【導(dǎo)讀】濱海新區(qū)、北京清河農(nóng)場、寧河縣等地。本工程擬采用全封閉、全立交、全部控制出入的高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計速度為100km/h，路線全長。本項目的建成將為實現(xiàn)其規(guī)。區(qū)，構(gòu)筑新區(qū)交通保護(hù)屏障起到積極的作用。工程跨越海河，對河道防洪安全問題的影響比較突出。法律法規(guī)，需開展防洪評價。報告》的編制任務(wù)。水成果分析、復(fù)核，以及河道設(shè)計水位、橋梁壅水、沖刷等分析工作，報告中除特別注明外，高程系為1972年大沽高程系。

　　

【正文】 升到 ，即經(jīng)過 18 年（截止 1977 年 8 月）已淤厚達(dá) ；隨著淤積的發(fā)展，其過水?dāng)嗝婷娣e大大減少。在 高程以下， 1959 年過水面積為 1418 m2， 1970 年減為 901 m2， 1977 年 8 月減到 m2，僅為原過水面積的 %。 1977 年以后由于幾次提閘放水，使閘上附近過水?dāng)嗝嬗钟兴鶖U大，到 1981 年 11 月該斷面過水面積回增到 507 m2，同時，閘前河底高程也有所降低，但閉閘后隨著時間的推移回淤高程又逐漸增加。 河 口 的淤積 演變 海河口大沽沙（攔門沙）形成，最早記載見于 1793 年 8 月英國外交使團報告，大沽沙為對稱扇形，中間為大沽沙淺灘的自然深槽，深槽方向為 N79176。 W 即大沽沙航道。大沽沙以內(nèi)有一段河口深水區(qū)（含海河閘上下），稱 河口深淵段。 1902 年春，英國海軍炮艦 Pambker 號對大沽沙淺灘進(jìn)行水下地形測量，并確定大沽零點作為高程基準(zhǔn)面。這時的大沽沙，縱向（東西）灘長約 12km，外坡 1/1300，內(nèi)坡 1/2600；橫向（南北）底寬約15km，北坡 1/700，南坡 1/1300，頂高程－ 。河口深淵段中段還有一道沙坎，坎高程－ （ 注：本 節(jié) 除特別注明外，均為國家 85高程基準(zhǔn) ） ，底長 265m。近百年來，由于人類活動，大沽沙發(fā)生了重大變化，大體可分為三個階段： 30 （ 1） 1902～ 1923 年，海河干流先后進(jìn)行了 6 次裁彎取直，共 縮短河道長度 。河道刷深，潮差增大，納潮量增多，落潮沖刷力加大，導(dǎo)致河口深淵段中沙坎消失。大沽沙項沖刷并向海方向推進(jìn)，頂高程降到－ 左右。 （ 2） 1924～ 1958 年， 1939 年 5 月海河口北側(cè)始建天津港，并在建港前 1924 年就開始修建長約 10km 的南防波堤，其堤走向與 正 北方向夾角 為 100176。，構(gòu)成了海河口的北導(dǎo)流堤。天津港和導(dǎo)流堤的形成，使原對稱扇形的大沽沙淺灘變?yōu)椴粚ΨQ，并迫使大沽沙航道向南偏移。 （ 3） 1958 年，海河閘的修建，改變了原河口的邊界條件，使河口的水流、潮流狀態(tài)進(jìn)行重新調(diào)整 ，相應(yīng)水下地形也發(fā)生變化。據(jù)1995 年 8 月和 1958 年水下地形比較，河口攔門沙頂部位置已由 1958年的閘下約 。前移到閘下 處。且大沽沙航道被淤平。 海河河口淤積導(dǎo)致泄流能力日趨衰減。為了維持河口一定的泄流能力，從 1973 年后，尤其是 1980 年海委成立以來，每年汛前對近閘段進(jìn)行一定數(shù)量的挖槽清淤。 1994 年前每年約 50 萬 m3， 1995 年后每年 100～ 200 萬 m3。局部挖槽清淤，破壞了淤積自然平衡發(fā)展的規(guī)律，出現(xiàn)了挖槽回淤和自然淤積兩種情況。挖槽部位挖得越深，回淤量越大；非挖槽部位，原本是自 然淤積，淤積量逐年減小，直至平衡，但由于挖泥部位需由其他部位提供沙量和沙源，導(dǎo)致非挖槽部位年際和年內(nèi)沖淤幅度變化增大，平衡時間增長。 河道演變趨勢分析 根據(jù) 1900 年 ~1981 年統(tǒng)計資料分析，海河干流河道基本上經(jīng)歷了沖 — 淤 — 沖 — 淤四個歷史演變過程，其特點是：沖淤交替，沖刷是有條件的、暫時的，而發(fā)展總趨勢是淤積。各時段沖淤情況見表 。 31 表 1900~1981 年各時段海河干流來水來沙及沖淤情況表 時段 年平均徑流量 （億 m3） 年平均輸沙量 （萬 m3） 沖淤速度 （萬 m3/年） 備注 1900~1926 （ 1917~1926） （ 1917~1926） 126 表中：負(fù)值為沖正值為淤 1927~1939 400 1940~1957 1959~1981 閘下近閘段 從河道演變的過程可知：河道的沖淤變化過程是在一定的條件下發(fā)生和進(jìn)行的。它們將隨著來水來沙及邊界條件的改變而變化。1900~1926 年與 1927~1939 年兩 個時期比較，其來水來沙量均較大，且均值比較接近。然而由于第一時段內(nèi)進(jìn)行了河道裁彎取直，河床比降變陡，加大了水流流速，使干流攜沙能力增強，因此造成了沖刷。1940~1957 年間的沖刷過程與 1927~1939 年間的淤積過程比較，兩者的來水量只差 7%基本接近，但卻造成一個過程沖，一個過程淤，其主要原因是 人為的 把永定新河的大量泥沙引入新泛區(qū)的結(jié)果，使干流來沙量減少 66%，增加了干流水流挾沙能力，致使造成沖刷過程。 1958 年建閘以來，上游來水量大為減少，這不僅使上游來沙被攔截，致使閘上河道淤積，而且也造成閘下 引河轉(zhuǎn)為潮汐動力所控制，使回淤更為嚴(yán)重。此時，以蓄水為目的防潮閘的修建則加速了 這種淤積的發(fā)展，因而使建閘后形成淤積過程。若今后水流動力條件無大的改變，則淤積還將繼續(xù) 。 從河床演變過程對比分析中可以看出：兩個沖刷過程的形成，皆是受到人類活動重大影響而造成的，再從河道沖淤速度和沖淤量對比中也可以看出，其年平均淤積速度遠(yuǎn)大于沖刷速度，累積淤積量也 遠(yuǎn)較累積沖刷量多。從這里可以看出，若沒有水流動力和來沙條件的改變，海河干流河床演變的結(jié)果仍將是淤積。 32 海河干流河床演變規(guī)律還可以 從五千年來天津地區(qū)造陸過程的歷史事實得到有 力的證明。據(jù) 1958 年考古工作者實地調(diào)查，在天津沿海一帶發(fā)現(xiàn)了三道平行于海岸線的貝殼堤，這是在風(fēng)浪和潮流的作用下在海邊堆積而成的古海岸線遺 跡，它反映了天津一帶向渤海推進(jìn)的造陸變化過程。第一道是以塘沽一帶為中心，距今海岸線最近，大約在一千九百年前形成；第二道以張貴莊一帶為中心，約在三千四百年前形成；第三道以市區(qū)為中心，經(jīng)過大畢莊、張家窩、東流程、團泊洼等地，在五千年前形成，距今海岸線約 50km。時經(jīng)五千余年，海岸線向外海推進(jìn) 50 km，大約每年向外海延伸 10 m。天津一帶渤海灣推進(jìn)的歷史事實，說明了海河干流河 床演變的總趨勢是淤積。 綜上所述，海河干流河床演變的規(guī)律為：沖刷是暫時的，淤積是經(jīng)常的，沖淤交替是在一定的條件下進(jìn)行的，其發(fā)展變化的總趨勢是淤積。但可以利用規(guī)律因勢利導(dǎo)，改變條件，使之朝著有利于沖刷 的方向轉(zhuǎn)化。 33 4 防洪評價分析計算 水文分析 暴雨洪水特性 海河 流域位于中緯度地帶，屬溫帶氣候，大陸性季風(fēng)特征明顯，暴雨天氣主要發(fā)生在 6～ 9 月的汛期，特別是 8 兩個月，在個別環(huán)流異常的年份， 9 月也有較大暴雨出現(xiàn)。據(jù) 1951～ 1980 年實測資料統(tǒng)計，多年平均降水量為 603mm ，最大降水量為 1084mm(1964 年 )，最小降水量為 278mm （ 1968 年 ） 。汛期降水量約占全年總降水量的82 % ；多年平均氣溫為 12℃ ，最高氣溫為 ℃ （ 1955 年 ） ，最低氣溫 18 .3℃ （ 1953 年 ） ，多年平均年蒸發(fā)量 1910mm，全年主導(dǎo)風(fēng)向為西南風(fēng)，平均風(fēng)速 ，塘沽站最大風(fēng)速 27m/s , 6 級以上大風(fēng)多年平均 97 天。 洪水多由暴雨形成，洪水發(fā)生的季節(jié)以 8 月份最多， 7 月下旬到 8 月上旬更為集中，量級最大。洪水的年際變化較大，暴雨中心地區(qū)河流洪峰流量的 Cv 值可達(dá) ～ 。大清河由十幾條呈扇形東西向中小河流組成，由于各支流的面積、河長、坡度、流域形狀等條件的差異，同一場暴雨各支流洪峰出現(xiàn)的時間往往先后不一，各支流洪峰匯至白洋淀，總匯流洪水過程相對平緩，一次洪水歷時達(dá)一個月左右。 設(shè)計洪水分析成果 根據(jù)《天津市城市防洪規(guī)劃報告》， 海河 干流 防洪標(biāo)準(zhǔn)為 50 年一遇， 相應(yīng) 設(shè)計洪水流量為 800m3/s。 設(shè)計洪水位 海河 干流 設(shè)計洪水位采用已 經(jīng)水利部批復(fù)的《海河干流治理工 34 程可行性研究報告》中的計算成果，詳見 表 。 西環(huán)高速跨海河特大橋 橋位處海河設(shè)計洪水位為 。 表 海河干流設(shè)計洪 水位 成果 表 斷面號 斷面名稱 樁號 設(shè)計 洪 水位（ m） 1 子北匯流口 0+000 2 金湯橋 3+150 3 赤峰橋 6+035 4 光華橋 10+015 5 大成五金廠 12+061 6 宋莊子 16+242 7 洪泥河口上游 20+060 8 邢莊子 22+224 9 臥河村 25+752 10 周恩惠碑下 30+448 11 二道閘上 34+405 12 二道閘下 34+405 13 葛沽鎮(zhèn) 39+826 14 西環(huán)高速跨海河特大橋 45+520 15 田莊 46+748 16 鄧善沽 53+210 17 新河油庫 59+513 18 港務(wù)局第三作業(yè)區(qū) 65+009 19 漁船閘 69+295 20 碼頭 71+705 21 海河閘上 73+450 22 海河閘下 73+450 水位壅高及壅水長度分析 橋墩 阻水情況 推薦方案： 河道內(nèi)共布置（ II5） ~（ II8） 共 4 組橋墩。 Ⅱ Ⅱ 8橋墩為三柱墩形式 主橋 邊墩 ，墩 型為 3（根） （長） （寬） ，雙線橋梁共 6 根墩柱； Ⅱ Ⅱ 7橋墩為 門型實體墩 形式 主橋 中墩 ，墩 寬 （左右 各 寬薄壁墩，中部鏤空 ） ， 墩長20m， 雙線橋梁共 2 座墩體 。 墩體結(jié)構(gòu)形式詳見附圖 6。 橋墩 軸線 與水流交角為 176。， 橋墩 阻水面積 占 建橋前 河道過水?dāng)嗝婷娣e 的 比例為 ％ 。 35 比選 方案： 河道內(nèi)共布置（ II5） ~（ II10） 共 6 組橋墩。 Ⅱ Ⅱ 10橋墩為 三 柱墩形式，墩徑 ，雙線橋梁 共 6 根墩柱； Ⅱ Ⅱ 9橋墩為 三 柱墩形式 主橋邊墩 ， 墩型為 3（根） （長） （寬）， 雙線橋梁共 6 根墩柱； Ⅱ Ⅱ 8橋墩為 M 型 實體 墩形式 主橋中墩 ，墩 寬 ， 墩 長 （ 中部鏤空呈 M 型 ），雙線橋梁共 2座墩體。 墩體結(jié)構(gòu)形式詳見附圖 9。 橋墩 軸線 與水流交角為 176。，橋墩 阻水面積 占 建橋前 河道過水?dāng)嗝婷娣e 的 比例為 ％。 壅高計算 分別按前述 水位 壅高計算經(jīng)驗公式 計算發(fā)生 設(shè)計洪水時橋梁上游側(cè) 水位 壅高。 鐵路橋涵壅水公式計算壅高見表 ，耶尼爾公式計算壅高見表 ，堰流公式計算壅高見表 ， 水位壅高計算匯總表見表 。 表 鐵路規(guī)范壅高計算成果 序號 橋梁 方案 流量 (m3/s) 橋墩 流速 (m/s) η 雍高 (m) 橋墩 組 數(shù) 橋墩 阻水面積 (m2) 阻水 比例 Vm V0 1 推薦 方案 800 4 2 比選 方案 800 6 表 耶尼爾公式壅高計算成果 序號 橋梁 方案 流量 (m3/s) 橋墩 橋墩形狀系數(shù) K 下游流速V (m/s) ω 雍高 (m) 橋墩 個數(shù) 橋墩 阻水面積 (m2) 阻水 比例 1 推薦 方案 800 4 2 比選 方案 800 6 表 堰流公式壅高計算成 果 序號 橋梁 方案 流量 (m3/s) 橋墩 橋孔過 水?dāng)嗝? 面積 ω (m2) 流量 系數(shù) μ 上游壅高水頭 △ Z0 (m) 雍高 (m) 橋墩 個數(shù) 橋墩 阻水面積 (m2) 阻水 比例 1 推薦 方案 800 4 2 比選 方案 800 6 表 經(jīng)驗公式壅高計算成果匯總表 36 序號 橋梁 方案 流量 (m3/s) 壅水高度（ m） 最大壅高 (m) 鐵路規(guī)范 公式 耶尼爾 公式 堰流公式 1 推薦 方案 800 2 比選 方案 800 壅水長度 計算 按前述 壅水長度 計算公式 計算發(fā)生 設(shè)計洪水時橋梁上游側(cè) 壅水長度 。 壅水長度 計算成果 見表 。 表 常規(guī)公式壅水計算長度 表 序號 橋梁 方案 流量 (m3/s) 阻水比例 計算壅高 (m) 縱坡 壅水長度 (m) 1 推薦 方案 800 3461 2 比選 方案 800 3115 壅水成果 分析 三 種 經(jīng)驗公式 計算 橋梁水位 壅高相差不大，綜合考慮各方面因素，確定 建 橋前后， 海 河 干流發(fā)生 設(shè)計 洪水 時 ， 推薦方案 橋梁最大壅水高度為 ， 上游 最大壅水長度為 3461m； 比選方案 橋梁最大壅水高度為 ，上游 最大壅水長度為 3115m。 兩方案壅水長度均較大，影響范圍較廣，對洪水下泄 存在 一定的不利影響。 沖刷分析計算 一般沖刷計算 根據(jù) 橋址處 地質(zhì)資料，區(qū)域地層 為第四系松散堆積物，河底表層為淤泥，分布于河槽中，為海陸交互相沉積物，層厚 約 ~，下層為 粉質(zhì) 粘土，液性指數(shù) IL 為 ～ ， 綜合 取 值為 。 采用粘性 土河床及灘地沖刷公式計算一般沖刷深度，計算成果見表 、。 局部沖刷計算 采用《公路工程水文勘測設(shè)計規(guī)范》（ JTGC302