3 河道演变分析

3 河道演变分析

3.1 河道历史演变概况

流泽桥位于国道105线东平境内，跨越大清河，桥位断面大清河南堤桩号97+950 、北堤桩号1+280。

大清河为大汶河的下游，自戴村坝至东平湖入湖口（马口）河段，全长29km。河道自东向西较为顺直，过马口后主河槽折向西北，进入东平湖。

大清河两岸均筑有堤防，河道纵比降1995年以前约1：3000。1995年以来由于武家漫以上河道内人为挖砂日趋严重，河槽表现为下切，但由于淤积在大清河入湖口附近的泥沙颗粒太细而无人开采，整个河段呈现上冲下淤的特点。2001年以后河道纵比降已降到1：13000左右。

大清河河道内存有生产堤及阻水林带多处。中小水位时可能顺堤行洪的长度计约7420m。有险工4处，工程长度2.75km。控导工程4处，工程长度1.63km。左右堤防上建有排灌涵闸4座。自上而下建有流泽旧桥，流泽新桥，北大桥三座桥梁横跨河道。

由于近几年当地群众在河道内采砂比较混乱，引起了河势变化，又因河床下切，导致回水区上延，当老湖水位40.3m时，左岸大堤98+000（流泽桥下）与老湖水位相同。如遇较大洪水，一旦河势突变，堤线防守将出现十分不利的局面。同时近几年当地群众在入湖口附近大量围湖造田，导致洪水入湖不畅，若黄汶洪水遭遇时，回水区水位增高，北堤相对于南堤薄弱，防守压力很大。

3.2河势变化分析

3.2.1河道平面变化

流泽桥位位于大清河下游的鲁祖屯险工至流泽控导工程之间，桥位上下游的河道整治工程主要有古台寺险工、鲁祖屯险工、大牛村控导、辛庄险工、武家漫险工等。桥位上游右岸是流泽控导工程，下首与鲁祖屯险工相邻，左岸下首是古台寺险工。桥位处于流泽控导工程到鲁祖屯险工的直河段内，东平湖蓄水位较高时，该河段将受壅水影响。分析河道平面变化时，我们主要对桥位上下游河段1985年至2009年的河势演变情况进行研究，重点对来水较大的1990年、1995年、2001年和2003年的河势情况进行对比分析。

1、典型洪水年份的河势情况

(1)  1990年河势情况

1990年大清河来水较丰，前后共有六次较大洪峰，洪量达到30多亿m3，东平湖老湖最高水位达43.72m。

6月19日，大清河出现首次洪峰流量1070m3/s，主溜基本顺主河道行走，流泽老桥泄水孔过主溜，古台寺险工3-4#坝，鲁屯险工1-2#坝、辛庄险工、武家漫险工均靠主溜，工程控导河势作用明显。

7月22日大清河戴村坝站出现洪峰流量3580m3/s，除南城子、后亭、流泽等几处高滩尚未进水外，其他河段全断面过水, 古台寺险工3-5#坝靠主溜，鲁屯险工不靠溜。流泽老桥以上主溜沿采砂坑溜势右移，将流泽老桥冲毁60余米长。以下主溜走中趋直，辛庄、武家漫险工溜势外移，工程不靠溜。

（2）1993年至1994年河势情况

1993年汛期7月17日大清河出现了流量为1240m3/s的洪峰，大清河四处险工均靠主溜。

1994年8月9日14时，大清河戴村坝站出现首次洪峰，流量1150m3/s，流泽老桥北端冲口扩大，主溜靠右岸，古台寺险工1、2#坝靠水不靠溜，3、4#坝靠边溜，溜势外移，其他三处险工靠边溜。

（3）1995年河势情况

1995年8月19日、24日、9月4日大清河戴村坝站相继出现了816m3/s、836m3/s、960m3/s的洪峰，东平湖最高水位达42.67m。由于流泽老桥上游沙坑较多且深，引起河势变化较大。8月19日洪峰流量816m3/s时，古台寺险工3#、4#坝靠边溜，其他坝靠水；鲁屯险工1#坝靠水，2#坝靠边溜，将流泽老桥南部的泄水主桥北端冲跨6孔，约20m宽，冲垮段流量迅速增大，口门冲宽刷深，使下游工程溜势外移。辛庄险工不靠溜，武家漫险工靠1～2#坝边溜。

（4）1996年至2000年河势情况

1996年至2000年大清河来水较少，由于大清河采砂量增加迅猛，河槽挖深，流泽老桥主桥冲跨由6孔发展到12孔，其他桥孔根基暴露，多处河段河势发生了较大变化。古台寺险工2、3、4#坝靠河不靠溜，鲁屯、辛庄、武家漫险工流势均外移，不靠主溜。

（5）2001年河势情况

2001年，大清河出现两次较大洪水过程。8月1日10时，大清河戴村坝站出现了洪峰流量1050m3/s，流泽控导工程靠边溜，古台寺、鲁屯、武家漫险工、大牛村控导工程均不靠溜，辛庄险工靠边溜，至王台闸前，溜分两股，右侧靠闸处为主溜。位于大清河上游的戴村坝乱石坝段8月1日30分被冲决，口门宽约100m。

8月5日10时，大清河戴村坝站洪峰流量2620m3/s时，古台寺险工2～4#坝靠大溜，1#坝靠大边溜，5#坝靠边溜。鲁屯险工1#坝靠大溜，2#坝靠大边溜，武家漫、辛庄险工靠边溜，大牛村工程靠边溜，3段护岸全部漫顶被淹没，根石走失严重导致坦石坍塌。当流量减至1050-700 m3/s时，流泽老桥处主溜全部集中于冲毁口门处，老桥北半部无水，老桥以下主溜靠左岸，左岸高滩冲刷坍塌，以下各险工、控导工程均不靠溜。

（6）2003 年河势情况

2003 年9月份, 汶河流域连续出现强降雨过程，9月5日6时大清河戴村坝站出现流量 2250m3/s的洪峰。

桥位以上古台寺险工1至4#坝靠边溜。鲁屯险工靠边溜，武家漫 1、2#坝靠边溜。大牛村控导发生漫顶，坝顶水深 0.1m至0.2 m。桥位以下辛庄险工靠边溜。

2、桥位附近河段的平面变化分析

桥位处于流泽控导工程到鲁祖屯险工的直河段内，通过对该河段1985年至2009年河势演变情况进行分析，发现1990年、1995年、2001年和2003年大清河来水较大，主溜线左右摆动幅度也较大，其他年份的主溜线变化均比这几年要小，因此选用以上4个典型年套绘主溜线演变图（见附图3-1）。

从套绘的主溜线演变图可以看出，桥位附近的大清河河段河道平面变化主要取决于河道整治工程情况和河道内挖砂形成的砂坑情况两个因素。由于大清河河道整治工程相对较少，整治工程长度仅占河道长度的15.1%，对河势溜向的控制作用相对较弱，因此，部分河段的河势不够稳定，加之河道内采砂普遍，加剧了部分河段河势摆动。为了便于研究桥位河段的河势变化，我们选取桥位附近流泽控导工程～古台寺险工～鲁祖屯险工河段进行研究：

（1）流泽控导工程～古台寺险工～鲁祖屯险工河段

流泽桥桥位位于该河段，河道在此形成一弯曲河道，主溜线横向摆动变化特点比较集中，横向摆动比较小。流泽控导工程河段由于左岸有控导工程，对水流有一定的导流作用，该段河道比较顺畅。古台寺险工河段由于右岸有险工控制，溜势较集中，主溜线横向摆动宽度相对较小，为180 m左右，其中CS14断面处为190m。由于1990年洪水时主溜靠近古台寺险工，坝垛挑溜导致主溜直冲鲁屯险工，而2001年洪峰期间主溜在古台寺险工河段走中趋直，到达鲁屯险工主溜位于河中心，因此，导致鲁屯险工处河势较散乱，主溜线横向摆动频繁且变化较大，最大摆动宽度达到360 m。鲁屯险工只有2道坝、5段护岸，工程不完善，河势得不到有效控制，鲁屯险工以下受大牛村控导工程约束，主溜线横向摆动范围有所减小，大牛村控导工程处主溜线横向摆动宽度240 m左右。

3.2.2河道横断面变化

分析流泽桥位附近河段的河势变化情况，主要表现为以下变化趋势：一是由于大清河的河道整治工程密度不大，工程长度占河道长度的比例较小，河道整治工程对河势的控制作用较弱，河势变化较大；二是大清河的河势受河道内人工挖砂的影响日益严重。由于目前大清河河道内人工采砂的砂坑较多，而且砂坑宽度较宽、采砂深度较大，凡是有砂坑的河段，大水时主溜都有可能由原来的位置移至沿砂坑行走，从而造成河势出现左右较大幅度的横向摆动，如1990年大水时，主溜分别沿桥位下首、辛庄、武家漫险工坝前的砂坑行走，改变了原来的河势溜向，1990年6月19日与7月22日的河道主溜线相比，桥位处主溜由左向右横向移动达260m，变化比较剧烈。若今后河道内采砂仍得不到有效控制，出现新的较大砂坑，大清河的河势仍有可能随之产生较大变化。 

从以上河道边界条件和平面变化情况看，流泽桥位附近河段两岸堤距较窄，河道较顺直，上下游分别有流泽控导工程、古台寺险工、鲁祖屯险工控制河势，河势相对较稳定，是建设桥梁的较理想河段，但由于受大清河河道挖砂的影响，桥位下游出现了较大的砂坑，造成大水时河势出现了较大幅度的横向摆动，且今后仍将是影响河势的主要因素。

⑴  CS14断面主槽情况

（1）主槽、深泓点、滩地横向变化

Cs14断面位于南堤桩号96+600河段，该断面基本无右滩。从1995、1999、2005年断面资料来看，该断面1995、1999、2005年相比深泓点位置变化较大（见附图3-3）。1995年断面主槽为从起点距115m至756m，宽度为1m；1999年断面主槽为起点距115m至756m，宽度为1m；2005年断面主槽从起点距104m至756m，宽度为652m。因此主槽宽度变化范围为1～652m。

深泓点起点距摆动范围为390～497m，摆动幅度为107m。1995年深泓点起点距为390m，1999年向右岸摆动了107m，至起点距497m。2005年又向左岸回摆至起点距458m。

（2）深泓点冲淤变化

1995年深泓点高程为39.m；1999年深泓点高程为35.69m；2005年深泓点高程为33.34m。由于河道内采砂影响，2005年分别较1995年、1999年偏低6.30m、2.35m。

⑵  CS15断面主槽情况

（1）主槽、深泓点、滩地横向变化

CS15断面位于左堤桩号97+598河段。从1995、1999、2005年断面资料来看，该断面1995、1999、2005年相比深泓点位置变化较大（见附图3-3）。1995年断面主槽为从起点距123m至568m，宽度为445m；1999年断面主槽为起点距123m至580m，宽度为457m；2005年断面主槽从起点距134m至6m，宽度为530m。因此主槽宽度变化范围为445～530m。

深泓点起点距摆动范围为225～340m，摆动幅度为115m。1995年深泓点起点距为242m，1999年向左岸摆动了17m，至起点距225m。2005年又向右岸回摆至起点距340m。

（2）深泓点冲淤变化

1995年深泓点高程为35.44m；1999年深泓点高程为36.m；2005年深泓点高程为33.79m。

⑶  CS16断面主槽情况

该断面位于南堤桩号98+600处、流泽老桥上游附近。CS16断面以上河段原主槽靠近左岸，流泽护滩工程靠主流，因河道内大规模采砂，主河槽宽度显著增加（见图4-7）。。

（1）主槽、深泓点、滩地横向变化

Cs16断面位于南堤桩号98+600河段。从1995、1999、2005年断面资料来看，该断面1995、1999、2005年相比深泓点位置变化较大（见附图3-3）。1995年断面主槽为从起点距50m至582m，宽度为532m；1999年断面主槽为起点距50m至590m，宽度为540m；2005年断面主槽从起点距55m至599m，宽度为544m。因此主槽宽度变化范围为532～544m。

深泓点起点距摆动范围为280～415m，摆动幅度为135m。1995年深泓点起点距为372m，1999年向左岸摆动了92m，至起点距280m。2005年又向右岸回摆至起点距415m。

（2）深泓点冲淤变化

1995年深泓点高程为33.m；1999年深泓点高程为35.59m；2005年深泓点高程为33.46m。由于河道内采砂影响，2005年分别较1995年、1999年偏低0.18m、0.13m。

3.3 河势预估分析

桥位河段河势的变化主要与河道边界条件以及河道采沙有关。从近期河势分析，由于该河段两岸堤距较窄，控导和险工修建的较多，桥位河段的河势基本得到控制。建桥后由于桥梁的走向、跨径、桥墩形态等都将对河势产生一定的影响，加上缩窄河槽桥下流速加大，对桥位下游的古台寺险工、鲁祖屯险工、大牛村控导工程和辛庄险工产生影响，主要是造成坝岸根部基础的冲刷，将危机工程安全。

6 工程影响防治措施与工程量估算

6.1 对防洪工程影响的补救措施；

6.1.1对大清河堤防影响的补救措施

（1）大桥平交大堤的影响，应采取堤身压力灌浆等措施处理，维护防洪工程的完整。压力灌浆的长度以桥轴线为界上下游均应不少于200m。灌浆次数：大桥施工完成后，对上述范围内的大堤进行一遍压力灌浆，灌浆时加强观测，若吃浆量大，下年继续灌浆，以保持大堤抗洪强度。

（2）对大桥上下一定范围内的临河堤坡进行砌石防护，以防止在漫滩洪水时造成淘刷大堤。护砌高度与现状堤顶平；长度以桥轴线为界上游不少于200m，下游不少于300m，护石深度按堤脚附近滩面以下2m考虑。

（3）在背河修筑的上、下堤辅道，上、下堤辅道和绕行道路按三级公路标准设计，顶宽10m，纵坡不陡于1:20，边坡1:2，高出附近地面1.5m，行车净空不低于4.5m。 并在背河辅道穿越路基的交通涵洞两侧设置排水通道，解决辅道与原大堤之间区域的排水问题。建设单位负责上下堤绕行辅道的维修养护。

（4）大桥建设管理单位应严格按照河道主管机关的要求，工程完工后，恢复堤防的植树、植草防护，排水设施的设置，搞好两岸交通辅道的防护。

（6）由于桥梁建设需要，对堤防进行加高帮宽而占用护堤地和防浪林的，桥梁建设单位应保持护堤地和防浪林原有宽度。

根据工程规划，大清河北堤需要加高加固，桥梁跨越大清河北堤时，如公路建设安排在堤防加固建设前，对跨越影响堤段，公路建设管理部门应负责按照已有的右岸加固设计标准先行建设。

（7）其他措施

在大桥与大堤两岸交汇处进行沉陷量观测。在桥面两侧及两侧加高堤段上分别设置一排沉陷量观测点，从施工期开始及时进行沉陷观测，掌握大堤的沉陷情况，竣工后运行期头三年每年汛前进行一次沉陷测量，以后视累计沉陷量和不均匀沉陷量情况决定是否继续观测，并及时分析研究措施，确保大堤安全。

施工期及大桥运行期间，大桥附近河段大堤发生异常情况，经河道主管机关分析论证，认为是大桥所致，建设单位应采取措施予以补救。

6.2.2对上下游防洪工程影响的补救措施

（1）壅水使流泽桥桥位上首流泽控导工程的设计标准降低，应按相应工程标准进行加高加固。

（2）流泽桥桥位下游的古台寺险工。鲁祖屯险工、大牛村控导工程、辛庄险工，由于建桥使河道断面缩窄，造成流速加大，一般情况下的平均冲刷深度比建桥前有所增加，将使工程的稳定性降低，造成根石走失，应考虑根石加固。

大桥建设对防洪工程的影响，需要采取具体的防治和补救措施，在下一步工作中应开展专项设计。

6.2 施工对防洪及行洪影响的防治措施；

⑴桥梁施工期内施工单位及大桥建设部门应与当地黄河防汛部门密切配合，制定出一套切实可行的渡汛方案，根据洪水情况、和防汛主管部门的指令，及时采取措施，确保大清河防洪安全。

⑵施工期间各项临时工程应尽量减少对河道的阻水、壅水、挑流作用。

⑶施工期间临时占用河道管理范围内的土地，应与河道管理部门协商解决，并按有关规定予以赔偿。

6.3施工对环境影响的防治措施；

⑴桥梁施工期内施工单位应保证

⑵施工期间各项临时工程应尽量减少对河道的阻水、壅水、挑流作用。

⑶施工期间临时占用河道管理范围内的土地，应与河道管理部门协商解决，并按有关规定予以赔偿。

4　防洪评价计算

4.1水文分析计算

 (1)洪水频率分析

洪水频率分析采用黄委会设计院分析计算结果，戴村坝站天然情况下7000m3/s约相当于25年一遇，100年一遇的设计洪水为10900m3/s。

(2)防洪标准

大清河堤防设防标准为防御戴村坝站7000m3/s设计；

(3)戴村坝水位－流量关系推求

桥位相应南堤桩号为97+950北堤1+280，戴村坝水文站相应南堤桩号98+000，桥位距戴村坝站约为0.05km，设计水位采用戴村坝站的水位。

防洪水位采用黄河勘测规划设计有限公司2007年4月编制完成的《黄河流域蓄滞洪区建设与管理规划》推算的大清河戴村坝站设计水位～流量关系推求。

戴村坝站设计水位流量关系表

 表1                   

水位(黄海m)	41.93	42.93	43.	44.	45.57	46.37	46.79	48.0	49.0	50.0
流量(m3/s)	28.3	270	462	1230	1740	2380	2860	5063	7572	10470

大桥设计1/100的流量为10900m3/s，相应水位按戴村坝站设计水位流量关系上延求得10900m3/s水位。

(4)大清河设计设计水位

大清河设计流量为7000m3/s相应的设计水面线按，黄委会以黄规计[2001]49号文“关于大清河堤防工程设计标准的批复”对设计洪水位进行了批复，大清河河道典型断面、站设计防洪水位值见表5-2。

大清河河道典型断面设计防洪水位值表

表5-2

断面名称	桩号		设计防洪水位（黄海高程） （m）
	二级湖堤、新湖围坝、大清河南堤	北堤
增1	二级湖堤19+4000	侯屯	44.79
增2	二级湖堤25+200	西村	44.8
增3	新湖围坝77+300	朱家桥西	44.82
增4	新湖围坝78+750	朱家桥西	44.85
CS1	新湖围坝80+095	展营	44.9
CS2	新湖围坝81+000	17+450	45.94
CS3	新湖围坝81+980	16+200	46.31
CS4	新湖围坝83+000	15+071	46.61
CS5	新湖围坝84+703	13+932	46.75
CS6	新湖围坝85+880	12+750	46.9
CS7	新湖围坝87+117	11+170	47.11
CS8	新湖围坝88+031	10+469	47.34
CS9	大清河南堤90+000	9+000	47.52
CS10	大清河南堤90+870	8+362	47.62
CS11	大清河南堤91+814	7+814	47.68
CS12	大清河南堤93+000	5+790	48.12
CS13	大清河南堤95+225	4+319	48.45
CS14	大清河南堤96+700	3+505	48.51

CS15	大清河南堤97+740	1+840	48.7
CS16	大清河南堤98+600	0+671	49.2
CS17	大清河南堤101+521	无盐村南	49.67
CS18	大清河南堤103+000	牌子村西	50.18
CS19	大清河南堤104+782	牌子村西	50.52
CS20	大清河南堤106+487	吴庄村西	51.15

桥位处设计水位按上表内查。

4.2壅水分析计算

4.2.1桥位断面过水面积变化

流泽桥公路大桥采用全桥渡跨越方式跨越大清河，两岸大堤处均为平交方式跨越，两岸大堤内布设桥墩32个，由于桥墩的存在，缩窄了河道过水面积，将造成大桥上游一定范围内的水位壅高，壅水高度将影响到两岸的防洪工程的安全。为此，在桥位断面按大桥工程设计标准，桥位河段堤防工程设计标准7000m3/s对因大桥建设造成的最大壅水高度和长度进行了分析计算。

设计标准下桥位水位流量采用工程实施前三年刘家园、梯子坝断面的水位流量关系内查。预选桥位Ⅰ、Ⅱ河道断面及主槽与滩地划分采用桥位上下游王家圈和张桥河道统测断面近三年实测资料，结合2000年实测1/10000黄河下游河道地形图确定，大桥建设前后桥位处过水面积和水面宽度变化见表6-7。

不同频率下桥位断面过水面积和水面宽度变化表

表6-7

设计标准			100年一遇	4000m3/s	3000m3/s
设计流量			11000m3/s	4000m3/s	3000m3/s
设计水位	桥位Ⅰ		26.36	23.09	22.35
	桥位Ⅱ		26.27	23.00	22.27
建桥前	水面宽（m）	桥位Ⅰ	1877	534	498
		桥位Ⅱ	2083	327	303
	断面面积（m2）	桥位Ⅰ	8730	2098	1794
		桥位Ⅱ	90	1420	1150
桥墩阻水	阻水宽（m）	桥位Ⅰ	74.5	15	15
		桥位Ⅱ	92	15	15
	阻水面积（m）	桥位Ⅰ	345	67	56
		桥位Ⅱ	404	65	54
建桥后	水面宽（m）	桥位Ⅰ	1877	534	534
		桥位Ⅱ	2083	327	327
	断面面积（m2）	桥位Ⅰ	8391	2071	1773
		桥位Ⅱ	8723	1381	1118

6.2.2大桥壅水计算

⑴壅水高度计算

参照《铁路工程水文勘测设计规范》（TB10017-99）3.5.1式计算，桥梁壅水采用下式进行计算：

                           （规范3.5.1）

式中：—桥前最大壅水高度（m）；

η—系数，η=0.15；

—断面平均流速，为设计流量被全河过水断面（包括边滩和河滩）除得之商（m/s）；

—桥下平均流速，（m/s）。

计算结果详见表6-8。

⑵最大壅水长度

桥梁壅水长度采用下式计算：

式中：L——壅水曲线长度m；

△Z——桥前最大壅水高度m；

I—水面比降，采用I=1/10000。

计算结果见表6-8。

不同频率洪水壅水高度计算成果表

表6-8

设计标准			100年一遇	4000m3/s	3000m3/s
设计流量			11000m3/s	4000m3/s	3000m3/s
设计水位	桥位Ⅰ		26.36	23.09	22.35
	桥位Ⅱ		26.27	23.0	22.27
建桥前流速（m/s）		桥位Ⅰ	1.26	2.12	1.
		桥位Ⅱ	1.21	2.38	2.61
建桥后流速（m/s）		桥位Ⅰ	1.68	2.18	1.93
		桥位Ⅱ	1.7	2.95	2.74
壅水高度（m）		桥位Ⅰ	0.18	0.05	0.04
		桥位Ⅱ	0.22	0.12	0.10
壅水长度（m）		桥位Ⅰ	3625	1015	762
		桥位Ⅱ	4331	2342	2066

4.3冲刷分析计算

6.3.1主槽最大冲刷深度

主槽冲刷深度的大小，取决于来水来沙条件、断面形态及附近河段河势变化情况，应根据河道断面统测资料、河道工程处的根石探摸资料等综合分析确定。

预选桥位Ⅰ、Ⅱ所处河段位于王家圈、张桥和梯子坝统测断面之间，河势相对比较稳定，因此采用王家圈、张桥统测断面资料和附近工程根石探摸资料，分析两桥位处的主槽冲刷情况。1980～2005年王家圈、张桥、梯子坝统测断面主槽深泓点的高程变化分别为15.52～20.05m、11.66～20.26m、12.38～16.67m，变化幅度分别为4.53m、8.60m、4.29m。

根据2006年汛前险工、控导工程根石探摸情况分析，详见附表一。桥位附近的王家圈控导4＃坝根石最大深度为8.75m，坝顶高程为24.67m，对应滩唇平均高程为23.87m，则相当于滩唇以下根石最大深度为7.94m；范家控导4＃坝根石最大深度9.69m，坝顶高程25.66m，对应滩唇平均高程23.69m，则滩唇以下根石最大深度为7.72m；张辛控导2＃坝根石最大深度3.35m，坝顶高程24.49m，对应滩唇平均高程23.86m，则滩唇以下根石最大深度2.72m；张辛险工6＃坝根石最大深度7.59m，坝顶高程24.84m，对应滩唇平均高程23.80m，则滩唇以下根石最大深度为6.55m；张桥控导10＃坝根石最大深度10.1m，坝顶高程26.37m，对应滩唇平均高程24.24m，则滩唇以下根石最大冲刷深度为7.97m；小街险工36＃坝根石最大深度8.75m，坝顶高程22.98m，对应滩唇平均高程21.25m，则滩唇以下根石最大深度7.02m。从以上统计情况可以看出，险工、控导工程根石深度相当于滩唇以下最大冲刷深度为7.97m。

6.3.2滩地最大冲刷深度

洪水漫滩后，由于滩地横比降较大，滩地冲刷主要在堤根河附近。根据1980～2006年王家圈、张桥统测断面滩地深泓点的高程变化，桥位附近在最近20多年来，除1996年外，没有发生过明显的漫滩洪水，就是在1996年滩地冲刷也不明显。实际上，滩地的冲刷主要决定于是否集中行溜，1976年洪水期间，桥位附近的高青孟口滩地发生了明显的集中行流，洪水过后，观测形成的冲刷坑深约3m，但行洪期间可能要深的多。因此，综合分析设计洪水下桥位处滩地最大冲刷深度一般不会超过4.5m。

4.4 建桥后主槽与滩地最大冲刷深度分析计算

大桥建设后，改变了河床的自然形态，河道冲刷将加剧，对防洪工程及大桥安全至关重要。

桥墩桥台冲刷包括河床自然演变冲刷、一般冲刷和局部冲刷三部分。在某一个时期内河床受水沙作用而表现出的自然下切现象称为河床自然演变冲刷。由于大桥修建，桥下过水断面减小，为通过建桥前同样大小的流量，在桥下河床全断面内发生普遍冲刷，称为一般冲刷。由于桥墩引起局部水流边界的突变，迫使水流在桥墩周围等处饶流，流向急剧变化而产生横轴环流，从而引起很大的床面剪切力，冲刷周围河床，称为局部冲刷。

初步确定桥位断面槽滩分流比约为8：2。

4.4.1一般冲刷计算

根据规范要求和桥位河床泥沙组成，桥位处主槽和滩地的一般冲刷采用非粘性土河床的计算公式：

⑴河槽部分

1公式一

采用《公路工程水文勘测设计规范》（JTGC30-2002）-1修正式：

                     （规范7.3.1-4）

式中：—桥下一般冲刷后的最大水深（m）；

      —单宽流量集中系数；

      —桥下河槽部分通过的设计流量（m3/s）；

      —桥墩水流侧向压缩系数；

      —河槽部分桥孔过水净宽（m）；

      —桥下河槽最大水深（m）；

      —桥下河槽平均水深（m）；

      E—与汛期含沙量有关的系数，取0.86；

      —河槽泥沙平均粒径（mm）；

经计算：预选桥位Ⅰ处hρ=9.95m；预选桥位Ⅱ处hρ=14.86m。

②公式二

采用《公路工程水文勘测设计规范》（JTGC30-2002）中公式-2简化式计算公式：

     （规范7.3.1-1）

                             （规范7.3.1-2）

                                （规范7.3.1-3）

式中：

Hp――桥下一般冲刷后的最大水深（m）；

Qp――频率为P％的设计流量（m3/s）；

Q2――桥下河槽部分通过的设计流量（m3/s），当河槽能扩宽至全桥时取用Qp；

Qc――天然状态下河槽部分设计流量（m3/s）；

Qt1――天然状态下桥下河滩部分的设计流量（m3/s）；

Bcg――桥长范围内的河槽宽度（m），当河槽能扩宽至全桥时取用桥孔总长度；

Bz――造床流量下的河槽宽度（m），对复式河床可取平滩水位是河槽宽度；

λ――设计水位下，在Bcg宽度范围内，桥墩阻水总面积与过水面积的比值；

μ――桥墩水流测向压缩系数；

hcm――河槽最大水深（m）；

Ad――单宽流量集中系数，山前变迁、游荡、宽滩河段当Ad>1.8时，Ad值可采用1.8；

Hz――造床流量下的河槽平均水深（m），对复式河床可取平滩水位时河槽平均水深。

桥墩水流侧向压缩系数值μ表

表6-9

设计流速Vs(m/s)	单孔净跨径L0(m)
	≤10	13	16	20	25	30	35	40	45
<1	1.00	1.00	1.00	1.00	1.00	1.00	1.00	1.00	1.00
1.0	0.96	0.97	0.98	0.99	0.99	0.99	0.99	0.99	0.99
1.5	0.96	0.96	0.97	0.97	0.98	0.98	0.98	0.99	0.99
2.0	0.93	0.94	0.95	0.97	0.97	0.98	0.98	0.98	0.98
2.5	0.9	0.93	0.94	0.96	0.96	0.97	0.97	0.98	0.98
3.0	0.	0.91	0.96	0.95	0.96	0.96	0.97	0.97	0.98
3.5	0.87	0.90	0.92	0.94	0.95	0.96	0.96	0.97	0.97
≥4.0	0.85	0.88	0.91	0.93	0.94	0.95	0.96	0.96	0.97

注：⑴系数μ是指墩台侧面因漩涡形成滞流区而减少过水面积的折减系数；⑵当但孔净跨径L0>45m时，可按μ＝1-0.375计算。对不等跨的桥孔可采用各孔μ值的平均值。单孔净跨径大于200m时，取μ≈1.0。

槽滩流量分配按照8：2计算，预选桥位Ⅰ、Ⅱ处河槽最大水深按韩家寺断面、张桥断面深泓点高程计算，经计算，预选桥位Ⅰ处hρ=10.52m；预选桥位Ⅱ处hρ=12.32m。

⑵河滩部分

黄河下游发生大洪水漫滩时，滩地一般表现为淤积，局部因受滩地地形或大河流势变化的影响，集中行溜的地方出现冲刷。

                             （规范7.3.1-5）

式中：—桥下河滩部分通过的设计流量（m3/s）；

      —桥下河滩最大水深（m）；

      —桥下河滩平均水深（m）；

—河槽部分桥孔净长（m）；

—河滩水深1m时非粘性土不冲刷流速（m/s）；

经计算，预选桥位Ⅰ处hρ=6.20m；预选桥位Ⅱ处hρ=5.07m。

⑶一般冲刷结果

设计洪水流量为11000m3/s时，桥位断面一般冲刷按上述方法计算结果见表6-10，桥位断面主槽冲刷的最大深度，公式一的计算值为：预选桥位Ⅰ处hρ=9.95m；预选桥位Ⅱ处hρ=14.86m，公式二的计算值为：预选桥位Ⅰ处hρ=10.52m；预选桥位Ⅱ处hρ=12.32m，从安全角度来考虑，断面的主槽一般冲刷的最大冲刷深度取值：桥位Ⅰ处10.52m，桥位Ⅱ处hρ=14.86m。

滩地冲刷的计算值为：桥位Ⅰ处6.20m，桥位Ⅱ处5.07m.

               桥位断面一般冲刷后的最大深度计算表

表6-10

项目		主槽				滩地
		公式一	公式二	采用	一般冲刷线高程	采用	一般冲刷线高程
桥位Ⅰ	最大冲刷深度（m）	9.95	10.52	10.52	15.84	6.20	20.16
桥位Ⅱ	最大冲刷深度（m）	14.86	12.32	14.86	11.41	5.07	21.20

6.4.2河道内桥台局部冲刷

局部冲刷是由于墩台阻水，在水流冲击和横轴环流作用下墩台周围河床产生的局部变形冲刷。局部冲刷冲刷坑的大小与流速、墩形、水深、河床组成等多种因素有关，本次采用以下方法计算。

⑴河槽局部冲刷计算：

《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30-2002）65-1式修正公式,预选桥位处一般冲刷后主槽与滩地墩前行进流速：

V＞V0则，桥墩局部冲刷按规范7.4.1-8计算

               （规范7.4.1-8）

式中：  —墩形系数，参照规范附录B；

—河床颗粒的影响系数

                     （规范7.4.1-10）

—桥墩计算宽度(m)（查规范附录B）；

—河床泥沙起动流速(m/s)；

—墩前泥沙起冲流速(m/s)；

                   （规范7.4.1-9）

                      （规范7.4.1-11）

                          （规范7.4.1-12）

采用65-1修正式时，相应一般冲刷后墩前行近流速计算公式：

                             （规范7.4.4-2） 

采用65-2修正式时，相应一般冲刷后墩前行近流速计算公式：

             （规范7.4.4-1）

式中：

Vc—河槽平均流速（m/s）;

hc—河槽平均水深（m）

主槽范围内承台顶面高程埋深2m，承台高4.5m，主槽的一般冲刷线高程桥位Ⅰ、Ⅱ分别为15.84m和11.41m，即承台底面高程低于一般冲刷线，根据附录按上部实体进行计算，根据桥位附近河段深层取样的结果，深层取样粒径取0.12mm，经计算预选桥位Ⅰ处主槽局部冲刷：V采用7.4.4-2式时，V0=0.53m/s，V＝2.91m/s，hs=17.48m；当：V采用7.4.4-1式时，V0=0.53m/s，V＝2.40m/s，hs=15.69m。

桥位Ⅱ处主槽局部冲刷：V采用7.4.4-2式时，当V0=0.60m/s，V＝3.65m/s，hs=26.92m；V采用7.4.4-1式时，V0=0.60m/s，V＝4.06m/s时，hs=28.39m，详见表6-11。⑵河滩地局部冲刷：

预选桥位Ⅰ处V0＝0.57m/s，v＝0.503m/s;预选桥位Ⅱ处V0＝0.537m/s，v＝0.483m/s。

因V≤V0则，用 计算 （规范7.4.1-7）

一般冲刷后墩前行近流速计算公式：

                                   （规范7.4.4-3）

 经计算预选桥位Ⅰ、Ⅱ处滩地局部冲刷，hs=2.61m、hs=2.75m。计算结果见表6-11。

桥位处冲刷计算结果表

表6-11

槽滩分流比	项目部位		桥位处冲刷深度（m）						采用最大冲刷深度（m）
			公式 (65-1)
			V采用7.4.4-2			V采用7.4.4-1
			一般冲刷hp	局部冲刷hb	最大冲刷深度（m）	一般冲刷hp	局部冲刷hb	最大冲刷深度（m）
8：2	主槽	桥位Ⅰ	10.52	17.48	28.00	10.52	15.69	26.21	28.00
		桥位Ⅱ	14.86	26.92	41.78	14.86	28.39	43.25	43.25
	河滩	桥位Ⅰ	6.20	2.61	8.81	6.20	2.61	8.81	8.81
		桥位Ⅱ	5.07	2.75	7.82	5.07	2.75	7.82	7.82

由此可见，在设计流量11000m3/s，滩槽分流比2：8的情况下，桥位Ⅰ、Ⅱ主槽和滩地最大冲刷深度分别为28.00m、43.25m和和8.81m、7.82m。

由以上分析可见，桥位Ⅱ位于张桥控导处，由于控导工程的约束作用，河道断面属于窄深断面，局部冲刷深度较大，要求桥位Ⅱ承台埋深更大，从冲刷角度分析桥位Ⅰ优于桥位Ⅱ。

3 河道演变

3.1 河道历史演变概况；

3.2 河势变化分析（包括平面变化和横断面变化）；

3.3 河势预估分析；

3.5桥位处主槽最大宽度和主溜线最大摆幅的确定；

4防凌分析及预估

4.1冰凌情况；

4.2桥位附近历史严重卡冰情况；

4.3冰凌预估；

4.4防凌存在的主要问题；

4.5对桥孔宽度的要求；

7 工程影响防治措施与工程量估算

7.1 对防洪工程影响的补救措施；

7.2 对黄河防凌影响的防治措施；

7.3 施工对黄河防洪及黄河行洪影响的防治措施；

7.4施工对环境影响的防治措施；

桥位断面图