馬農(nóng)樂，蔡　梅，陸志華，王元元

(1.上海東南工程咨詢有限責(zé)任公司，上?！?00434；2.太湖流域管理局水利發(fā)展研究中心，上?！?00434)

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太湖流域兩河跨河橋梁影響控制性技術(shù)指標(biāo)分析

馬農(nóng)樂1，蔡梅2，陸志華2，王元元2

(1.上海東南工程咨詢有限責(zé)任公司，上海200434；2.太湖流域管理局水利發(fā)展研究中心，上海200434)

摘要：在調(diào)查望虞河、太浦河跨河橋梁情況的基礎(chǔ)上，結(jié)合橋梁防洪影響分析，梳理分析了跨河橋梁對河道行洪的影響技術(shù)指標(biāo)，構(gòu)建了指標(biāo)體系，總結(jié)提出了橋梁建設(shè)對防洪影響關(guān)鍵控制技術(shù)指標(biāo)，并對望虞河、太浦河新建橋梁提出了建議，可為太湖流域跨河橋梁建設(shè)審批提供支持。

關(guān)鍵詞：防洪影響；數(shù)值模擬；技術(shù)指標(biāo)

太湖流域地處長江三角洲南翼，流域總面積為36 895 km2，地跨江蘇、浙江、安徽、上海三省一市，地形呈碟狀，流域內(nèi)河流縱橫交錯，水網(wǎng)如織，江湖相連，水系溝通，是典型的平原水網(wǎng)地區(qū)。流域內(nèi)經(jīng)濟發(fā)達、城市密集，城鎮(zhèn)化率超70%。據(jù)統(tǒng)計，太湖流域總?cè)丝谡既珖側(cè)丝诘?.4%，國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)占全國GDP的10.4%，人均GDP為全國人均GDP的2.4倍。1991年后，太湖流域開展了11項綜合治理骨干工程建設(shè)，已初步形成北向長江引排、東出黃浦江供排、南排杭州灣并且利用太湖調(diào)蓄的防洪與水資源調(diào)控工程體系。

1基本情況

望虞河、太浦河是太湖流域的2條主要排洪通道，習(xí)慣性稱為“兩河”，其中望虞河工程溝通太湖和長江，全部在江蘇省境內(nèi)，南起太湖邊的沙墩口，先后穿過京杭運河、漕湖、鵝真蕩、嘉菱蕩，至常熟耿涇口入長江，兼有泄洪、排澇、引水等任務(wù)，全長60.3 km；太浦河西起東太湖邊的吳江市廟港鎮(zhèn)時家港，東至上海市青浦區(qū)南大港入泖河接黃浦江，橫穿蘇、浙、滬的吳江、嘉善、青浦3市縣(區(qū))，河道全長57.6 km，具有防洪、除澇、改善水環(huán)境和航運條件等綜合效益。

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展，流域內(nèi)交通快速發(fā)展，鐵路、公路、航運等涉水行業(yè)蓬勃發(fā)展，跨河橋梁建設(shè)項目日漸密集，望虞河和太浦河的跨河橋梁建設(shè)尤為突出。這些橋梁在河道內(nèi)的橋墩，對河道行洪能力產(chǎn)生了影響，橋梁群累積影響進而對太湖流域的防洪產(chǎn)生影響。

1.1望虞河跨河橋梁建設(shè)管理情況

據(jù)統(tǒng)計，截至目前望虞河沿線建設(shè)的跨河橋梁共計37座，其中，公路橋30座，鐵路橋3座，管線橋4座；2006年以前建成27座，2006年以后新建10座。

1.1.1橋梁密度或間距

按總河長估算，望虞河上橋梁建設(shè)密度為0.61座/km，平均1.63 km河長分布有1座橋梁，其中2橋間距小于1 km的主要為7處，尤以滬寧鐵路老橋—滬寧城際鐵路橋間距最小，僅為50 m左右。

1.1.2跨河橋跨數(shù)量

按橋梁跨數(shù)統(tǒng)計，三跨過河的橋梁11座，橋墩以圓端重力式橋墩為主，五跨過河的橋梁19座；六跨過河的橋梁2座，橋墩為系梁連接的雙柱式或三柱式，七跨過河的1座。

1.1.3橋墩形式

24座橋梁下部結(jié)構(gòu)采用樁柱式橋墩，且設(shè)置了條形承臺，承臺高度在1.0～2.0 m，6座橋梁下部結(jié)構(gòu)未設(shè)置承臺，4座橋梁下部結(jié)構(gòu)采用低樁承臺結(jié)構(gòu)，2座采用矩形承臺，1座采用高樁承臺。

1.1.4橋梁與河道交角

除滬寧鐵路老橋和滬寧城際鐵路與望虞河的交角分別為45°和40°，其它大部分橋梁與望虞河交角范圍在70～115°，其中28座橋梁采用了正交90°或近似90°。

1.1.5阻水寬度

橋墩阻斷過水?dāng)嗝鎸挾入S著橋墩寬度和橋墩組數(shù)有關(guān)。相同水位情況下，橋墩橫截面寬度越寬、橋墩組數(shù)越多，導(dǎo)致阻斷寬度越寬。據(jù)統(tǒng)計，河槽橋墩阻斷寬度在5～8 m范圍內(nèi)。

1.2太浦河跨河橋梁建設(shè)管理基本情況

截至目前，太浦河沿線現(xiàn)狀建成的跨河橋梁共計17座(不含太浦閘的交通橋)，均為公路橋梁，2006年以前建成10座。太浦閘樞紐至太浦河出口河段的16座橋梁中，高速公路橋2座，國道、省道路橋4座，其余為縣道或鄉(xiāng)鎮(zhèn)級公路橋。

1.2.1橋梁密度或間距

按總河長估算，橋梁建設(shè)密度為0.30座/km，平均3.4 km河長分布有1座橋梁，太浦閘樞紐至太浦河出口段有2處間距約為1.1 km，為太浦河橋梁最小間距。

1.2.2跨河橋跨數(shù)量

按跨數(shù)統(tǒng)計，平望以上河段以三跨過河橋梁為主(6座中的5座)，平望以下河段以七跨過河橋梁為主(8座中的5座)，五跨或六跨過河橋梁各1座。

1.2.3橋墩形式

三跨橋梁以實體重力式橋墩為主，也有個別為框架墩；五至七跨橋梁主橋墩以實體重力式橋墩為主，也有部分為多柱式或框架墩，邊墩以多柱式為主。由于太浦河航道等級為IV級，有4座橋梁在橋墩一側(cè)或雙側(cè)設(shè)置了防撞墩。

1.2.4橋梁與河道交角

除滬渝高速太浦河大橋軸線與太浦河斜交55°外，另有3座橋梁與河道交角小于等于5°，其余橋梁基本都為正交。

1.2.5阻水寬度

根據(jù)太浦河跨河橋墩情況統(tǒng)計，暫不考慮防撞墩的阻斷影響，河槽橋墩阻斷寬度在5～10 m范圍內(nèi)。

1.3兩河跨河橋梁建設(shè)發(fā)展趨勢

根據(jù)有關(guān)規(guī)劃，近幾年內(nèi)望虞河上的跨河橋梁可能會增加3座，跨越太浦河的大橋可能會增加2座。同時，隨著太浦河航道整治工程的實施，將對太浦河江蘇段4座橋梁進行改建并增設(shè)防撞設(shè)施，上海段將對1座跳梁增加主墩防撞設(shè)施和1座橋梁拆除重建。

2跨河橋梁防洪影響控制性技術(shù)指標(biāo)體系構(gòu)建

為實現(xiàn)防洪安全的目標(biāo)，建立覆蓋防洪影響的各準(zhǔn)則層，并研究提出具有典型性、代表性和可量化的技術(shù)指標(biāo)進行評價和控制，形成整體系統(tǒng)而又層次分明的指標(biāo)體系。因此，研究構(gòu)建了包含3個層次的跨河橋梁防洪影響控制性技術(shù)指標(biāo)體系，即目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層。

2.1目標(biāo)層

目標(biāo)層是全面反映跨河橋梁防洪影響的系統(tǒng)層?？绾訕蛄悍篮橛绊懣刂菩约夹g(shù)指標(biāo)的總目標(biāo)是維護防洪安全，促進經(jīng)濟發(fā)展與防洪安全的和諧統(tǒng)一。跨河橋梁防洪影響控制性技術(shù)指標(biāo)體系的目的在于綜合評價和控制橋梁建設(shè)對防洪安全的影響，為水行政主管部門的決策提供科學(xué)依據(jù)。

2.2準(zhǔn)則層

結(jié)合審批管理與防洪評價工作實際情況，確定跨河橋梁防洪影響控制性技術(shù)指標(biāo)體系的準(zhǔn)則層由規(guī)劃相適、防洪標(biāo)準(zhǔn)、建筑物形式、行洪暢通、河勢穩(wěn)定、水利工程安全及其他影響等7個方面組成。

2.3指標(biāo)層

為對應(yīng)準(zhǔn)則層的具體指標(biāo)，表述各個分類指標(biāo)的不同要素，通過定量或定性指標(biāo)反映跨河橋梁建設(shè)對防洪安全各個方面的影響狀況。

根據(jù)跨河橋梁控制性技術(shù)指標(biāo)的概念和內(nèi)涵分析，結(jié)合《河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項目防洪評價報告編制導(dǎo)則》(試行)對于跨河橋梁防洪影響分析評價的要求和規(guī)定，從太湖流域跨河橋梁審批與管理的實際需要考慮，以指標(biāo)的代表性、指標(biāo)數(shù)據(jù)的可獲取性、實用性等為原則，從規(guī)劃相適、防洪標(biāo)準(zhǔn)、建筑物形式、行洪暢通、河勢穩(wěn)定、水利工程安全及其他影響等7個方面篩選確定包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層3個層次19項指標(biāo)，形成了太湖流域跨河橋梁防洪影響控制性技術(shù)指標(biāo)體系(見表1)。

表1跨河橋梁防洪安全影響控制性技術(shù)指標(biāo)體系表

3兩河跨河橋梁防洪影響關(guān)鍵控制性技術(shù)指標(biāo)分析

根據(jù)提出的跨河橋梁防洪影響控制性技術(shù)指標(biāo)體系，考慮跨河橋梁審批與管理的實際需要，以指標(biāo)的代表性、數(shù)據(jù)的可獲取性為原則，從太湖流域跨河橋梁防洪影響控制性技術(shù)指標(biāo)體系指標(biāo)層19項具體指標(biāo)中識別兩河跨河橋梁防洪影響關(guān)鍵控制性技術(shù)指標(biāo)。

3.1指標(biāo)敏感性分析

對于上述章節(jié)提出的19項太湖流域跨河橋梁防洪影響控制性技術(shù)指標(biāo)，以獨立性、重要性作為重要原則，篩選提出望虞河、太浦河的主要控制性技術(shù)指標(biāo)。

3.1.1指標(biāo)獨立性分析

一級指標(biāo)中，規(guī)劃適應(yīng)、防洪標(biāo)準(zhǔn)、其他影響3類指標(biāo)為相關(guān)規(guī)范確定指標(biāo)，具有不可抗性，與其他指標(biāo)相對獨立。

建筑物形式是跨河橋梁建設(shè)的直接控制指標(biāo)，而行洪通暢、河勢穩(wěn)定、水利工程安全均是基于一定的建筑物形式，在不同的水情條件下，可能出現(xiàn)的防洪影響指標(biāo)，因此，建筑物形式涉及的10項指標(biāo)相對獨立。

具體分析行洪通暢、河勢穩(wěn)定和水利工程安全3類指標(biāo)，行洪能力中阻水面積比、跨河橋梁建設(shè)密度2項指標(biāo)在建筑物形式確定之后，可直接統(tǒng)計得出，與已有的建筑物形式涉及的指標(biāo)基本獨立；而造峰期水量變幅、洪峰流量變幅、最大壅水高度、壅水疊加、跨河橋梁所在斷面流速增幅、堤腳前沿流速增幅等6項指標(biāo)，與橋跨布置、橋墩形式、阻水面積比等指標(biāo)均緊密相關(guān)，獨立性較差；不沖流速與河道堤防特征相關(guān)，與其他指標(biāo)均相對獨立。

3.1.2指標(biāo)重要性分析

規(guī)劃適應(yīng)性、防洪標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)性、梁底高程、橋墩與堤防布置關(guān)系、承臺形式、防汛搶險影響等6項指標(biāo)是相關(guān)規(guī)范明確的重要指標(biāo)，指標(biāo)控制要求以已有的審查技術(shù)規(guī)定為準(zhǔn)，屬于確定性指標(biāo)。

鑒于太湖流域?qū)倨皆泳W(wǎng)地區(qū)，水流緩慢，汛期最大流速僅為0.3～0.5 m/s，仍未達到兩河沖淤平衡流速0.7～0.8 m/s的 要求，因此對于兩河，將太湖流域防洪影響控制性技術(shù)指標(biāo)體系中的跨河橋梁所在斷面流速增幅、堤腳前沿流速增幅、不沖流速3項指標(biāo)作為參考指標(biāo)。

3.2關(guān)鍵控制性技術(shù)指標(biāo)確定

綜合以上分析，獨立性較強的指標(biāo)為：規(guī)劃適應(yīng)性、防洪標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)性、橋跨布置、橋墩形式、承臺形式、橋墩軸線與水流方向夾角、橋墩順?biāo)鏖L度、梁底高程、橋墩與堤防布置關(guān)系、阻水面積比、跨河橋梁建設(shè)密度、不沖流速、防汛搶險影響等13項指標(biāo)。除了不沖流速外，其余12項指標(biāo)勻為重要性較高的指標(biāo)。因此，綜合考慮控制指標(biāo)獨立性、重要性，明確兩河的關(guān)鍵控制性技術(shù)指標(biāo)包括5項一級指標(biāo)、6項二級指標(biāo)、12項三級指標(biāo)(見表2)。

表2兩河跨河橋梁防洪影響關(guān)鍵控制性技術(shù)指標(biāo)表

4兩河跨河橋梁關(guān)鍵控制性技術(shù)指標(biāo)要求

4.1指標(biāo)要求研究方法

對上述章節(jié)篩選確定的12項兩河跨河橋梁防洪影響關(guān)鍵控制性技術(shù)指標(biāo)分析可知，規(guī)劃適應(yīng)性、防洪標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)性、梁底標(biāo)高、橋墩與堤防布置關(guān)系、承臺形式、防汛搶險影響等6項指標(biāo)為確定性指標(biāo)，要求根據(jù)相關(guān)指導(dǎo)意見及規(guī)范確定；橋跨布置、橋墩形式、橋墩軸線與水流方向夾角、橋墩順?biāo)鏖L度、阻水面積比、跨河橋梁建設(shè)密度6項指標(biāo)為論證性指標(biāo)，要求進行論證分析后確定。

4.2確定性指標(biāo)控制要求

根據(jù)《中華人民共和國水法》《中華人民共和國防洪法》《太湖流域管理條例》《中華人民共和國河道管理條例》等國家法律法規(guī)和地方性法規(guī)提出的技術(shù)規(guī)定，以及《太湖流域重要河湖管理范圍內(nèi)建設(shè)項目水利技術(shù)規(guī)定》(試行)，分析得出6項確定性指標(biāo)的控制要求。

4.2.1規(guī)劃適應(yīng)性

在望虞河和太浦河上新建跨河橋梁、碼頭等跨河橋梁，應(yīng)該符合《太湖流域綜合規(guī)劃》《太湖流域防洪規(guī)劃》《太湖流域重要河湖岸線利用管理規(guī)劃》《江蘇省望虞河管理規(guī)定》等水利規(guī)劃及其它有關(guān)規(guī)劃。

4.2.2防洪標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)性

現(xiàn)狀望虞河堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇，太浦河堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇，規(guī)劃均按防御流域100 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。

對于跨河橋梁工程，橋梁防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)不低于堤防現(xiàn)狀及規(guī)劃的防洪標(biāo)準(zhǔn)；對于碼頭工程，碼頭建設(shè)不得降低所在河段堤防的防洪標(biāo)準(zhǔn)。

跨越望虞河和太浦河的骨干鐵路、準(zhǔn)高速鐵路橋梁、次要骨干鐵路和聯(lián)絡(luò)鐵路橋梁的防洪標(biāo)準(zhǔn)一般為100 a一遇，地區(qū)(包括地方)鐵路橋梁防洪標(biāo)準(zhǔn)一般為50 a一遇；高速公路、I級公路的特大橋防洪標(biāo)準(zhǔn)一般為300 a一遇，II級公路的特大橋防洪標(biāo)準(zhǔn)一般為100 a一遇；高速公路、I級公路的大、中橋、小橋防洪標(biāo)準(zhǔn)一般為100 a一遇，II級公路的大、中橋、小橋防洪標(biāo)準(zhǔn)一般為50 a一遇。

望虞河和太浦河兩岸的碼頭工程主要為一般城鎮(zhèn)的碼頭，防洪標(biāo)準(zhǔn)一般為10～20 a一遇。

4.2.3梁底高程

梁底高程應(yīng)考慮不妨礙行洪、堤防加固、防汛搶險、日常管理的需要。根據(jù)《太湖流域防洪規(guī)劃》，規(guī)劃望虞河的防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇，太浦河的防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇。

在望虞河和太浦河上新建跨河橋梁，梁底高程應(yīng)高于設(shè)計防洪水位，同時預(yù)留一定的空間；主跨部分梁底高程高于設(shè)計防洪水位，另加不少于1.5 m的超高；東岸、西岸跨堤部分梁底高程應(yīng)高于相應(yīng)的規(guī)劃堤頂高程，堤頂有通車要求的按不小于4.5 m凈空考慮，如無法滿足凈空4.5 m的要求時，須滿足日常巡查和防汛檢查車輛通行要求(一般不少于2.2 m凈空高度)，并增設(shè)防汛輔道，設(shè)置上下堤的交通坡道；通航凈空應(yīng)符合現(xiàn)行的通航標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，根據(jù)《長江三角洲高等級航道網(wǎng)建設(shè)有關(guān)技術(shù)問題的暫行規(guī)定》第三條，“規(guī)劃航道上的跨河建筑物，在通航凈寬范圍內(nèi)通航凈高不應(yīng)小于7 m，其它要求和技術(shù)規(guī)定按GB 50139—2004《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行”。

4.2.4橋墩與堤防布置關(guān)系

一般而言，橋墩不應(yīng)布置在堤身迎水坡和堤頂，如果不能避開堤身，需要將橋墩布置在堤身背水坡時，應(yīng)做堤防加固專題設(shè)計，以滿足堤身安全的要求。

4.2.5承臺高程

為了減少承臺產(chǎn)生的阻水效應(yīng)，主槽處承臺頂高程宜在平均低潮(水)位以下，邊灘的承臺頂高程應(yīng)在灘面以下。太湖流域河網(wǎng)地區(qū)，橋墩水下承臺頂面高程至少應(yīng)低于規(guī)劃河底以下0.50 m。

望虞河河底高程為-3.00 m，因此，望虞河新建橋墩水下承臺頂高程應(yīng)降至-3.50 m以下；望虞河后續(xù)工程規(guī)劃范圍內(nèi)的橋墩水下承臺頂面高程應(yīng)降至-3.50 m以下。

太浦河閘下至平望河底高程為-3.50 m以下，平望至泖河口河底高程為-5.50 m以下。因此，太浦河閘下至平望段橋墩水下承臺頂面高程應(yīng)降至-4.00 m以下，太浦河平望至泖河口段橋墩水下承臺頂面高程應(yīng)降至-6.00 m以下。

4.2.6防汛搶險影響

在望虞河和太浦河上新建跨河橋梁、碼頭等跨河橋梁，其跨堤、臨堤建(構(gòu))筑物的平面布置、斷面結(jié)構(gòu)及主要設(shè)計尺寸，不應(yīng)該影響汛期的防汛搶險車輛、物資及人員的正常通行，不應(yīng)該影響其它防汛設(shè)施(如通訊設(shè)施、汛期臨時水尺等)的安全運行。

4.2論證性指標(biāo)控制要求

論證性指標(biāo)以結(jié)合相關(guān)論證研究成果為依據(jù)，對橋跨布置、橋墩形式、橋墩軸線與水流方向夾角、橋墩順?biāo)鏖L度、阻水面積比、涉水項目建設(shè)密度等6項論證性控制指標(biāo)的要求此文不贅述。

5結(jié)語

跨河橋梁建設(shè)對河道行洪產(chǎn)生壅水、阻水作用，在一定程度上降低了河道的泄洪能力，同時對局部流速加大、流態(tài)紊亂等方面產(chǎn)生不利影響。鑒于太湖流域平原河網(wǎng)水系相通，流速較慢，產(chǎn)生的影響相對較小，且目前兩河跨河橋梁已達到一定數(shù)量，后期增加的數(shù)量不會太多，建議在對新增橋梁的審查過程中，充分考慮望虞河后續(xù)工程和太浦河后續(xù)工程規(guī)劃基礎(chǔ)上，對橋墩位置、梁底高程、承臺高程等進行控制。

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(責(zé)任編輯郎忘憂)

Analysis on the Regulatory Impact Technical Indicators of Bridges on Two Rivers in Taihu Basin

MA Nong-le1,CAI Mei2,LU Zhi-hua2,WANG Yuan-yuan2

(1.Shanghai Southeast Engineering Consulting Co., Ltd., Shanghai 200434,China; 2.Water Resources Development Research Center of Taihu Basin Authority,Shanghai 200434,China)

Key words:flood control effect; numerical simulation; technical indicator

Abstract:Based on survey of bridges on Wangyu River and Taipu River,combining with the bridge flood control impact analysis,this paper analyzed the impact technical indicators of river-crossing bridges to river flood, constructed the index system,proposed key control technical indicators of bridge construction to flood control influence, and put forward suggestions of new bridges on Wangyu River and Taipu River. The study would provide support for the construction approval of River-crossing bridges in Taihu Basin.

收稿日期：2015-12-02

基金項目：水利部公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目(201301076)。

作者簡介：馬農(nóng)樂(1980-)，男，工程師，碩士，主要從事科研、水利規(guī)劃、技術(shù)咨詢等工作。 E-mail:nongjiale-2004@126.com

中圖分類號：TV149

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1008-701X(2016)02-0045-04

DOI：10.13641/j.cnki.33-1162/tv.2016.02.013