齐泰公路嫩江大桥水文计算介绍

曹 晶

(黑龙江省公路勘察设计院)

1 基础条件 概述

嫩江是松花江的北源，发源于大兴安岭伊勒呼里山中段南侧，源头称南翁河(又称南北河)。河源海拔1 030 m。先后流经嫩江、莫力达瓦、讷河、富裕、甘南、齐齐哈尔、龙江、泰来、杜尔伯特、大安、肇原等市、县、旗，于吉林省扶余县三岔河汇入松花江。河道全长1 370 km。流域集水面积29.7万km2，地跨内蒙古、黑龙江、吉林省(自治区)。流域内山区面积占32%，丘陵区占52%，平原区占16%。齐泰公路嫩江特大桥位于嫩江下游，地处松嫩平原西南部，地形平坦、开阔，海拔140～150 m。

嫩江河段属于平原区蜿蜒性河段，从旧铁路桥上游约3.5 km至下游约1 km处计4.5 km的河段较为顺直。铁路桥上游约8～13 km处有喇叭湾大弯道，已经裁弯取直。铁路桥上游约2～3 km处的右岸老山后是高达20 m左右的陡峭的土岸，由于受到水流的冲刷，致使其逐年后退。

嫩江大桥桥位处江段属平原区宽滩性江段，洪水比降小(约为0.03～0.1%)，主河槽宽度 700 ～800 m 左右，满槽泄洪量约2 000 m3/s，大洪水时主要靠滩地行洪，泛滥宽度达10 km，江岸线很不稳定。

嫩江流域迳流主要受降雨支配，其年内变化:从4月份开始，积雪融化，水量渐增，形成春汛，5月份水位开始回落;6月份以后受降雨影响，水量开始增加。降雨较集中的6月至8月间(占全年降雨量的73.6%)，是洪汛多发季节。月份降水一般以7月份居多，9月份以后水量渐减，11月至翌年4月为封冻期，河道迳流量减至最少。

嫩江江桥水文站有建国以来近50年的观测资料，还有自1905年至建国前约50年的流量资料。因桥位距该站仅几百米，其观测资料可直接做为大桥设计流量和水位的依据，该站水位变化幅度较平稳，一年内水位变幅约3～6 m。1998年8月14日出现的有记载以来最大的洪水最高水位为141.60 m。

桥址上游约900 m处平齐铁路原建有跨江大桥，该桥全长870 m，1998年被历史特大洪水冲毁后，于2002年在其下游100 m处重建大桥，由一座主桥和一座溢洪桥组成，主桥长960 m。溢洪桥长520 m。

据现场调查和有关防洪部门的介绍，从铁路桥上游至喇嘛湾约10 km范围内无重要防洪堤。

2 水文孔径计算要点

设计洪水频率标准为嫩江主桥、滩桥按300年一遇;引道路堤按100年一遇;通航水位为20年一遇;施工水位为10年一遇;防护工程(国堤)为20年一遇

对于平原宽滩的河道，应采取“宜疏不宜堵”的原则。上游铁路桥是采用一河两桥的桥孔布设方案，嫩江公路大桥也分为嫩江主桥和嫩江滩桥两个部分来计算。

本次计算的主要过程是设计洪水流量与水位的确定;河槽和河滩糙率的确定;分别确定主桥、滩桥的桥孔长度;桥前壅水高度及回水长度计算;冲刷计算;水文计算成果表的编制。

3 设计洪水流量与水位的计算

设计洪水流量根据江桥水文站的百年流量资料，利用皮尔逊III曲线计算出300年一遇的设计洪水流量。江桥水文站水文资料和软件结果见表1。

表1 江桥水文站资料、计算结果对比表

设计水位用两种方法计算:

第一种方法:以江桥水文站的设计洪水流量及对应水位等水力资料是作为参考依据，绘制H～Q关系曲线上查询各频率下流量所对应的水位值。桥位处的设计水位偏安全的取水文站处的水位。

表2 设计水位成果表

第二种计算设计水位的方法:分别利用《桥位设计软件》按照一河两桥分别进行计算出设计水位，计算结果一致。

4 其它各种特征水位的确定

最高/最低通航水位为140.71/133.41 m。其中最高通航水位为20年一遇的水位。

最高/最低流冰水位是桥墩内力计算和结构设计所必须的基础资料。由江桥水文站历年的最高/最低流冰水位，由经验频率曲线外延求得各频率最高/最低流冰水位，然后，由此水位推算到桥址处得到的最高/最低流冰为136.39/132.29 m。

建议施工水位为10年一遇的水位。

5 桥孔长度计算

嫩江主桥，第一种方法:按式Lj=Kq(QP/QC)n3Bc计算，经计算Lj=1 082 m。第二种方法:按Lj=QP/βqC计算，经计算Lj=1 000 m。拟定嫩江主桥孔径布置为15×30+45+4×64+45+19×30=1 366 m，上游铁路桥为966 m，所以1 082、1 000加上墩宽基本上符合主桥长度。

嫩江滩桥，第一种方法计算Lj=496 m，第二种方法计算Lj=472 m。拟定嫩江主桥孔径布置为17×30=510 m，本次计算结果加上墩宽基本上符合主桥长度。

6 壅水计算

按式Ly=2△Z/IC计算壅水曲线长度，经计算Ly=4 182m。

根据计算出的主桥、滩桥的设计水位和壅水高度，确定了初步选定的主桥、滩桥的临界桩号K71+000是正确的。并且在《桥位设计系统》中，主桥与滩桥的河床流量比为:19 514∶4 884=8∶2，与河工试验的流量比例非常接近，进一步的说明计算是正确的。

7 冲刷计算

表3 冲刷计算成果表

8 桥高及河滩路堤高度的确定

主河桥通航孔以20年一遇水位以上净10 m控制梁底最低高程，即 140.71+10.0=150.71 m;

主桥边孔及滩桥以300年一遇水位控制，并考虑0.5 m安全高、0.5 m的浪高及桥前壅水值的一半，即141.5+0.5+0.5+0.23/2=142.62 m;

河滩路堤以100年一遇水位控制，并考虑0.5m安全高、100年一遇壅水值及0.5m 的浪高，即141.31+1+0.19=142.5m;

防护工程-国堤以20年一遇水位控制，并考虑20年一遇壅水值，即 140.71+0.1=140.81 m。

9 计算成果汇总

现将水文及孔径水力计算成果列于表4。

表4 嫩江大桥水文计算成果表