宁夏某黄河大桥防洪影响评价报告.docx

1、宁夏某黄河大桥防洪影响评价报告宁夏某黄河大桥防洪影响评价报告宁夏某黄河大桥防洪影响评价报告 摘要:本报告评价了拟建的宁夏某黄河大桥修建后及施工期间对桥位附近河势变化、河道行洪、两岸的堤防安全和河道通航等的影响，并提出了应采取的补救措施和必要的工程。 关键词:黄河大桥 防洪影响河势变化河道行洪 堤防安全 中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号： 1.引言 拟建宁夏某黄河大桥位于宁夏回族自治区中卫县，是国道主干线高速公路中跨越黄河的一座特大桥梁。某高速公路是国家重点干线公路的组成路段，它的建设对加强我国西部与东部的交流，对建设宁夏回族自治区的公路骨架，对落实西部大开发的战略部署，促进

2、西部地区的发展都有极其重要的意义，黄河大桥的建成，对改善自治区交通状况，促进宁夏经济发展将起到十分重要的作用。 2.桥梁布置及桥位河段基本情况 拟建的黄河大桥河段为黄河黑山峡谷尾端, 河槽束范于两岸高山之间, 河槽较深，其宽度为200-280米，河段基本顺直，岸线整齐，河床表层为粗粒卵石。河段只有一主河槽，无心滩，无分汊。河岸抗冲能力相对较强，主河槽横向摆动相对较小。整个河段比降为0.87，桥位处的水面比降为0.206。 2.1大桥主要技术指标 1）主要技术指标 设计车辆荷载：汽-超20级，挂-120，人群荷载：3KN/m2,风载-风速30.9m/s； 设计洪水频率:1/300, 设计温度:体

3、系温差25,塔梁与检索温差10,主梁顶板日照温差5,塔柱左右侧日照温差5； 基础冲刷验算洪水频率:1/300, 地震基本烈度:度, 通航等级:级。 计算行车速度100公里/小时，路基宽26米，全线长121.2公里。 桥面宽度：行车道211.5米,中央分离带2.0米,防护栏20.5米,拉索区及检修道21.2米，总宽28.4米。 2）桥位确定 依路线大的走向，结合地形、地质、河流特性等诸方面综合考虑，共选择上、下游两个桥位方案； （1） 上游正线桥位 桥轴线与水流方向基本正交。 （2） 下游比较线桥位 桥轴线与水流方向斜交35角，东岸穿过的沙丘地带须予治理。 两桥位的桥高（桥面至常水位）均达68米

4、。 （3） 推荐桥位 以上两桥位方案，通过技术、经济全面比较后，确定推荐上游正线桥位方案，其中主要理由之一是考虑到，下游桥位桥梁轴线与水流方向斜交角达35，主河槽难以设墩，否则将严重影响水流流态与河势的变化，影响通航安全。 2.2 大桥桥型布置 2.2.1 大桥设计方案 根据桥位具体情况共提出两个桥型、桥跨方案：主桥斜拉桥方案、主桥连续刚构方案。 1） 主桥斜拉方案 桥面宽度：行车道211.5米,中央分离带2.0米,防护栏20.5米,拉索区及检修道21.2米，总宽28.4米。 桥跨布置为： 840米+（112+244+112）米+940米+1230米=1508米，其中，主桥3孔：（112+24

5、4+112）米，主跨中孔一跨跨越河槽，结构布置为双塔、双索面，塔墩固结，塔梁分离，为半飘浮体系。主塔为H形塔，基础为钻孔灌注桩。 2） 主桥连续刚构方案 桥面宽度：行车道21.5米,中央分离带2.0米,防护栏20.5米,拉索区及检修道21.0米，总宽28.0米。 桥跨布置为： 940米+（65+2122+65）米+940米+1230米，桥长1504.26米。其中，主桥4孔：65+2122+65米为预应力砼连续刚构。 2.3桥址处河道地质 2.3.1工程地质特征 根据推荐桥址地质勘探资料，组成桥梁地基的岩土类型以卵石、基岩为主，勘探深度以内桥位（主河槽）处地基土层可分为五层，其工程地质特征如下：

6、 （1）细砂（Q4eo1）：主要分布于河流左岸，厚度变化较大，最厚约24.60米。 （2）亚砂土（Q4a1）：分布于河流右岸地表。该层厚约4.08.3米。 （3）卵石（Q4a1）：分布于河流两侧及河床。该层厚约4.6029.20m，其亚层1为圆砾，分布于河流右岸局部地段。 （4）角砾层（N）：分布于河流两岸及河床，位于卵石层之下。 （5）砂质泥岩（c）：分布于河床河河流两侧角砾岩或卵石层之下。 从以上资料分析，组成桥梁（推荐桥位）地基的岩土工程地质类型主要为细砂、卵石、基岩三类。细砂分布不均，稳定性差，河流左岸表层为风积细砂，厚度变化大，稳定性差，工程性质差。卵石分布于细砂之下，厚度变化大，中

7、密密实，工程性质较好。下伏基岩埋藏较浅，工程性质稳定，地基承载力高，为良好的桩短持力层。桥梁基础建议采用钻孔桩基础，桩端可进入基岩中一定深度。 2.3.2地质构造 大桥区地处昆仑秦岭地槽褶皱区之陇西旋卷构造体系。黑山-香山隆起断褶带，北为早期褶皱低山。南为新生代强烈上升的香山山地。断烈主要有香山-天景山断烈。在正线桥位上游约350 米处露一逆冲断层，倾向南西，走向NEE。比较线上游100米见小规模逆断层。两断层均未发现新近活动迹象。 2.3.3地震 项目所在区域历史上最大震级是7.5级,在构造上属祁连山块隆起东北缘的宁夏南部弧形构造带北端，为宁夏地震较危险区之一。历史上曾多次发生过破坏性地震。

8、桥址区50年时限超越概率20时基岩峰值加速度为247.50cm/s2,地震基本烈度为度。 2.3.4 水文地质 桥址区地下水类型为第四系松散岩类孔隙潜水，局部为地表水与潜水混合类型，地下水埋深0.32.1米,对混凝土无结晶性或分解性侵蚀。 2.4气候特性 桥位区为大陆性季风气候。其特点是日照充足，光能丰富，温差较大，干旱少雨，蒸发强烈，风大沙多，冬季较长，夏季较短，春季升温较快，秋季降温迅速。 区内年平均气温8.5,年平均最低气温2.0,极端最低气温-29.2。年平均日照2892.4小时,日照率65%。年平均降水量197.1mm,主要集中在7、8、9三个月内，降水量最多为8月，在69.638.

9、3mm之间,占降水量的30%,最少为1月和12月,平均只有1mm。年平均地温10.8。年平均冻土厚0.5m。年平均湿度绝对值7.9毫巴,年平均蒸发量1974mm,是年降水量的10倍。年平均风速2.6m/s,冬季多西北风(主导风向),风力一般25级，最大8级，8级以上大风年平均7.6天,最大风速30.9米/秒。 3.桥位河段冲淤演变及河势变化 3.1桥位附近河道地貌特征 黄河干流自中卫南长滩翠柳沟入宁夏境内，经卫宁平原，青铜峡吴忠银川平原，到头道坎出境，全长397公里。约占黄河总长的十四分之一，属黄河上游下段。 大桥位于翠柳沟至下河沿黄河段,本桥位河段为黄河黑山峡谷尾端,主河道长61.5km,

10、河槽束范于两岸高山之间,河宽150-500m,平均为200 m, 纵比降8.7/, 弯曲率1.80。 该河段只有一主河槽，无心滩，无分汊。河岸抗冲能力相对较强，主河槽横向摆动相对较小。平面上河岸基本无变化。 桥位区呈中山峡谷地貌，河流左岸为腾格里沙漠的流动沙丘，经多年整治已趋固定。右岸为破碎台地，漫滩狭窄，两岸地形起伏较大。上游采用桥位处河谷开阔，右岸发育多级阶地，沿岸呈弧形分布，辟为耕地，山麓为小湾村农民居住。 桥位河段基本顺直，岸线整齐，河槽较深，其宽度为200-280米，河床表层为粗粒卵石，河槽纵、横向变形缓慢，主流在河槽内很少摆动，桥位处为典型的稳定性河段，该河段现在未设也无需设堤防工

11、程。 3.2桥位附近河道整治工程及堤防概况 黄河干流防洪一直是自治区的心腹大患，也是防汛重点。近几十年来，按照“微弯整治和节点汊河治理相结合”的方略，开展了大规模的防洪工程，已初步建成有堤防、河道整治工程及各类水库组成的防洪工程体系。六十年代修建青铜峡水库都在控制洪水，调节水沙方面发挥重大作用。宁夏河段大堤是随着河道变迁逐年修建而成的。1998年以来，按照黄河宁夏段防洪建设的总体安排，在下河沿至石嘴山河段，对原有堤防进行加高、培厚。在大桥所在河段（翠柳沟下河沿）的河段，由于受两岸山体挟持，主流常年基本稳定，无需整治。 3.3桥位河段来水来沙概况 黄河宁夏段水量主要来自上游,其中龙羊峡以上来水量

12、占下河沿站(位于青铜峡站上游约124公里)来水量的60%以上,刘家峡以上来水量占下河沿站来水量的80%以上,而沙量主要来自龙羊峡以下,龙羊峡以下来沙量占下河沿来沙量85%左右,刘家峡以下来沙量占下河沿来沙量的60%以上。由此可见宁夏段来水来沙具有异源的特点。 河段来水来沙年内变化较大，并且随着上游水利枢纽的相继建成，改变了河段的来水来沙过程，据某站资料，19511968年，多年平均径流量为340亿m3，其中汛期（7-10月）来水量211亿m3,占全年来水量的62%;多年平均来沙量为2.02亿吨,其中汛期来沙量为1.76亿吨,占全年来沙量的87%;多年平均含沙量为5.94kg/m3,其中汛期为8

13、.34kg/m3。 自1986年龙羊峡、刘家峡联合运行调蓄下，来水总量年内分配更趋均匀。年来沙量稍有减少，年内分配汛期减少，非汛期增加，含沙量略有增加。19861995年，大桥所在的河段多年平均来水量272亿立方米，其中汛期来水量为118亿立方米，占全年来水量的43.4%,多年平均来沙量为0.917亿吨,其中汛期来沙量为0.654亿吨,占全年来沙量的71.3 %,多年平均含沙量为3.37kg/m3,其中汛期为5.54kg/m3。具体见下表3.1、表3.2。 表3.1 大桥所在河段来水、来沙及年内分配情况表 来水来沙不仅年内变化大，而且年际间变化也很大，来水量具有丰枯交替变化的周期性，实测年最大

14、来水量为326亿m3,最小来水量为200.6亿m3,二者相差1.6倍,年最大来沙量为2.02亿吨,最小来沙量为0.693亿吨,两者相差2.9倍。 3.4河道冲淤演变预测 河道的冲淤演变主要取决于来水来沙条件及河床边界条件，基本来水来沙条件起决定的作用。 根据有关资料分析，21世纪初期全球环境变化总背景下的气候波动和包括工农业、城乡生活用水，上游干流大型水库，流域水利，水保工程建设和生态环境建设在内的人类活动都将对黄河的水沙变化产生较大的影响。 3.4.1河道历史冲淤情况及冲淤特性 黄河宁夏段除峡谷段为岩性河床外，其余河段河床均为砂砾或砂质河床，冲淤变化较大。本桥位地处峡谷段, 河床为岩性，冲淤

15、变化不大。 根据套绘的河段带状图及大断面资料分析，该河段河槽受约来于两岸高山之间，主流受天然岸的控制，边界条件优良，河道基本稳定，变形速度缓慢，河槽冲淤变化不大，主流在河槽内很少摆动。其河岸为抗冲能力较强的卵石组成，桥位处于山区稳定性河段。 大桥推荐桥位于弯曲型河段。在主流顶冲及弯道环流作用下，弯顶将不断崩塌下移，曲率半径将逐渐变小，甚至会发生自然裁弯。凹岸有深槽，河槽最深是一般出现在弯顶稍下游。由水位变化所引起的顶冲点的变化和弯顶的后退下移，使最深点位置也发生改变。同时，由于曲率半径变小，深槽会变得更深。从推荐桥位看，建桥后经过一段时间，该桥的右岸起点将遭受较大冲刷。 3.4.2来水来沙变化

16、趋势分析 (1)黄河下河沿站未来20年径流量预测 水量平衡模型结合气候模型输出和径流量时间序列模型模拟的途径展延本桥位水文站未来20年的径流过程,其结果详见表3.3。 表3.3本桥位水文站各时段径流量预测表 单位：亿m3 由上表可以看出，两种方法计算结果趋于一致，未来20年本桥位河段径流量将呈减少趋势：21世纪随着我国实施西部开发战略，黄河流域受人类活动的影响较大，来水量将逐渐减少，考虑上游各项用水后，桥位河段径流量将比现状减少20亿m3左右。 （2）黄河输沙量预测及宁夏河段河道泥沙淤积发展趋势 黄河上游来水来沙地区分布不均匀，水沙异源。水量主要来自循化以上，泥沙主要来自循化以下的多泥沙支流，

17、其中支流祖历河为多泥沙河流，多年平均径流量1.23亿m3，输沙量0.523亿t，平均含沙量433kg/m3，洪水期含沙量高达1000 kg/m3，是著名的高含沙量河流，年最大输沙量1.8亿t。 经桥位10年滑动平均年径流量与输沙量资料分析，10年滑动平均年输沙量均小于1.2亿t。考虑到今后水土保持的减沙作用增强，预计今后枯水系列年的来沙不会超过1亿t。因此，可以认为主槽年淤积速率可能为0.020.03m，如祖历河、清水河等支流来沙量增加，则年均淤积速率将可能更高一些。 然而，未来将要兴建的黄河干流骨干工程大柳树水库对宁蒙河道防洪、防凌减淤作用巨大，水库运用会将使宁夏河道由淤转冲，排洪能力迅速增

18、大。 3.5桥位附近河段历史河势演变概况 大桥位于黑山峡段，此河段为黄河黑山峡谷尾端,主河道长61.5km, 河槽束范于两岸高山之间,河宽150-500m,平均为200 m, 纵比降8.7/, 弯曲率1.80。 该河段只有一主河槽，无心滩，无分汊。河岸抗冲能力相对较强，主河槽横向摆动相对较小。平面上河岸基本无变化。 根据套绘的河段带状图及大断面资料分析，该河段河槽受约束于两岸高山之间，主流受天然岸的控制，边界条件优良，河道基本稳定，变形速度缓慢，河槽冲淤变化不大，主流在河槽内很少摆动。其河岸为抗冲能力较强的卵石组成，桥位处于山区稳定性河段。 3.6大柳树修建后本河段河势预估 大柳树水利枢纽对宁

19、夏河段防洪，防凌，减淤作用巨大。水库运用将使宁夏河段由淤转冲，排洪能力迅速增大。水库建成初期可拦沙运用数十年，下泄清水或低含沙量水流冲刷宁夏河道。在大柳树灌区未大规模建成前，清水冲刷将使宁夏河道主槽刷深。如大柳树水库合理调节水沙,河势基本可以保持在现状变化范围之内。 4桥位河段设计洪水及设计洪水位的确定 4.1桥位河段洪水特性、组成 宁夏河段洪水主要来自上游吉迈至唐乃亥和循化至兰州段区间。该两段区间汇集了洮河、大通河、湟水等20多条支流，年来水量占青铜峡年径流量的80%以上。其余由境内的主要支流及山洪沟、排水沟等汇入。 根据青铜峡站多年洪水资料，大洪水多发生在七、九月份，八月份发生的多为一般洪

20、水。七月份一般峰型较尖瘦，流量保持在5000m3/s以上的平均为四天。九月份的洪水一般较肥胖，流量保持在5000 m3/s以上的为七天。青铜峡站多年平均洪峰流量1967年1985年为3295 m3/s，1986年1989年为2484 m3/s。实测最大洪峰流量6230 m3/s（1946年9月16日），历时45天，洪水总量达146亿m3。调查最大洪峰流量7450 m3/s（1904年7月）。建国以来，出现过两次大洪水，1967年7月29日，青铜峡站洪峰流量达5930 m3/s，1981年9月17日该站洪峰流量达6040 m3/s。青铜峡站大洪水发生情况见表4。 表4 青铜峡站较大洪水发生情况表

21、 表5青铜峡站洪水情况表 境内区间暴雨洪水汇入，以清水河为最大。若洪水相遇，则河水暴涨。但随着清水河上游多座水库的投建，洪峰经过调节，其洪水对黄河干流的影响已不大。通过还原计算1964年8月19日，泉眼山站洪峰流量可达2260 m3/s，但经其上游水库拦蓄调节后，只有422 m3/s入黄河，洪峰削减了85%。 4.2桥址洪峰流量 桥址以上流域面积25.34万平方公里,约占黄河全流域的33.7%,大部分为高原上的草原和森林地区。洪峰流量由暴雨形成，主要来自兰州以上流域，多集中在7、8、9三个月。此三月径流量占全年径流量的5070。桥位处不同频率的周期流量（未考虑龙羊峡、刘家峡联调作用推得桥址断面

22、的周期流量）见表四： 表四 桥位断面洪峰流量单位:立米/秒 现已修建的沙坡头水利枢纽是以灌溉、发电为主的综合利用工程。原始总库容为0.26亿m3,工程级别为三级,50年一遇设计洪水与500年一遇校核洪水回水水位分别为1240.5米及1240.8米(死水位1236.5米)。规划中的大柳树水利枢纽位于黄河干流黑山峡出口以上约2公里,总库容110亿m3,是黄河干流上最具关健意义的骨干梯级工程之一。该工程具有供水、灌溉、发电、防洪、防凌等多种功能和经济、社会、生态等综合效益。建成后，对下游洪峰流量将有一定的调节作用，因本大桥先建，大柳树工程后建，故桥位水文计算中未考虑其洪峰流量的折减。 4.3桥位附近

23、冰凌洪水概况 黄河宁夏段常封河河段在桥址以下，桥址以上河段因河道比降大,为不常封河段。自1986年龙羊峡、刘家峡等多库联调后，改变了黄河水量。由于热量分配特性、水温、流量发生了变化，二十余年来桥址上下段未再出现封河情况。大柳树水利枢纽工程建成后，将进一步改善热量分配，桥址处封河的机率更小，一般不会有冰凌出现。 5.大桥修建对河道行洪及堤防安全的影响 5.1桥梁壅水高度及壅水范围 当大桥修建后，因天然水流受挤压在桥址上游形成壅水区，壅水高度不仅影响桥梁修建的高度，而且还会涉及到两岸防洪工程的高度及安全。故应对三百年一遇洪水与百年一遇洪水条件下桥渡上游最大壅水高度及壅水范围进行计算。 5.1.1最

24、大壅水高度计算结果 因该段河为峡谷地带，河道两岸均为岩石，桥位处河段基本顺直，为稳定性河段。大桥的设计标准为300年一遇。故按最不利情况，即按300年一遇洪水标准进行计算。 采用公路桥位勘测设计规范（JTJ06291）的壅水公式进行计算。 （1）设计规范公式1 式中 V m 桥下平均流速,m/s，3.27 V0天然状态下河道断面平均流速,3.08m/s； 系数；按规范要求并参考有关资料取为0.05， 经计算,桥前最大壅水高度为0.06m。 设计规范公式2 式中，K为总壅水系数；根据模型试验和野外调查资料分析得 其中为水深等于1米时的弗劳德数； 为天然水位下桥孔范围内断面平均流速（ m/s）;可

25、表示为： , 式中Qom为天然状态下桥下通过的设计流量(m3/s)， Wom为桥下过水面积(m2) 为建桥后桥下断面实际流速，可用下式计算： 式中Wj为设计水位下桥孔净过水面积(m2);Qp为设计流量(m3/s); Kp为考虑河床冲刷而引入的桥下流速折减系数， 为床沙平均粒径（mm）,桥位河段可取为27mm，p 为冲刷系数,，W为桥下需要的过水断面面积(m2)，Vp为设计流量(m/s)，可用河槽平均流速代替，为水流方向与桥轴法线间的夹角。 经计算，桥前最大壅水高度Z=0.10m。 对于上述二公式计算结果，取其最大值作为桥黄河大桥桥前最大壅水高度。即修建该黄河大桥后，三百年一遇洪水黄河大桥桥前的

26、最大壅水高度为0.10m。 5.1.2壅水范围Ly Ly=2Z/I 式中:Ly为壅水曲线全长 Z最大壅水高，m 桥址河段天然水流比降0.206 以黄河大桥断面为起始点，经计算三百年一遇洪水Ly=583米或971米。 从以上分析得出,修建大桥后,大桥上游的壅水范围约583米或971。可见大桥所壅高的水位很小，不会对该河段的防洪造成危害。 5.1.3桥墩冲高计算 建桥后，在桥墩的迎水面，水流会产生冲高现象，其值随行近流速的增加而加大，用下式计算： 式中，桥墩冲高（m）,V0为墩前行近流速（m/s）。 经计算得三百年一遇洪水桥墩冲高为0.98m。 5.2冲刷计算 （按1/300洪水流量计算） 大桥桥

27、高与桥长均不受计算水位和通航净高的控制，而由地形及路线纵坡所确定。桥位处河床表层泥砂为粗颗粒卵石，桥渡对河床又基本没有压缩，故本大桥水力部分近似按天然情况计算。 5.2.1一般冲刷（主河槽部分） 天然状态下河槽部分的流量： Qc=8371.1m3/s 桥下河槽部分通过的设计流量 Q2=8371.1m3/s 桥下河槽最大水深: hmc=14.2m 桥下河槽平均水深：hc=10.498m 河床土壤平均粒径:mm 平滩水位时河槽宽度:B=252.58m 平滩水位时平均水深:H=7.423m 桥下天然河槽宽度:Bc=258.985m 桥下河槽部分过水净宽:Bc=243.485m 与汛期含沙量有关的系数

28、:E=0.66 单宽流量集中系数:A=1.121 因墩台引起的水流压缩系数：=1 桥墩阻水面积/桥下过水面积：=0.02996 建桥后桥下断面河槽宽度:B2=243.485m 使用(JTJ062-91)中的64-2式(简化式)计算: hp=1.04(A)0.90()0.66hmc =17.393(m) 净冲刷: hyj=hp-hmc=17.393-14.2=3.193(m) 5.2.2局部冲刷（主河槽部分） 使用公路桥位勘测设计规范（JTJ062-91）用65-1修正计算:VV0时 Hb= KKB10.6(V0-V0)()n 式中: K单桩形状系数，取为1； K河床粒径影响系数， 取K=0.8

29、(+)=0.6695 V0河床泥沙启动流速(m/s), 取V0=0.0246()0.14 =2.1903(m/s) V0墩前泥沙始动流速(m/s), 取V0=0.462()0.06 V0=1.135(m/s) V一般冲刷后墩前行近流速(m/s), 取V=E1/6 =7.674(m/s) n指数, 取n=()=0.5564 经计算：hb=5.363m 5.2.3天然冲刷 未调查到确切资料，桥位处群众介绍近20余年河槽深度基本无变化。但随着黄河上游水利资源的梯级开发利用与环境保护的改善，未来桥下来水携沙量有所减少，故偏安全计，考虑2.0m的天然冲刷。 5.2.4局部冲刷线的确定 局部冲刷线标高计算

30、如下： H=1220.444 6.大桥建成后对防汛抢险及交通的影响 防汛抢险道路是河道管理单位的重要工程措施之一，也是保证桥头安全的必要工程措施。该大桥全桥设计总长1521.50米,此处河宽259米,桥墩离两岸很远,主桥高达68米,两侧引桥也高达40米左右,满足交通部规定的该车通道净高为不得小于3.2米的规定,所以大桥不影响防汛抢险及交通。 7大桥修建后对黄河通航与凌汛的影响 黄河规划该段航道为级，根据(JTJ 06291)第8、4、6条规定，四级航道的最高通航水位为十年一遇洪水位+通航净空8m。本桥位的桥高（桥面至常水位）达68米。因此，该桥的建设不会对通航造成大的影响。 在黄河上建桥除满足大洪水期间主槽和滩地行洪外,还要满足凌汛期流冰的要求。大桥施工期如果跨越凌汛期，则要充分考虑施工便桥对