桥后发生50年、20年一遇设计洪水各断面水面曲线计算结果见表1、表2。

2.4 桥梁高度及冲刷复核

玻璃吊桥发生20年一遇洪水时，复核底板高程376.16m，实际高程385m，满足净空要求；发生50年一遇洪水时，复核底板高程378.85m，实际高程385m，满足净空要求。可见桥梁桥底高程满足20年一遇洪水防洪标准和50年一遇防洪标准。

绵河20年一遇洪水冲刷深度为2.5m，50年一遇洪水冲刷深度为3.2m。玻璃悬索吊桥索塔位于河道外的基岩上，索塔为钢筋混凝土结构，桥梁满足20年一遇洪水和50年一遇洪水冲刷要求。游步路、漫水桥、广场均为混凝土结构，因此满足20年一遇洪水和50年一遇洪水冲刷要求。玻璃栈道满足20年一遇洪水防洪标准和50年一遇防洪标准。

3 防洪综合评价

3.1 与现有水利规划的关系与影响分析

工程项目位于阳泉市平定县，目前该段河道没有相关水利工程规划。

表1 建桥前、后P=2%水面线计算成果

3.2 与现有防洪标准适应性分析

悬索玻璃吊桥、玻璃栈道、游步路、漫水桥和广场防洪标准为50年一遇；工程段河道防洪标准为20年一遇。符合相关《防洪标准》（GB 50201—2014）相关规定要求。

表2 建桥前、后P=5%水面线计算成果

3.3 建设项目对行洪安全的影响分析

建桥前发生50年一遇洪水时，最大水深为12.3～15.4m，平均流速4.64～9.31m；发生20年一遇洪水时，最大水深为9.40～12.61m，平均流速3.97～8.54m/s。建桥后发生50年一遇洪水时，水位升高0.01m，发生20年一遇洪水时，水位不变。

发生20年一遇洪水时，最大水深为9.40～12.61m，水电站下游游步路距离河底高差为5.0m，漫水桥距离河底高差为1.0～3.0m，广场距离河底高差为8.0m，水电站上游游步路距离河底高差为9.0m。因此发生20年一遇洪水时，游步路、漫水桥、广场均被洪水淹没，不满足20年一遇防洪标准。

发生50年一遇洪水时，最大水深为12.3～15.4m，水电站下游游步路距离河底高差为5.0m，漫水桥距离河底高差为1.0～3.0m，广场距离河底高差为8.0m，水电站上游游步路距离河底高差为9.0m。因此发生50年一遇洪水时，游步路、漫水桥、广场均被洪水淹没，不满足50年一遇防洪标准。

3.4 工程对河势稳定性影响分析

悬索玻璃吊桥横跨绵河，桥墩基本顺水流方向布置，当发生50年一遇洪水时，桥墩阻水比很小，水位升高0.01m，对流速及水流方向基本没有改变，大桥工程建成后对河势稳定性影响不大。

玻璃栈道位于50年洪水位以上，工程建设不会对河势产生不利影响。

发生20年一遇洪水和50年一遇洪水时，游步路、漫水桥、广场均被洪水淹没，会对河势产生一定影响。

3.5 对防汛抢险的影响分析

根据《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）10.4.2 规定，跨堤建筑物、构筑物与堤顶之间的净空高度，应满足堤防交通、防汛抢险、管理维修等方面的要求。

悬索玻璃吊桥桥底板高程为385.0m，河道右岸游步路高程为370.8m，净空高度大于5m，不影响防汛抢险。因此，吊桥在运行期间对防汛抢险无影响。

3.6 工程建设对第三人合法水事权益的影响分析

悬索玻璃吊桥的建设，要永久或临时占用河道管理范围内的土地，因此，建设单位应与有关管理部门及时联系和协商，解决施工时对已经确权划界土地的征、占、用问题等，不因悬索玻璃吊桥的建设影响以后的河道整治和管理。

3.7 对周边环境及水质的影响

悬索玻璃吊桥位于娘子关泉域重点保护区，在施工过程中要防止废弃物对泉域水质造成污染；在运行过程中，防止游客在吊桥上面扔垃圾和抛弃废弃物，以免对水质造成污染。

4 防治与补救措施

4.1 对河道泄洪、河道管理影响的防治补救措施

工程施工时，施工设施、便道、料场及生活区域等，将会对河道行洪产生影响，为确保汛期的防洪安全，施工期内工程建设部门应与流域管理部门密切配合，严格按照指定的度汛方案进行施工；施工后期应逐步拆除及清理施工场地，推平施工道路，清理弃渣等残余物，恢复河道原貌，以利于河道行洪畅通。

施工期要与河道主管部门、水情部门保持密切联系，根据洪水预报，合理安排工期，以确保顺利施工和安全度汛。竣工验收前，应及时清除施工便道等临时建筑物，所产生的弃渣废料也应及时清理出河道，集中处理，并按有关规范要求恢复河道原貌，以保证汛期行洪安全。

4.2 对行洪安全影响的补救措施

工程建设阶段水泥、石料、钢材等建筑材料，工程弃渣、生活垃圾将存放在河道外。景区投入运行后，发生20年一遇洪水和50年一遇洪水时，游步路、漫水桥、广场被洪水淹没，游客应及时撤出景区，保障生命财产安全。

4.3 减少对环境、水质影响的防治措施

建设初期应及时做好水土保持工作，对可能造成的水土保持方面的影响做好预测和评估，并拟定减少影响所应该采取的措施；对施工区域内生产、生活产生的废水、污水，钻机废弃的油污、泥浆、弃渣等应通过适当处理，实现达标排放，不得任意弃置或直接向河道排放，避免对河道水质及周边环境产生污染；对河道、岸边开挖等毁坏的河道内的堤防、生物保护和地表植被进行恢复。