渭南至蒲城公路渭河大桥防洪评价报告

黄科技HX-2005-05-17(N07)

渭南至蒲城公路

渭河大桥防洪评价报告

黄河水利科学研究院

二○○五年三月

课题名称： 渭南至蒲城公路渭河大桥防洪评价 委托单位：承担单位：院 长： 院 总 工： 初 审： 复 审： 审 定： 课题负责人： 报告执笔人： 主要完成人： 陕西省渭南市交通局 黄河水利科学研究院 时明立 姚文艺 焦恩泽 江恩惠 张俊华

侯素珍 茹玉英 王艳平侯素珍 茹玉英 王艳平侯素珍 茹玉英 王艳平王 平 赖瑞勋 张 清楚卫斌

余 欣

张晓丽

目 录

1 概述 .............................................................................................................................. 1

1.1 项目背景 .................................................................................................................................. 1 1.2 评价依据 .................................................................................................................................. 2 1.3 技术路线及工作内容 .............................................................................................................. 2

2 基本情况 .................................................................................................................... 4

2.1 建设项目概况 .......................................................................................................................... 4 2.2 河道基本情况 .......................................................................................................................... 5 2.3 现有水利工程及其它设施情况 .............................................................................................. 8 2.4 水利规划及实施安排 .............................................................................................................. 8

3 河道演变 .................................................................................................................. 10

3.1 河道历史演变概况 ................................................................................................................ 10 3.2 河道近期演变分析 ................................................................................................................ 10 3.3 河道冲淤变化预测分析 ........................................................................................................ 12 3.4 桥位段河势演变分析 ............................................................................................................ 15

4 防洪评价计算 .......................................................................................................... 17

4.1 水文分析计算 ........................................................................................................................ 17 4.2 壅水分析计算 ........................................................................................................................ 33 4.3 墩台冲刷计算分析 ................................................................................................................ 39 4.4 桥梁底部高程确定 ................................................................................................................ 44 4.5 桥位处堤顶高程确定 ............................................................................................................ 46

5 大桥建设对防洪影响与补救措施 .......................................................................... 47

5.1 上涨渡渭河大桥和泾河东庄水库的影响分析 .................................................................... 47 5.2 对河势演变影响及其补救措施 ............................................................................................ 48 5.3 对河道冲淤影响及其补救措施 ............................................................................................ 49 5.4 施工期对河道行洪影响及其补救措施 ................................................................................ 50 5.5 对堤防安全的影响及其补救措施 ........................................................................................ 51 5.6 对环境影响及其补救措施 .................................................................................................... 52

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5.7 对河道管理影响及其补救措施 ............................................................................................ 53 5.8 对第三人合法水事权益影响及其补救措施 ........................................................................ 54 5.9 大桥运用初期的工程观测与防护 ........................................................................................ 54

6 补救工程 .................................................................................................................. 56 7 主要结论及建议 ...................................................................................................... 57 主要参考文献 ................................................................................................................ 60

附：1、黄委会2001年3月对渭蒲高速公路连接线上涨渡大桥建设项目审查同意书（黄水政字[2001]1号）；

2、渭南市人民政府关于渭河上涨渡新桥建成后拆除旧桥的函（渭政函[2004]30号）；

3、渭南市交通局关于渭蒲公路渭河大桥设计变更及建设情况的说明； 4、渭南市交通局提供的渭蒲公路渭河大桥纵断面图。

II

1 概述

1.1 项目背景

1999年6月渭南市计委编制上报了《渭南至蒲城高速公路可行性研究报告》，陕西省计委以陕计交能[1999]423号文件对可行性研究报告进行了批复，同意建设渭南至蒲城公路。

2001年3月9日，黄河水利委员会在郑州召开了渭南至蒲城高速公路渭河沙王大桥和连接线上涨渡大桥建设项目审查会，后下发黄水政字[2001]1号文，同意在原沙王桥上游3m和原上涨渡桥上游3m处分别与老桥平行等跨布设增建渭蒲高速公路渭河沙王桥和连接线上涨渡大桥工程。

2002年10月渭南市计委根据陕西省公路建设规划、渭南市城市规划和渭南高新区渭北产业园区总体规划，将渭南至蒲城公路渭河大桥桥位调整到渭南原上涨渡渭河大桥上游约400m处，重新编制上报了《渭南至蒲城公路渭河大桥工程可行性研究报告》，陕西省计委以陕计基础[2002]969号文对该可行性研究报告进行了批复，同意渭河大桥桥位调整方案，列为国家县际公路建设计划。

根据新的情况，2004年陕西省三门峡库区管理局和黄河水利委员会先后对渭南至蒲城公路渭河大桥建设方案进行了审查，之后大桥全面动工修建。实施过程中，因多种原因建设单位对大桥主槽内跨径布设方案进行了有关变更，实际施工为现状主河槽位臵按3孔50m桥跨布臵，其余桥跨均为30m。本报告依据变更后的大桥建设方案，按照有关规程规

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范，对新的建设方案进行评价。

1.2 评价依据

（1）《中华人民共和国水法》； （2）《中华人民共和国防洪法》； （3）《中华人民共和国河道管理条例》； （4）《防洪标准》（GB50201-94）;

（5）《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-93）；

（6）《河道管理范围内建设项目管理的有关规定》（水利部、国家计委水政[1992]7号）；

（7）《河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则》(试行)（水利部办公厅办建管[2004]109号）；

（8）《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30-2002）; （9）《渭南至蒲城公路渭河大桥两阶段初步设计》批复文件； （10）渭南市交通局技术委托文件。

1.3 技术路线及工作内容

1.3.1 技术路线

系统收集渭河流域华县、临潼等水文站的水文泥沙资料、历史洪水、河道冲淤演变及河势变化资料，桥位河段工程现状及规划资料，通过资料分析、数学模型计算和现场查勘等方法，进行防洪评价计算，根据河道管理的有关规定及防洪要求提出综合评价意见。

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1.3.2 工作内容

主要包括：所在河道的基本情况及工程情况；河道演变的特点及趋势分析；设计洪水与洪水位计算、桥渡壅水计算、冲刷与淤积分析、桥梁底部高程复核等防洪评价计算；分析大桥建设对防洪的综合影响，并提出有关补救措施。3

2 基本情况

2.1 建设项目概况

2.1.1 项目概况及建设目的

渭南至蒲城公路起点位于渭南市乐天大街丁字路口，沿民生路向北跨越渭河后，从木赵村东与S107连接通往蒲城，路线长7.10km。渭南至蒲城公路渭河大桥位于渭南市临渭区双王乡境内，渭南市“上涨渡渭河大桥”上游约400m处，渭淤16～17断面之间。大桥起点位于渭南市临渭区双王乡新风村，渭河右岸堤防桩号43+090，终点位于渭南市临渭区辛市镇新民村，渭河左岸堤防桩号50+945。大桥横跨渭河，桥位与河道基本正交(桥位平面布臵详见附图1)。全桥跨越河道和堤防，大桥与两岸大堤交叉采用下穿立交方式，右岸堤防背水坡布设有桥墩。

该桥的建设是渭南市交通运输发展和改善路网布局的需要。渭南市区有GZ45、G310、G108与S107、S201五条干线公路通过，是陕西省东部最重要的交通枢纽，但向北连接交通极为不便。本项目的建设可以提高渭南市区南北交通能力，缓解渭南市区交通紧张状况，对加强渭南市与渭北各县市及渭南高新区渭北产业园区的联系及地方经济的发展具有重要意义；可以解决上涨渡渭河大桥洪水期不能通行的问题；增加路网关键部位的通行能力与路网的可靠度。

渭南市是陕西关中东部最重要的中等城市，本项目的建设有利于渭南境内主干国道相互连接，增强各市县的横向联系和区域解决的交流，促进区域经济发展加快城市化进程，对渭南市及关中地区经济的持续稳

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定发展有重大促进作用。本项目的建设，使渭南周边各景区联系更加便利，可以促进本地区旅游经济的发展。

2.1.2 大桥设计方案

拟建大桥设计桥长2377.08m，桥宽18.0m；桥梁纵向布设77跨，布臵方案从右到左为17×30+3×50+57×30,即主河槽内3跨单跨跨径50m，其余74跨单跨跨径30m；设计荷载：汽车-超20级，挂车-120;抗震设防烈度8度；设计使用年限为50年。桥梁上部为预应力砼连续箱梁，下部为桩柱式钢筋混凝土桥墩，肋板式桥台。桥柱直径：主河槽内150m大跨度为1.70m，两个边跨为1.40m,其余滩地部分为1.30m；桥柱高6.40～15.95m。桥梁基础为灌注桩基础，设计桩深45～48m，最深桩底高程289.05m（黄海高程，下同），大桥布臵情况详见附图2。

2.1.3 桥梁设计洪水指标

根据长安大学工程设计研究院提供的资料，该桥按300年一遇洪水标准设计，洪峰流量为15600m3/s。桥位河段两岸堤防的防洪标准为50年一遇洪水设防。

2.2 河道基本情况

2.2.1 地形地貌

渭南至蒲城公路渭河大桥位于渭河下游关中平原东部。该区域南依秦岭，北界黄土台塬。海拔330～380m，地势开阔平坦，分布有河漫滩、阶地、山前洪积扇、低缓土梁等。其地貌是在汾渭地堑构造盆地的基础

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上，经长期黄土沉积和渭河冲积切割而形成，并以渭河为轴线，南北两侧呈阶梯状增高的不对称阶地地貌特征。河床地层呈典型的二元结构，上部为细砂和粉砂质粘土，下部为细砂砾卵石层，河床组成沿程由粗变细。

2.2.2 河道概况

渭河是黄河的第一大支流，发源于甘肃省渭源县鸟鼠山，由西向东至风阁岭进入陕西省境内，出宝鸡峡后入关中盆地，经宝鸡、咸阳、西安、渭南等市，于潼关县注入黄河。干流全长818km，流域总面积13.48万km2。南北两岸支流分布极不对称，南多北少。北岸支流大而长，主要有泾河、石川河和北洛河三条，源远流长，含沙量大。南岸主要有沣、产、灞、零、尤河、赤水、遇仙、石堤、罗纹、方山、罗夫、柳叶、长涧、白龙涧及潼河等16条支流，均发源于秦岭北麓，流域面积相对较小,源短流急，径流较丰，含沙量小。

渭河下游自咸阳铁路桥至渭河口，河道长208km，河道平面形态呈游荡型、过渡型、蜿蜒型三种河型。拟建大桥桥位河段属于过渡性河道，该河段河床易淤，主河槽摆动频繁，河宽一般在300～500m，滩面宽度一般在1500～3500m左右。河床比降为1.00000～2.00000，弯曲系数为1.2，河相系数BH为5～10。河道宽窄相间，宽段内分布有河心滩。

2.2.3 水文泥沙

渭南至蒲城公路渭河大桥布设于渭河下游渭淤16～17断面之间，渭淤17断面下游1.915km处。桥位上游46.65km处设有临潼水文站。1961

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年建成测流，控制流域面积9.73万km2。桥位下游30.13km处设有华县水文站，1935年3月建成测流，控制流域面积10.65万km2。桥位上游5.50km处曾设有渭南水文站，控制流域面积10.31万km2，1965年5月建成测流，1979年1月停测。为了分析研究渭河下游河道冲淤变化规律，1960年开始在渭河河口至咸阳水文站河段共布设了56个测验断面，至今已有1960～2004年45年的淤积测验资料。

渭河流域河川径流主要来源于降水，其分布由西向东、由南向北递减，多年平均径流深74mm，年内径流集中在汛期，年际间径流量变化很大。渭河洪水主要来自干流咸阳以上、泾河和南山支流，具有暴涨暴落、峰高量大的特点；渭河沙量主要来自北岸的泾河和北洛河，泥沙的主要特点为水沙异源、含沙量高、地区分布极不均匀、年内相对集中。桥位河段径流主要来自咸阳以上和泾河，泥沙主要来自泾河。

据统计，华县水文站多年平均年水量71.6亿m3，年输沙量3.58亿t,平均含沙量49.7kg/m3；咸阳水文站年均水量43.2亿m3，占华县站水量的60.3%，年均输沙量1.23亿t ,占华县站沙量的34.4%；泾河张家山站年均水量14.1亿m3，年输沙量2.36亿t,年平均含沙量164.5kg/ m3,分别占华县站年水量和沙量的19.7%和65.8%。由于降雨时空分布不均，径流也随之变化。水沙量主要集中于汛期7～10月，平均分别为43.40亿m3和3.186亿t,分别占年水沙总量的60.6%和89.0%。年际间变化也很大，华县站实测最大年水量为171.2亿m3（1964年），最小年水量为

319.40亿m（1997年），变幅达8.8倍 ；实测最大年沙量为10.03亿t (1964

年)，最小年沙量为0.955亿t(2000年),变幅达10.5倍。

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2.3 现有水利工程及其它设施情况

渭河流域现状防洪工程主要有堤防和河道整治工程。60年代初，三门峡水库蓄水运用初期，库区淤积严重，淤积末端不断上延，渭河下游洪水位抬升，为此，在渭河下游先后修建了堤防。60年代中期，为了保护堤防的安全，并结合改善河势，开始修建河道整治工程。

依据国家计委1996年5月批复的《陕西省三门峡库区渭洛河下游治理规划》（计农经（1996）843号文），桥位河段两岸堤防防洪标准为渭河50年一遇洪水设防，治理目标是整治河势、稳定主流，加高培厚堤防，确保两岸防洪安全。目前，该河段左、右岸均为防御渭河50年一遇洪水的Ⅱ级堤防，两岸堤距2300m左右，桥位处左岸堤顶高程349.76m，右岸堤顶高程350.85m。

60年代以来，在渭河下游陆续修建了河道整治工程。目前桥位河段左岸上游有河滩李控导工程，工程长度达950m，下游有上涨渡护岸工程，工程长度1900m；右岸有八里店控导工程，工程长度达1315m，树园工程长度1410m。工程总长度5.675km，对控导主流、稳定河势、保护堤防起到了积极作用。

另外，桥位下游400m处已建有上涨渡渭河大桥。

2.4 水利规划及实施安排

根据国家计委1996年5月批复《陕西省三门峡库区渭洛河下游治理规划》，1997年陕西省委托我院进行渭河下游河道整治治导线的初步设计工作，已通过审查。2002年黄委勘测规划设计研究院和陕西省三门峡

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库区勘测设计院编制了《三门峡库区渭河洛和下游防洪续建工程可行性研究报告》，近期黄委会编制的《渭河流域综合治理规划》2004年已经通过水利部审查，规划中安排对渭河主要堤段的堤防工程进行加高帮宽、加固、堤顶硬化；对河道整治工程进行续建和加固。其中桥位所在河段临渭区堤防工程安排，左、右岸加高的堤防长度分别为26.76、20.1km，左、右岸加固后戗的堤防长度分别为6.12、11.89km。1998年以来沿治导线的控导工程已陆续修建完毕。

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3 河道演变

3.1 河道历史演变概况

渭河流域黄土面积分布广泛，植被覆盖条件差，夏季多暴雨，水土流失严重，每年有大量泥沙进入渭河，使之成为多沙河流。根据历史记载，秦朝和西汉时期，渭河水量充沛，河流航道通畅。东汉以后，气候趋于寒冷，自然植被遭受破坏，黄土区水土流失加重下游开始出现“流浅沙深”，曲流发育。到隋王朝建立不久，因渭水泥沙经常使航道阻塞停滞，水路运输困难重重，于开皇四年（公元584年）重开漕渠，自大兴城西引渭水，东至潼关入河，可见当时泥沙问题比较突出。唐朝时期（公元670～741年）泥沙问题略有改善，漕运改用水陆交替使用，但困难仍然存在。天宝元年（公元742年），由于渭水淤积，韦坚又重开漕渠，取名广运渠。太和元年（公元827年）和开成元年（公元838年）还几次修过广运渠。以上历史资料说明公元初年，尤其到五世纪，渭河下游曲流发育、流浅沙深，河道随环境和水沙条件的变化淤积时轻时重。20世纪60年代以前渭河下游冲淤相对平衡。其中交口以上为微冲，交口以下至入黄口为微淤。桥位处于交口和赤水河口之间，为微淤状态。

3.2 河道近期演变分析

三门峡水库1960年9月开始蓄水拦沙运用，由于初期蓄水位高，最高达332.58m，回水超过潼关，水库淤积严重，淤积末端上延，以至渭河下游河床发生由下向上的溯源淤积。经过运用方式的调整，两次改建

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完成后降低库水位敞泄排沙，库区发生强烈冲刷，潼关高程下降，渭河下游淤积得以控制，1973年底改为“蓄清排浑”控制运用。1960年9月～1973年11月渭河下游（渭淤1～37，下同）淤积泥沙10.47亿m3，主要集中在华县以下，临潼以上淤积很少。1973年11月～1990年9月，渭河下游淤积泥沙0.258亿m3，淤积量较小；1990年10月～2004年10月淤积泥沙2.574亿m3，渭淤10～26（华县～临潼）淤积比例增大。1973年11月以来，华县至临潼河段淤积泥沙1.10亿m3，占渭河下游淤积总量的38.9％。各河段冲淤量分布见表3-1。

表3-1 渭河下游不同时期淤积量统计 单位：亿m3

河 段 渭淤1～10 渭淤10～26 渭淤26～37 渭淤16～19 渭淤1～37 项 目 河段长度（km） 1960～1973 淤积总量 占全河段% 淤积总量 占全河段% 淤积总量 占全河段% 淤积总量 占全河段% 淤积总量 占全河段% 38.5 6.938 66.3 0.300 117 1.251 48.6 1.551 54.8 8.489 63.8 77.2 3.474 33.2 -0.215 -83.4 1.316 51.1 1.101 38.9 4.575 34.4 52.2 0.059 0.5 0.172 66.9 0.007 0.26 0.179 6.3 0.238 1.8 16.4 0.576 5.5 0.068 26.3 0.529 20.6 0.597 21.1 1.173 8.8 195.1 10.470 100 0.258 100 2.574 100 2.831 100 13.301 100 1974～1989 1990～2004 1974～2004 1960～2004 注：断面法成果

桥位位于渭淤16～19之间，1960～1973年淤积0.576亿m3，占该

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时期渭河下游淤积总量的5.5％；1974～2004年淤积0.597亿m3，占该时期渭河下游淤积总量的21.1％。

3.3 河道冲淤变化预测分析

3.3.1 50年淤积变化预测

1973年底三门峡水库“蓄清排浑”控制运用以来，近30年渭河下游淤积泥沙2.831亿m3，年平均淤积量为0.091亿m3，年平均淤积厚度0.022m，其中渭淤10～26河段年平均淤积厚度0.019m。从表3-1可以看出，1974～1990年渭河下游淤积量少，1990年以来淤积速度又有所增加；渭河下游泥沙淤积范围不断向上发展，渭淤10～26河段淤积量占全河段的比例1974年后增加，成为渭河下游重点淤积河段，拟建的关中公路环线渭南过境段渭河特大桥正处于该河段。

从1974年以来渭河下游的淤积分布看，桥位河段淤积量较下游偏大。绘制渭淤16和 17断面典型年实测淤积断面图（详见附图3、4）进行冲淤变化分析可知，渭淤17断面从1960年7月～1974年10月全断面淤高1.76m，主河槽变得窄深；1974年10月～2003年12月滩面进一步淤积抬高，平均淤高约1.0m。渭淤16断面1960年以来同样发生淤积，但由于河势的摆动测验断面有所调整，不能反映真正的断面淤积程度。桥位断面位于渭淤17断面以下，河势基本稳定，左岸滩面特征相同，其淤积厚度与渭淤17断面相近。长期看局部河段的冲淤变化与较长河段的冲淤变化程度是一致的。

清华大学根据潼关高程抬升与渭河下游河道淤积的相互关系，建立

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了能够反映下游侵蚀基准面抬升影响的淤积平衡模型，通过对水文泥沙和河床冲淤资料的分析及平衡模型的分析计算，认为在潼关高程大致保持不变，且来水来沙没有大幅度改变的条件下，目前渭河下游累计淤积已全面接近或正在趋向于淤积平衡。另外，潼关高程持续抬升且居高不下，已引起国家高度重视。2002年开始三门峡水库已经开展了非汛期控制318m水位运用原型试验，其它治理措施（如东庄水库等）正在研究并逐步实施，目前渭河下游持续严重淤积的局面会逐步得到控制。未来一个时期，渭河下游河道淤积速率应不会突破三门峡水库“蓄清排浑”以来的年平均淤积速度。

为预测分析该河段淤积变化，清华大学利用数学模型进行渭河下游50年系列的计算。采用不同水沙系列进行了两个方案的计算。方案1为1975～1998年翻番水沙系列，咸阳多年平均水量为36.5亿m3，沙量为0.802亿t；张家山（二）多年平均水量为13.03亿m3，沙量为2.25亿t。方案2为1950～1974年翻番水沙系列，咸阳多年平均水量为32.6亿m3，沙量为1.14亿t；张家山（二）多年平均水量为10.2亿m3，沙量为2.12亿t。计算结果表明，渭淤10～26河段方案1淤积量为2.17亿m3，年均淤积厚度为0.022m，方案2淤积量为2.85亿m3，年均淤积厚度为0.029m。计算结果方案1淤积速度略大于目前平均情况，方案2偏大。

另外，1990年黄委会提出的《黄河治理开发规划报告》（以下简称“90规划”）根据实测水文泥沙资料，利用输沙率法分析渭河下游冲淤变化规律，建立冲淤关系式进行冲淤变化预测，其年平均淤积速度为0.012ｍ/年，小于目前的淤积速度。

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经过综合对比分析，桥位河段淤积速率1974～2004年平均为0.019 m/年，该时段包括了偏丰水年和1990年以来的枯水年以及1994、1995年的多沙年份，有一定的代表性，为偏于安全采用0.02m/年。渭河下游2004～2053年各河段淤积厚度预测情况详见表3-2。

从表中可以看出，未来50年渭淤1～10河段为1.63m，渭淤10～26为1.00m，渭淤26～37为0.45m。

表3-2 渭河下游2003～2053年各河段淤积厚度预测表

河段 全河道面积（亿m） 1960年9月－1973年11月 淤积体积（亿m） 平均淤积厚度（m） 年平均淤积厚度（m） 淤积体积（亿m） 平均淤积厚度（m） 年平均淤积厚度（m） 淤积体积（亿m） 3332渭淤1～10 渭淤10～26 ＊渭淤26～37 渭淤1～渭淤37 ＊1.534 8.489 5.534 0.126 1.551 1.011 0.033 0.452 0.155 0.013 4.07 1.947 0.039 4.339 2.076 0.042 0.033 1.63 1.887 4.575 2.425 0.055 1.101 0.584 0.019 0.389 0.147 0.012 2.17 1.149 0.022 2.848 1.509 0.030 0.020 1.00 0.749 0.238 0.317 0.007 0.179 0.239 0.008 0.243 0.232 0.019 0.32 0.427 0.008 0.441 0.589 0.012 0.009 0.45 4.17 13.301 3.190 0.073 2.831 0.679 0.022 1.084 0.164 0.014 6.569 1.39 0.028 7.627 1.614 0.032 0.022 1.10 1973年11月-2004年11月 “90规划”预测（12平均淤积厚度（m） 年） 年平均淤积厚度（m） 数学模型计算结果平均淤积厚度（m） （方案1） 年平均淤积厚度（m） 数学模型计算结果平均淤积厚度（m） （方案2） 年平均淤积厚度（m） 年淤积厚度（m） 本次预测 50年淤积厚度（m） 淤积体积（亿m） 3淤积体积（亿m） 3注：“90规划”和数学模型中，华县以下延长到潼关断面。

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3.3.2 洪水期淤积变化预测

根据实测资料分析，当渭河下游发生大洪水时，虽然冲淤变化比较复杂，但洪水淤积的影响仍然存在，即滩面和主槽均会产生一定淤积。本次计算经过综合分析仍采用“90规划”的大洪水淤积预测成果，详见表3-3。

表3-3 渭河下游大洪水淤积厚度计算表

黄淤41～渭淤10 项 目 全断面 河道面积（亿m） 淤积量（亿m） 50年一遇 淤积厚度（m） 淤积量（亿m） 300年一遇 淤积厚度（m） 0.745 0.786 0.720 0.608 0.606 0.609 注：洪水淤积铺沙计算时，仍按全断面铺沙考虑。 332渭淤10～37 全断面 2.637 1.225 0.465 1.603 槽 1.057 0.490 0.464 0.641 滩 1.579 0.735 0.465 0.962 槽 0.798 0.328 0.411 0.627 滩 1.291 0.486 0.376 0.929 2.089 0.814 0.390 1.556 3.4 桥位段河势演变分析

1960年以前桥位河段河势演变以凹岸淘刷后退和弯顶下移居多，河势仅在一定范围内变化。1960年以后，河势变化加剧，弯顶不断上提和下挫。为控制河势，陆续修建了河滩李、八里店、上涨渡和树园工程，对控制河势变化，保堤护滩起到了重要作用。

根据1955～2003年河势图分析，本河段1955年左右上游主溜呈西南～东北流向在北岸河滩李附近着流，又转呈西北～东南流向在南岸八里店附近着流，下游又转向西南～东北流向在北岸上涨渡村着流。1971

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年上游着流点仍在北岸河滩李附近，桥位（八里店附近）处着流点由南岸转向北岸上涨渡大桥桥北端。1977年以后八里店河势没有大的变化，只有弯顶逐年下挫。1992～1993年对八里店控导工程进行了维修和加固，河道主流基本得到控制。1997年，黄河水利科学研究院总结分析了渭河下游1955年以来近50年主流流路变化基本规律，考虑天然河道节点和河道整治工程位臵，采用微弯型治理方案，分析拟定了河道整治后主流的基本流路变动范围，完成了《渭河下游河道整治治导线》拟定。治导线中水整治主槽宽为600m，整治流量3500m3/s。

目前桥位河段沿治导线左岸上游3.0km处建有河滩李控导工程，右岸建有八里店控导工程；左岸下游2.8km处建有上涨渡控导工程，右岸下游建有树园工程。桥位河段经过多年治理，取得一定成效，河道主流基本得到控制，主流流路基本在治导线范围内沿河滩李～八里店～上涨渡～树园而行。但主流上提下挫现象还时有发生，特别是树园工程弯道持续发展，已成为“横河”。河势变化情况详见附图1。

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4 防洪评价计算

4.1 水文分析计算

4.1.1 洪水特性

渭河下游洪水主要来源于泾河、渭河干流咸阳以上和南山支流。渭河流域洪水具有暴涨暴落、洪峰高、含沙量大的特点。每年7月～9月为暴雨季节，大洪水多发生在这一时段。

历史上渭河曾发生过多次大洪水，1898年（光绪24年），渭河咸阳段发生特大洪水，咸阳、华县洪峰流量分别为11600 、11500m3/s。1911年，泾河发生特大洪水，张家山洪峰流量14700m3/s。1933年，华县洪峰流量8340m3/s。1981年8月华县站发生了5380m3/s的洪水。

90年代以后，洪水特性发生了一定的变化，主要表现在：洪水次数减少、发生时间更加集中，高含沙中常洪水频繁发生，同流量水位偏高、漫滩几率增大、漫滩洪水传播时间延长等。例如，日平均流量大于1000 m3/s天数，90年代以前平均14天/年，90年代以来只有2.6天/年；流量大于3000m3/s的洪水，1960～1990年共发生了25次，90年代以来仅发生3次。

4.1.2 设计洪水分析及复核

4.1.2.1 调查历史洪水及重现期的确定

由于渭河流域各地区暴雨特性不同，上、中、下游历史大洪水多不遭遇。据调查考证渭河华县以上先后在1849、1898和1933年出现过大

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洪水，其中1898年、1933年大洪水的资料较全面。

1898年（光绪24年）洪水是发生在渭河咸阳以上的特大历史洪水，雨区在渭河上游。用比降法推得咸阳站洪峰流量为11600m3/s，华县站洪峰流量为11500m3/s，重现期为105年。

1933年洪水是发生在渭河上的较大历史洪水。调查计算的华县站洪峰流量为8340m3/s，重现期按实测资料排序。 4.1.2.2 实测资料系列

桥位所在河段介于临潼水文站和华县水文站之间，临潼水文站有1961～2004年共44年的实测洪水系列，华县水文站有1935～1943，1950～2004年共64年的实测洪水系列，渭南水文站有1965～1978年共14年的实测洪水系列。各测站资料系列长短不一，为使各站资料系列保持相对的连续性和一致性，参照上、下游站或相邻站的资料对其缺测年份进行插补或延长，并将受人类活动影响的洪水资料进行还原。

临潼水文站缺测年份采用下游的华县水文站作为参证站进行插补延长。渭南水文站1961年以前采用下游的华县水文站作为参证站进行插补延长，1961年以后为了避免三门峡水库对洪水资料的影响，采用上游的临潼水文站作为参证站进行插补延长。由于各参证站与设计站相距较近，区间来水又很少，所以，一般关系都很好，相关系数均在0.90以上。详见表4-1。

表4-1 各站洪峰、洪量相关关系

项目 Qm 临潼=k华县+b Y=1.0459X+149 渭南=k华县+b Y=1.1097X-74.5 18

渭南=k临潼+b Y=1.9641X+10.3 华县站受人类活动影响的洪峰流量资料还原数值1990年以前采用规划阶段成果，即采用本站洪峰胖瘦系数Qm/w1为参数，由1日洪量相关还原；1990年以后是用本站洪峰与临潼站洪峰相关求得。还原成果详见表4-2。

表4-2 华县站洪峰流量还原计算成果 单位：m3/s

年份 1966 5180 7000 1968 5000 5850 1970 4320 5100 1981 5380 6200 1995 1500 2360 2003 3570 4730 Q实测 Q还原 以此求出临潼、华县、渭南站1935～1943，1950～2004年共64年洪峰流量系列。

4.1.2.3 系列代表性分析

插补延长后临潼、华县、渭南站均有1935年至2004年共计64年洪水资料系列，另外还调查到1898年以来两次较大的历史洪水。鉴于临潼、华县、渭南站洪水资料系列已长达64年，基本上包括了丰、平、枯时段和各种来水组合，且加入了历史调查洪水资料，因此认为该洪水系列具有较好的代表性。

4.1.2.4 洪水频率分析计算

根据临潼、华县、渭南站1935～2004年共64年洪峰流量系列，按照《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-93）推荐的方法，以年最大值法选样，并加入历史调查洪水，按不连续系列进行频率分析，洪水经验频率采用数学期望公式进行计算，均值及变差系数CV采用矩法计算，理论频率偏态系数Cs 按经验取CV的倍比通过适线确定。其计算公式为：

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连续系列的经验频率按下式计算：

Pm?m （4-1） n?1历史特大值经验频率按下式计算：

PM?M （4-2） N?1上述（4-1）、（4-2）式中，Pm 、PM为经验频率；m、M分别为连续系列、历史特大值排列序号；n、N分别代表连续系列年数、历史特大值首项重现期。

均值和变差系数CV的计算公式为： （1）当为连序系列时：

Q?1n ?Qi （4-3）n1CV?1Q??n1Qi?Q?2n?1 （4-4）

（2）当为不连序系列时：

Q?1?nN?an? Q?Qj? （4-5）???1i1n?n?Cv?1Q22?1?nN?an （4-6） Q?Q?Q?Q??ii??11N?1?n?a?????上式中，Qi、Qj分别代表连续系列和特大值系列变量；a、n分别代表特大值个数和实测系列个数。

根据矩法计算出来的统计参数，采用皮尔逊Ⅲ型曲线进行适线，在适线中总的准则是：尽量使理论频率曲线通过经验点据的中心位臵。若有困难时，侧重考虑与上部和中部大水点据吻合。历史洪水重现期有变动范围时，定线时作适当考虑。经过适线，求得各站设计洪水成果及统

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计参数详见表4-3和附图5、6、7。

表4-3 临潼、渭南、华县站洪水频率分析计算成果表 单位：m3/s

资料系列 站 名 项 目 N n a 1 1 1 均值 统计参数 不同频率P（%）设计值 Ｃｖ 计算 采用 Cs Cv4.0 4.0 4.0 0.33 14400 13800 12800 1 11900 11500 10700 2 5 临潼 渭南 华县 Qm 105 64 Qm 105 64 Qm 105 64 3990 0.47 0.54 3960 0.49 0.52 3680 0.49 0.52 10400 8310 10000 8080 9300 7510 4.1.2.5 成果对比及选用

（１）本次与规划阶段计算成果比较

“90规划”中，洪水频率分析计算成果曾通过了水利部规划总院的审查，本次计算与“90规划”成果比较情况详见表4-4。

表4-4 临潼、渭南、华县站洪水频率分析成果比较表 单位：m3/s

资料系列 站名 项目 计算 时间 统计参数 不同频率P（%）设计值 N 72 N 30 a 1 1 1 1 1 Cs 均值 Ｃｖ Cv5060 0.50 3990 0.54 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 0.33 1 2 5 临潼 渭南 华县 90 规划 Qm 17000 14200 12400 10100 14400 11900 10400 8310 8080 8530 7510 本次计算 105 64 90 规划 Qm 本次计算 105 64 90 规划 Qm 本次计算 105 64 72 30 3960 0.52 4460 0.46 3680 0.52 13800 11500 10000 13800 11700 10300 12800 10700 9300 （２）设计成果选用

从表中看出，本次计算成果比“90规划”成果偏小5%～16%左右，其原因主要是20世纪80年代以后渭河一直处于枯水时段，发生大洪水

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次数减少，随着资料系列的延长，均值减小。鉴于安全考虑，同时渭河下游设计洪水涉及黄河治理、渭河规划诸多方面因素，故本次以“90规划”成果作为桥位所在河段防洪影响评价的依据。 4.1.2.6 桥位处设计洪水计算

渭南至蒲城公路渭河大桥桥位处于临潼水文站与华县水文站之间，距原渭南水文站较近。临潼～华县河段长76.78km，区间无较大支流汇入，考虑到渭南水文站实测资料系列短，计算设计洪水成果精度相对较差，故桥位设计洪水采用临潼站和华县站的设计洪水计算成果直线插补进行推求。

经插补计算，桥位处300年一遇洪水洪峰流量为15100m3/s，100年一遇洪水洪峰流量为12700m3/s，50年一遇洪水洪峰流量为11100m3/s，详见表4-5。

表4-5 设计洪水成果比较表

频率P（%） 项 目 0.33 渭蒲公路桥 （陕西省公路勘测设计院） 90规划 相差率（%） 15600 15100 -3.3 1 12700 2 11100 相差率以“90规划”为准计算 备注 从表中看出，陕西省公路勘测设计院提供的渭南至蒲城公路渭河大桥设计洪峰流量与“90规划”的设计洪峰流量成果相比较，其计算成果非常接近，故本次仍采用“90规划”的计算成果作为桥位所在河段防洪影响评价的依据。

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4.1.3 设计洪水位分析计算

采用两种途径分析计算设计洪水位，一种是水力因子分析法，另一种是数学模型计算法。 4.1.3.1 水力因子分析法

渭南至蒲城公路渭河大桥位于临潼至华县河段，其间有交口、渭南和詹家水位站。本次设计依据临潼站的相关资料，并考虑华县水文站资料，先确定临潼站现状高水部分的水位～流量关系(即外延)，按河段比降、未来50年及大洪水期间淤积量，求出桥位站2053年水平的设计洪水位。

（1）临潼站现状水位～流量关系的外延

水位～流量关系外延方法较多，但据临潼站水力因子之间的关系及水位～流量关系的特点，主要采用水力学公式计算外延。即用

AH2/3J1/2J0.52/3Q?AV??kAH，其中k?，此法简称R?K法。所谓R?K法，

nn是指对于像临潼站这样的河道顺直的测站，高水部分K值接近常数，因此高水部分变化趋势可顺势沿平行于纵轴的方向延长。由2003年汛后实测大断面资料算出各级水位下的面积A与平均水深H，并自水位和K的关系曲线上查出K值，即可根据Q?kAH2/3计算流量，据此推求大水时的水位流量关系。

经对临潼水文站历次大洪水的水位与K关系分析，大水时K值一般在1.0左右，本次取K=1.0。据此，计算出临潼站现状300年一遇洪水位为359.38m，50年一遇洪水位为358.71m。

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（2）桥位处设计洪水位分析

临潼至华县河段纵剖面变化不一致，见图4-1，上段较陡，下段变缓，转折点约在临潼以下25km处。对历次大洪水各站水位及2003年渭河下游沿程洪水位调查资料分析，大水时上段比降为2.40000，下段比降为1.80000，按此比降及临潼现状设计洪水位，可求得桥位处现状设计洪水位300年一遇为349.48m、50年一遇为348.80m。考虑未来50年(2053年)河道的淤积厚度为1.0m，300年一遇及50年一遇设计洪水期间的淤积厚度分别为0.608m及0.465m，据此，求得桥位处设计水平年洪水位：300年一遇和50年一遇分别为351.09m及350.27m。

390380河底高程(m)370360桥位350340临潼200150渭淤19渭淤16100华县50330距潼关距离(km)图4-1渭河下游主槽纵剖面图

4.1.3.2 数学模型计算法

（１）模型简介

采用模型为黄委会一维非恒定水流泥沙数学模型，其基本方程和离散方法如下。

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１）基本控制方程 水流连续方程：

?Ai?Qi??qLi?0 (4-7) ?t?x水流运动方程：

?Qi?Qi2Qi?ZiQi2 ?(?1i)??2iqLi?gAi(?2)?0 (4-8)

?t?xAiAi?xKi泥沙连续方程

mm?(AV?iiSi)(AS??(K1ij??ijf1ijbijSij?ij)??(K1ij??ijbijS?ij?ij)?SLiqLi?0 (4-9) ii)??t?xj?1j?1河床变形方程

?ZbijK1ij??ij??ij(f1ijSij?S?ij)?0 （4-10） ?t?0式(4-7)～(4-10)中，i为断面号；j为子断面号，河床高程最低的子断面取j为1，最高的取j为m；Q为流量；A为过水面积；t为时间；x为沿流程坐标；Z为水位；K为断面流量模数；?1为动量修正系数；qL、

?为泥沙浑水沉速；SL分别为河段单位长度侧向入流量及相应的含沙量；

S为含沙量；S?为水流挟沙力；?0为淤积物干容重；bij为子断面宽度；Zbij

为子断面平均河床高程；m为子断面数；f1为泥沙非饱和系数；K1为附加系数；??为平衡含沙量分布系数，可由下式计算：

???其中

N0??10f(?g?1?,?)exp?5.33arctg?1?d? cnC?u????1?exp(8.21) （4-11） N0?u? (4-12)

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式中：?为浑水卡门常数；Cn为涡团参数(Cn=0.375?)；u?为摩阻流速；C为谢才系数；f(f(g,?)由下式表示： cnCgg3?g,?)?1??(???2?arcsin?) cnC8cnCcnC (4-13)

附加系数K1目前还只能当作一个综合修正系数来处理，运用量纲分析及相似转化原理，并根据动床河工模型资料，K1可表达为

1.514.5u?K1??(0.5)1.14

2.65V? (4-14)

非饱和系数f1，通过归纳分析，再借助试验资料，得出

S[0.1/arctg(S?)] f1?()S?S (4-15)

２）方程离散及解法

模型计算采用非耦合解法，即先单独求解水流连续方程和水流运动方程，求出有关水力要素后，再求解泥沙连续方程和河床变形方程，推求河床冲淤变形结果，如此交替进行。

先对方程(4-7)、(4-8)采用四点隐式差分格式进行离散。四点隐格式即Preissmann格式，这是对邻近四点平均(或加权平均)的向前差分格式。对t的微商取相邻结点上向前时间差商的平均值，对x的微商则取相邻两层向前空间差商的平均值或加权平均值。对于网格中的M点

nn?1n?1(1??)(fin?fi?)??(f?fn??1ii?1)?fi?令f(M)?1/2 (4-16) 2n?1nn?f(M)fin?1?fi?1?fi?fi?1? ?t2?t (4-17)

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n?1n?1nn?f)?(1??)(f?f?f(M)?(fi?1ii?1i) ??x?xi (4-18)

其中f为任一函数，fin为f(xi,tn)；?为权因子，其值为小于或等于1的正数。

依照式(4-16)～式(4-18)得出方程(4-7)、(4-8)的离散形式。在给定了初始条件后，采用追赶法对未知数进行迭代计算，直到满足精度为至。

方程(4-9)采用全隐式进行离散，给出边界条件S1n?1?S1(tn?1)，即可求出各断面n?1时刻的平均含沙量。再将断面平均含沙量分配到各个子断面上，各个子断面的河床变形方程(4-10)即可离散为

n?1nZbij?Zbij??tK1ij??ij?0n?1?ij(f1ijSij?S?nij?1)

(4-19)

上式计算结果即为n?1时刻河床冲淤变形后的高程。 （２）模型中关键问题的处理 １）断面概化处理

渭河下游为复式河道，滩槽阻力和泥沙冲淤横向分布很复杂，故需采用复合断面处理方法。将各个断面概化为若干个子断面，同一断面上的各个子断面的糙率和冲淤厚度可以不同。设各子断面的河床高程为宽度Bij，糙率Bij，其中脚标i代表断面号，j代表子断面号（图4-2）。Zbij，

已知某一断面流量为Qi、水位为Zi，假定能坡沿断面变化不大，曼宁公式适用于各个子断面。

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j = 1j = 2j = 3j = 4原始断面形态概化后断面形态图 4-2断面概化示意图

1.当Zi?Zbij时，则有：

各子断面宽度Bij?Bij；各子断面水深hij?Zi?Zbi；各子断面面积j2/3Aij?Bij?hi；各子断面流量模数Kij?Aij?hij/nij j2.当Zi?Zbij时，则有：

Bij=0；hij=0；Aij=0；Kij=0。

那么，第i大断面的水力要素为：水面宽度Bi??Bij；过水面积

jAi??Aij；流量模数Ki??Kij；各子断面能坡和断面平均能坡分别为

jj22，各子断面的流量和平均流速分别为Qij?Qi?Kij/Ki、Jij?Qij/KijJi?Qi2/Ki2；

uij?Qij/Aij。

２）糙率

河道糙率是河流动力学研究的重要问题之一，它不仅与河道的过流能力、水位变化密切相关，而且还影响河道水流的挟沙能力、冲淤状况等。目前，存在两种方法确定河道糙率。一是建立糙率与各水沙要素、河床形态等之间的经验关系式，如可建立综合糙率与断面流量、断面形态、床沙粒径等之间的关系式。这种方法能较为详细地反映沙波消长对糙率的影响，但无法考虑天然河道的各种附加阻力。另一种是根据糙率

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随流量变化的一般规律，利用同流量下的水位资料试算糙率，从而确定各河段不同流量级下的糙率变化规律，这种做法能充分考虑各附加糙率对综合糙率的影响，从而使计算结果更加符合实际。缺陷是当水流流态、河床形态等发生与过去显著的变化时，由经验公式计算的河床综合阻力不一定能反映实际情况。

在目前的条件下，惟一可靠的途径是通过实测资料来率定糙率的值，但不同的水沙条件下，糙率值变化很大，与流量、水深等关系都是十分密切。对于渭河下游这样复杂的河道形态，糙率值只能从大尺度、长时间平均上去确定。因此较为实用的方法是：根据经验，给出各大河段不同流量级下糙率的基本值，再通过水面线验证计算进行适当的调整。计算过程中还可根据河床冲淤状况，适当调整糙率的大小。

３）水流挟沙力计算

对于高含沙洪水，河道冲淤变化幅度相当大，对洪水位的影响非常明显。即使是一般洪水，泥沙连续方程和河床变形方程中经率定调整后的泥沙恢复饱和系数也远小于1。这种理论与实际相矛盾的根源，除在方程求解过程中采用的简单处理与实际相悖外，最关键的因素是水流挟沙能力公式选取的合理与否。水流挟沙力是河床变形计算成功的重要参数。如果模型中引用的水流挟沙力公式计算结果偏小，差值S?S?常出现的水沙条件下就会偏大，为使河床淤积量不致过多，不得不将相乘的泥沙饱和系数取得更小一些。因此，为保证能较好的模拟渭河下游河道的输沙特性，本模型采用张红武公式计算水流挟沙力，即：

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???(0.0022?S)V3?H???S??2.5?ln????????smgH??6D50?????m??0.62 (4-20)

式中：S?为体积含沙量；D50为床沙中径；?、?、?m分别为浑水卡门常数、泥沙在浑水中的沉速及浑水容重，它们可依次由以下三式计算

? ??0.4??1?4.2S?(0.365?S?)?

3.5 (4-21)

??S????0?1??(1?1.25S?) (4-22)

?2.25d50????m????1????? ?S ?s? (4-23)

式(4-21)～式(4-23)中，?为水流容重；?s为泥沙容重；S为含沙量；

?0为非均匀沙在清水中的沉速；d50为悬移质泥沙中径，单位mm。

（3）计算条件

１）计算范围及出口水位确定

计算河段为临潼～华县河段，起算断面选择华县水文站断面，断面水位～流量关系采用本次分析结果。

２）地形输入

初始地形采用渭河下游2003年11月实测断面资料，设计水平年考虑50年以及设计洪水期间的淤积厚度，并将高程统一到黄海高程。根据实际断面形态，将大断面划分为若干子断面，包括主槽、低滩、高滩。鉴于该桥建成后上涨渡大桥拆除，计算过程中未考虑上涨渡大桥断面对该桥位的影响。

计算过程中，不考虑大堤溃决和洪水漫堤的可能影响。

30

３）断面糙率率定

在计算设计洪水水面线前首先要确定各个断面的糙率。为此，选取渭河下游“03.9”洪水，据其实测洪痕资料，采用试糙法确定各断面糙率。率定结果详见表4-6。

表4-6 临潼～华县河段2003年洪水水面线演算成果表

洪水位（m） 项 目 调查 流量 3（m/s） 临 潼 华 县 左岸 341.83 344.74 345.78 346.46 347.50 348.17 348.84 351.18 357.20 5100 3570 右岸 342.23 344.66 345.88 347.44 351.46 353.99 357.28 验算 5100 3570 342.23 344.63 345.84 346.05 347.83 348.18 349.05 350.66 353.47 357.41 河槽糙率 滩地糙率 综合糙率 0.0190 0.0162 0.0162 0.0162 0.0162 0.0162 0.0162 0.0162 0.0196 0.0196 0.032 0.032 0.032 0.032 0.032 0.032 0.032 0.032 0.032 0.032 0.0272 0.0260 0.0260 0.0260 0.0260 0.0260 0.0260 0.0260 0.0284 0.0284 率定糙率 岸 别 断 面 号 渭淤10 渭淤13 渭淤15 渭淤16 渭淤17 渭淤18 渭淤19 渭淤21 渭淤24 渭淤26 注：表中洪痕高程数值为黄海高程 据1981年实测资料分析，河段河槽糙率在0.0162～0.0266之间，滩地糙率为0.035（详见表4-7），与本次率定出的糙率基本相当。

表4-7 渭河下游各河段糙率表

渭淤断面号 河槽糙率 滩地糙率 31 1～17 0.0190 17～24 0.0162 24～27 0.0196 0.035 27～29 0.0228 29～35 0.0266

（4）水面线计算

利用黄委一维非恒定水流泥沙模型，计算的桥位处设计洪水位成果详见表4-8。

表4-8 渭河下游临潼至华县河段设计洪水水面线计算成果表

类 别 0.33% 17000 13800 现 状 344.06 344.80 345.28 346.39 347.26 347.74 348.08 349.24 349.86 350.47 351.29 352.29 352.90 353.81 355.05 355.66 356.98 359.55 设计水平年 345.67 346.41 346.89 348.00 348.87 349.35 349.69 350.85 351.47 352.08 352.90 353.90 354.51 355.42 356.66 357.27 358.59 361.16 2% 12700 10300 现 状 343.38 344.21 344.70 345.91 346.78 347.15 347.50 348.54 349.42 349.89 350.71 351.59 352.20 353.21 354.45 355.19 356.57 358.84 设计水平年 344.84 345.67 346.16 347.36 348.24 348.60 348.95 350.12 350.86 351.33 352.16 353.03 353.64 354.64 355.86 356.60 358.01 360.25 流量（m3/s） 临潼 华县 计算条件 渭淤10 渭淤11 渭淤12 渭淤13 渭淤14 渭淤15 渭淤16 桥位断面 断 面 号 渭淤17 渭淤18 渭淤19 渭淤20 渭淤21 渭淤22 渭淤23 渭淤24 渭淤25 渭淤26 从表中可以看出模型计算得到的桥位断面设计水平年水位：300年

32

一遇为350.85m，50年一遇为350.12m。

（5）采用设计洪水位

综合分析各次计算成果（表4-9），其计算差值基本上是系列年淤积影响的水位抬升数值，说明本次设计洪水位计算成果也是合理的。从偏于安全考虑，推荐本次两种计算方法中的较大值作为设计水平年洪水位：300年一遇为351.09ｍ，50年一遇为350.27m。

表4-9 桥位处历次洪水位计算成果比较 单位：m

项目 90年治理规划 02年续建可研 防洪影响评价 单位 黄委会设计院 黄委会设计院 陕西省水环境工程设计院 黄科院 设计水平年 2000 2010 2050 0.33% 349.95 350.34 350.80 351.09 本次分析 2053 350.85 350.12 数学模型计算 2% 349.14 349.55 349.99 350.27 插补/计算方法 直线插补 H～Q关系延长 实际计算 水力因子法 4.2 壅水分析计算

4.2.1 建桥后桥位断面水力因子变化分析

（1）桥位断面水力因子

渭南至蒲城公路渭河大桥桥位河段主槽窄深，河漫滩宽浅开阔。桥位断面处河宽2301.6m，其中主槽河宽410.9m，滩地河宽11890.7m。设计300年一遇洪水、50年一遇洪水设计洪峰流量分别为15100m3/s及11100m3/s，2053年设计水平年条件下断面水位分别为351.09m及350.27m。经过分析计算，设计300年一遇洪水、50年一遇洪水条件下，

33

主槽流量分别占全断面流量的59%及58%。主槽平均水深分别为6.99m及6.22m，滩地平均水深分别为4.27m及3.59m。桥位断面水力因子计算成果详见表4-10。

表4-10 桥位断面水力因子计算成果表

项 目 河床宽度（m） 面积（m） 水深（m） 流速（m/s） 流量（m/s） 流量占全断面(%) 32300年一遇洪水 主槽 410.9 2874 6.99 3.12 8966 59 滩地 1890.7 6961 3.68 0.88 6134 41 全断面 2301.6 9835 4.27 1.536 15107 100 主槽 410.9 2555 6.22 2.48 6337 58 50年一遇洪水 滩地 1890.7 5717 3.02 0.82 4663 42 全断面 2301.6 8272 3.59 1.330 11002 100 （2）建桥后桥位断面过流面积变化

建桥后位于河道内的桥墩占据了部分行洪断面，使过水面积减小，同时增大了水流阻力，造成桥位上游一定范围内水位壅高，行洪能力降低。渭南至蒲城公路渭河大桥采用全桥跨越渭河，大桥端点位于渭河防洪大堤之外，引道不压缩过流断面。桥位在300年一遇、50年一遇洪水情况下均为全断面过流。建桥前后主槽过水面积和水面宽度详见表4-11。

4.2.2 壅水高度和长度

由于修建桥梁后，天然水流将受挤压，在桥址上游形成壅水区，壅水高度不仅决定桥梁的高度，而且还对桥位上游两岸的河道工程、村庄及耕地，林园等淹没程度有一定的影响。故应对桥上游最大壅水高度及

34

壅水范围开展必要的计算研究。

表4-11 建桥前后主槽过水面积和水面宽度变化表

建桥前 洪水频率 跨径 （m） 3×50+ 10×30m 3×50+ 10×30m 过水面积2（m） 宽度 （m） 单墩阻水宽度（m） 建桥后 桥墩数 阻水面积2 （m） 过水面积2（m） 宽度（m） 0.33% 2874 1.70、410.9 1.40 1.30 410.9 1.70、1.40 1.30 11 135.8 2738.2 394.9 2% 2555 11 122.8 2432.2 394.9 （１）最大壅水高度

按《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30-2002）和《公路桥涵设计手册·桥位设计》（人民交通出版社2000年1月）提供的两个壅水公式分别进行计算。

公式（一）

??＝k22Vm?Vom （4-24） 2g??式中：??为壅水高度（m）；Vom为天然状态下平均流速（m/s），；?om为桥下Vom?Qom/?om；Qom为天然状态下桥下通过的设计流量(m/s）

过水面积（m2）；Vm为桥下平均流速（m/s）。Vm?Kp?Qp/?j；Qp为设计流量（m3/s）；?j为桥下净过水面积（m2）；Kp为考虑冲刷引进的流速折减系数。

A?0.5?d50

Kp?1 （4-25）

1?A(P?1)0.253

（mm）；P为冲刷系数，式中：A为河床粒径系数；d50为河床中值粒径

35

；Vp为设计流速，采用河P??/?j；?为桥下需要的过水断面面积（m）槽平均流速（m/s）；K为壅水系数。

K?KNKV?1 （4-26）

?VM?VM?0.1??1.0????gH1?Vom2

KN为定床壅水系数；

KN?2VMVOM?1.0 （4-27）

KV为修正系数；

KV?0.5VMgH1?0.1 （4-28）

计算结果详见表4-12。

表4-12 桥位壅水高度公式（一）计算成果表

洪水 频率 0.33% 2% 净过水面积跨径（m） 天然平均流速流速折减系数 0．9899 0．9858 桥下平均流速壅水高度 ??(m) 0.27 0．16 ?j（m） 2Vom(m/s) 3.12 2.48 Vm（m/s） 3.32 2.56 50、30 50、30 2738.2 2432.2 公式（二）：

??????V2m?V20? （4-29）

；?为水流进入桥孔阻力系数，式中：??为桥前最大壅水高度（m）

一般为0.05～0.15，本次计算根据渭河下游的实际情况选择?=0.15；Vm为天然状态下桥下平均流速(m/s)；Vm?Vp2p；Vp为桥下设计流速；Vop?1 36

为桥前断面平均流速(m/s)；壅水高度计算结果详见表4-13。

表4-13 桥位壅水高度公式（二）计算成果表

洪水 频率 0.33% 2% 跨径 （m） 50、30 50、30 净过水面积 2（m） 2738.2 2432.2 天然平均流速 桥下平均流速 (m/s) (m/s) 3.12 2.48 3.46 2.80 壅水 高度 (m) 0.34 0.25 系数? 0.15 0.15 根据实测资料分析，拟建桥位附近渭南水位站曾在上涨渡大桥上游桥墩上设有自记水位计，桥下游约100m处设有人工观测断面，2000年10月12日临潼站洪峰流量为2230m3/s，在渭南水位站最高水位时人工观测水位与自记水位计观测的水位差为0.19m，平水期观测的水位差为0.04m，该次洪水壅水高度为0.15m。该次洪水为中小洪水，大洪水时桥梁壅水高度必然会有所增加。考虑到渭南至蒲城公路渭河大桥仅主河槽桥墩跨度为50ｍ，大部分桥墩跨度仅30m，对洪水渲泄有不利影响。参考西安至阎良高速公路渭河大桥和西安城区至咸阳国际机场高速公路渭河大桥壅水高度计算成果，建议渭南至蒲城公路渭南过境段渭河大桥壅水高度采用公式（二）的计算成果，即300年一遇洪水的壅水高度为0.34m，50年一遇洪水的壅水高度为0.25m。

另外，对黄河水利委员会提出的河槽内布臵16孔50米跨径方案进行了桥位壅水计算，计算结果为：300年一遇洪水的壅水高度为0.25m，50年一遇洪水的壅水高度为0.18m。

（２）壅水长度

壅水长度按以下公式进行计算：

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L?2?? (4-30) J式中：L为壅水曲线长度(m)；??为桥前最大壅水高度(m)；Ｊ为水面比降。

桥位所在河段比降为1.70000～2.50000，为安全起见，取较小比降1.70000。经过计算，大桥300年一遇洪水的壅水曲线长度为4000m，50年一遇洪水的壅水曲线长度为2940m。

最大壅水断面以上壅水区内任一断面1-1的壅水高度??1?1可按以下公式进行计算:

??1?1I?l????1????? (4-31) ?2????2式中:l为断面1-1至最大壅水断面间的距离(m)。

从上面的壅水计算结果可以看出，修建桥后将向上游显著影响左岸河滩李工程。

4.2.3 风壅增水高度

风壅增水高度e参考《堤防工程设计规范》（GB50286—98）附录C莆田实验站风浪要素公式进行计算。

风壅增水高度计算公式为：

KV2Fe??cos? (4-32)

2gd式中：e为计算点的风壅水面高度（m）；K为综合摩阻系数，取

V为设计风速3.6×10-6；（m/ｓ），按计算波浪的风速确定；F为吹程（m），

由计算点逆风向量到对岸的距离（m）；D为水域平均水深（m）；?为风

38

向与垂直堤轴线的法线夹角。

关中地区一般按8级风考虑，计算风速为20.0m/s；风向NW或ES，法线夹角为45°～70°；风区吹程长度，统计分析取3500m，设计洪水的平均水域深度，当p=0.33%时，为4.86m，p=2%时，为4.11m，综合计算e=0.028m。

4.3 墩台冲刷计算分析

桥梁墩台冲刷按照中华人民共和国交通部行业标准《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30-2002）的有关公式和推荐方法进行分析计算，桥梁墩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组成。

4.3.1 河道自然演变冲刷

渭河下游为堆积性河道，河床自然演变以淤积为主。但渭河洪水含沙量高、持续时间长时，在临潼以下易发生“揭河底”冲刷，冲刷深度一般沿程递减。在1960年以来发生的5次“揭河底”冲刷中，临潼水文站断面1977年冲刷最深为3.96m。按此计算，桥位附近主槽自然冲刷深度取为4.0m。

4.3.2 一般冲刷计算

按《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30-2002）第7.3.1条中推 荐的非粘性土河床的有关公式计算，渭南至蒲城公路渭河大桥桥位冲刷计算中净阻水情况详见表4-14。

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表4-14 渭南至蒲城公路渭河大桥桥位冲刷计算净过水宽度表 单位：m

类型 主槽 全断面 跨径 （m） 30、50 30、50 桥墩阻水宽 （m） 1.7、1.4、1.3 1.7、1.4、1.3 桥墩数 （个） 11 75 总阻水宽度 （m） 16.0 99.3 净过水宽度 （m） 394.9 2202.3 （1） 64-2简化式

?Q?hp?1.04?A2??Qc?0.90??Bc???(1??)?B2?0.66?hmc (4-33)

式中hp为桥下河槽一般冲刷后最大水深(m)；Q2为河槽部分通过的设计流量(m3/s)，桥下河槽不扩宽，本次计算:Q2?QCQp；QC为天然状''QC?Qt3

态下河槽流量(m3/s)；Qt''为天然状态下桥下河滩部分的流量(m/s)；Qp为

设计流量；B2为建桥后桥下断面河槽宽度(m)，计算选B2?Bc；?为设计水位下桥墩阻水总面积与桥下过水面积的比值；?为桥下水流侧向压缩

?B?系数；hmc为桥下河槽最大水深(m)；A为单宽流量集中系数，A???H????0.15；

B、H为平滩水位时河槽宽度和河槽平均水深。变迁、游荡、宽滩河段当A>1.8时，A值可采用1.8。本报告参照以往造床流量时河槽形状，结合本次实测桥位断面，计算求得。

（2） 64—1修正式

?hmc??AQ2?????B'c?hc?hp??1?Edc6???53?5??? （4-34） ????3式中：Bc?为桥下河槽部分桥孔过水净宽（m）；hc为桥下河槽平均水

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深（m）；dc为河槽泥沙平均粒径（mm）；E为与汛期含沙量有关的系数；其余符号意义同前。

（3）计算结果

将桥位断面及桥梁的有关参数代入公式64-2简化式和公式64-1修正式，求得300年一遇设计流量（15100m3/s）下桥位断面的一般冲刷水深，计算结果详见表4-15。从安全考虑，本报告选用上述两式计算的最大值15.52m。

表4-15 一般冲刷计算成果表

洪水 频率 0.33% 计算hp（m） 跨径（m） 64-1修正式 50、30 15.37 64-2简化式 15.52 采用值 hp（m） 河槽最大水深hcm（m） 15.52 12.17 绝对冲深（m） 3.35 4.3.3 局部冲刷计算

（1）65-2修正式

???0.600.15?0.068V?Vohb?0.46K?BIhpd?? (4-35)

?V?V???oo?n式中:hb为桥墩局部冲刷深度（m）；K?为墩形系数；BI为桥墩计算宽度（m）；hp为一般冲刷后水深（m）；d为河床泥沙平均粒径(mm，取0.31 mm)；V为一般冲刷后墩前行进流速(m/s)，V?Edhp3，其中d以mm计；

612?hp?Vo为河床泥沙起动流速(m/s)，Vo????d?0.1410?hp???7'?29d?6.05?10?；V0为0.72d??0.5墩前泥沙始冲流速(m/s)

?d?Vo??0.645???BI? 41

0.053Vo (4-36)

n指数，动床冲刷(V?VO)时，

?V?n??O??V??9.38?2.231gd? (4-37)

其中d以mm计。 （2）65-1修正式 当?V?VO?时，

hb?K?K?B10.6(V?VO?) (4-38)

当?V?VO?时，

?V?V??0.6Ohb?K?K?B1(VO?VO?)??? (4-39)

?V?V???OO?n式中，Vo为河床泥沙起动流速(m/s)；

?hp?Vo?0.0246???d?0.14332d?10?hpd0.72 (4-40) K?为河床颗粒的影响系数；

?11?K??0.8?0.45?0.15? (4-41)

d??dVO?为墩前泥沙始冲流速(m/s)；

?d?VO??0.462????BI?0.06VO (4-42)

n为指数，

?V?n??O??V?0.25?d0.19 (4-43)

d为河床泥沙平均粒径(mm，取0.31mm)；其余符号意义同前。

（3）计算结果

按规范推荐的公式65-1和65-2修正式进行计算，求得桥位河床局

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部冲刷深度见表4-16。从安全考虑，本报告选用最大值3.43m。

表4-16 河床局部冲刷计算表

计算值hb（m） 公式65-2 0.33% 1.83 公式65-1 3.43 3.43 洪水频率 采用值hb（m） 4.3.4 断面总冲刷深度

一般冲刷的计算结果，包括了桥梁压迫水流所产生的桥下最大一般冲刷及洪水时河槽的天然冲刷和集中冲刷。因此，一般冲刷和局部冲刷相加，可得到桥位断面总冲刷水深，详见表4-17。按300年一遇洪水流量下现状设计水位（349.48m）考虑，根据计算总冲刷水深可以得到渭南至蒲城公路渭河大桥最低冲刷线高程为330.53m。

将本次我们在拟建桥位处的桥梁墩台冲刷计算成果和陕西省公路勘测设计院提供的桥梁墩台冲刷计算成果进行比较，公路设计单位提供的大桥最低冲刷线高程为330.29m，本次计算结果为330.53m，二者比较接近。

表4-17 桥位断面总冲刷水深计算

项 目 一般冲刷水深 局部冲刷深度 总冲刷水深 最大冲止标高 冲刷深度（m） 15.52 3.43 18.95 330.53

43

4.4 桥梁底部高程确定

4.4.1 不通航情况

按防洪要求，桥梁底部高程HL用下式计算：

HL= HS+?hj＋?hi （4-44）

式中：

HS为设计洪水位；

?hj为桥下净空安全值，按规范取0.50m；

?hi系根据河流的具体情况分别考虑桥下壅水、风壅增水、局部股流

涌高、河床淤积等影响的高度。局部股流涌高是指在我国西北半山区和山前区的河流上，洪水主流成股奔放，集中股流所在处水流较两侧高出的值，对于本桥位可不予考虑。

关中公路环线渭南过境段渭河特大桥桥梁底部高程按300年一遇洪水计算, 桥梁底部高程为300年一遇洪水水位349.48m，加相应最大壅水高度0.34m，加风壅增水高度和桥下净空安全值，加河床淤积厚度，桥梁底部高程应为351.96m。考虑到300年一遇洪水情况下，洪水已漫溢出堤，设计洪水位是偏于安全的。

目前桥位河段左、右岸均为防御渭河50年一遇洪水的Ⅱ级堤防。按50年一遇洪水计算洪水水位为348.80m。根据前文分析，最大壅水高度为0.25m，风壅增水高度为0.028m,将有关数据代入式（4-44），计算得桥梁底部高程为351.05m。根据防洪要求，桥梁底部高程不得低于351.05m。

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根据委托方提供的《渭南至蒲城公路渭南过境段初步设计》文件，关中公路环线渭河特大桥桥梁底高程为351.87m，高于桥位河段防洪要求的桥梁底部高程351.05m，满足防洪要求。

4.4.2 通航情况

渭河下游目前为不通航河流，考虑社会发展需要，按VI级航道通航河流对桥梁底部高程进行复核，成果如下：

通航河流的桥梁底部高程按以下方式确定：

桥梁底部高程（H）=设计最高通航洪水位(Htn)+通航净空高度（Hm） 根据《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30-2002）的规定，Ⅵ级航道一般情况下设计最高通航洪水位(Htn)采用5年一遇洪水水位，若河道出现高于设计最高通航洪水位历时很短时，Ⅵ级航道设计最高通航洪水(Htn)可采用2～3年一遇洪水水位。Ⅵ级航道一般情况下通航净空高度(Hm)不小于4.5m。

通航河流的桥梁底部高程除应满足通航要求外，同时还应满足不通航河流桥梁底高程的要求。

按通航河流计算5年一遇洪水水位为349.14m，加最小通航净空高度4.5m，桥梁底部高程为353.64m。因渭河下游出现高于设计最高通航洪水位历时很短，河道通航的时间也很短，根据《内河通航标准（GBJ 139-90）》，Ⅵ级航道设计最高通航洪水位可采用2～3年一遇洪水水位348.82m，则桥梁底部高程为353.32m.

根据委托方提供的《渭南至蒲城公路渭河大桥两阶段初步设计》文

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件，渭南至蒲城公路渭河大桥桥梁为弓形桥梁，桥梁最高处桥面高程为357.52m，梁底高程为355.58m，桥梁从第7孔～第71孔，65孔梁底高程也都高于通航河流要求的梁底高程353.32m。所以大桥桥梁底部高程基本满足通航要求。

4.5 桥位处堤顶高程确定

根据实测资料，桥位处渭河大堤左、右岸实测堤顶高程分别为349.76m和350.91m。设计堤顶高程为设计洪水位加超高，超高为波浪爬高、风壅增高及安全加高三者之和。堤顶超高按下式计算：

Y?R?e?A (4-46) 式中: Y为堤顶超高（m）；R为设计波浪爬高（m）；e为设计风壅增水高度（m）；A为安全加高（m）。

桥位处堤防为Ⅱ级堤防，经过计算，波浪爬高为1.098～1.22m，风壅增水高度为0.017～0.028m，安全加高为0.8m，计算堤顶超高为1.915～2.048m，采用堤顶超高为2.0m。经过计算，桥位处现状设计堤顶高程为50年一遇设计洪水位349.27m（考虑了洪水淤积）。加堤顶超高2.0m，现状设计堤顶高程为351.27m。桥位处2053年设计堤顶高程为50年一遇设计洪水位350.27m，加堤顶超高2.0m，再加桥前最大壅水高度的一半0.17m，2053年设计堤顶高程为352.44m。渭南至蒲城公路渭河大桥桥梁底部高程为351.87m，高于现状设计堤顶高程，低于2053年设计堤顶高程。渭南至蒲城公路渭河大桥桥面高程为353.81m，2053年仍高于设计堤顶高程。

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