1.1 项目背景
浙江省甬台温高速公路连接杭甬高速、上三高速、金丽温高速以及台金高速,是浙江省高速公路网“两纵两横十八连三绕三通道”中的重要一纵,并通过在建的宁波和温州绕城连接杭州湾大桥、诸永等多条高速公路、是浙江东部沿海地区的交通动脉。公路起于宁波市区南面的潘火互通,经宁波市鄞州区、奉化市、宁海县;台州市三门县、临海市、黄岩区、路桥区、温岭市;温州市乐清市、龙湾区、瑞安市、平阳县、苍南县,终于浙闽交界的分水关,全线总长375.718公里,于2003年12月31号全线通车。沈海高速公路是7918国家高速公路网中的一纵,起于辽宁沈阳,终于海南海口,沿线连接46个大中城市、22个公路枢纽,16个主要港口。在浙江境,甬台温高速公路是其主要组成部分。
随着浙江甬、台、温地区沿海港口的大力建设,临港工业的快速发展,城镇建设步伐的加快,区域经济的持续快速增长,甬台温高速公路交通拥堵加剧,服务水平下降。同时由于2008年杭州湾大桥的建成,甬台温高速公路这条浙江东部沿海的交通大动脉,已面临更大的交通压力。为缓解甬台温高速公路的交通压力,交通主管部门于2005年开始进行甬台温扩容改造研究,扩容改造主要对原路改扩建和新建复线两个方案进行了研究。经研究在2007年9月7日于北京召开的专家审查会上,专家组一致认为“原路改建方案”基本不可行,建议采用“新建复线”方案。
规划的甬台温高速公路复线,起点宁波绕城高速公路云龙互通,终点为浙闽交界苍南县,路线长度375.718km。主要分成三段:
1)宁波云龙跨象山港至戴港段,初步设计路线主线长度46.920km;
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2)象山戴港跨三门、台州、乐清湾至乐清南塘段,工可路线主线长度192.458km;
3)乐清南塘跨瓯江、飞云江至苍南马站段;
浙江省甬台温高速公路复线温州乐清至瑞安段为温州乐清至苍南的第一段,起点接甬台温复线宁波至温州乐清段推荐线为终点,终点甬台高速公路(G15)和温州绕城西高速公路。途径乐清市、龙湾区、瑞安市,推荐线位全长78.02km。沿程通过23座桥梁,跨越的主要河道水系有:东干河(淡溪)、西干河、银溪、大湾河、白浦河、仰槐河、瓯江、温瑞平原水系、飞云江、瑞平平原水系等。沿线构筑物为涉水建筑物时,所涉水河道的断面、河床会发生不同程度改变,导致附近水域的水文特征值、流场分布等水动力水动力特征改变,从而可能对河道行洪安全、航道运行安全、防洪对象甚至河道堤防安全造成不同程度的影响。
为确保工程沿线相关方的防洪安全,根据水利部建管[2004]109号“关于印发《河道管理范围内建设项目管理的有关规定》和《河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则》”的要求,我院受浙江省交通规划设计研究院委托,就浙江省甬台温高速公路复线温州乐清至瑞安段工程的涉水建筑物进行防洪影响分析评价,对影响较大的工程设计方案提出优化建议,对工程建成后的防洪保障提出建议和意见。
1.2 评价依据及基本资料 1.2.1 法律法规和技术标准规定
(1)《中华人民共和国水法》 (2)《中华人民共和国防洪法》 (3)《中华人民共和国行政许可法》
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(4)《中华人民共和国河道管理条例》
(5)《浙江省实施<中华人民共和国防洪法>办法》 (6)《浙江省实施<中华人民共和国河道管理条例>办法》 (7)《河道管理范围内建设项目管理的有关规定》
(8)《河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则》(试行) (9)《防洪标准》(GB50201-94) (10)《浙江省防汛防台抗旱条例》
(11)《浙江省涉河桥梁水利技术规定(试行)》 (12)《浙江省建设项目占用水域管理办法》
(13)《水利水电工程水文计算规范》(SL278-2002) (14)《城市防洪工程设计规范》(CJJ50-92) (15)《堤防工程设计规范》(GB50286-98)
1.2.2 主要设计依据
(1)《乐清市虹桥区域防洪规划(2000~2020年)》温州市水利电力勘测设计院2000.11
(2)《乐清市城市防洪规划》浙江省水利水电勘测设计院2000.9 (3)《乐清市柳市区域防洪规划(2000~2020年)修订稿》温州市水利电力勘测设计院2001.6
(4)《乐清湾港区一期(南、北区)防洪排涝规划(修编)》浙江省广川工程咨询有限公司2010.12
(5)《乐清市乐成区域平原河道控制性详细规划》乐清市水利水电建筑勘测设计院2010.12
(6)《乐清市柳市镇河道控制性详细规划》乐清市水利水电建筑勘测设计院2010.12
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(7)《温州半岛西片防洪规划》温州市水利电力勘测设计院2007.1 (8)《温州市城市东片防洪规划(2007~2020年)修编》温州市水利电力勘测设计院2010.1
(9)《瑞安经济开发区(拓展区)河道整治规划》温州市水利电力勘测设计院2003.9
(10)《浙江省瑞安市城市防洪规划(1999~2020年)》温州市水利电力勘测设计院1999.8
(11)《温瑞塘河瑞安片排涝规划校核分析报告》浙江省水利河口研究院2003.12
(12)《浙江省甬台温高速公路复线温州乐清至瑞安段工程可行性研究报告》浙江省交通规划设计研究院2010.12
为了便于与历次规划、设计相衔接,本次防洪影响评价采用高程除特别说明外,均以85国家标准高程为基准。
1.3 防洪评价原则
1.3.1 工程区现状河道水网功能
浙江省甬台高速公路复线温州乐清至瑞安段线路全长78.02km,沿线地形复杂,穿越众多山区性河流平原水网,跨越的重要河流包括东干河(淡溪)、西干河、银溪、瓯江、飞云江等,穿越的主要水网有温瑞平原水系、瑞平平原水系水网等。这些河道和水网在区域输水、防洪和排涝中起到不可替代的作用。
(1)防洪作用
浙江省甬台温高速公路复线温州乐清至瑞安段沿线涉及防洪重要作用的大江大河主要有:瓯江、飞云江、东干河(淡溪)、西干河、银溪、
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大湾河、白浦河、仰槐河等。上述江河分别承受上游山洪、并向下游外海排泄,对两岸地区的防洪、沿岸地区排水起着非常重要的作用。
(2)排涝作用
当平原区遭遇大暴雨且外江潮位低于内河水位时,各平原水系内部洪涝可通过内核调蓄后从沿海、沿江排水闸外排,以控制内河水位,减少或避免内涝灾害发生,因此平原区水网规划和水面率对平原区和城镇的防洪排涝起着重要作用。
(3)削峰作用
当区域遭遇大暴雨且外江潮位高于内河水位时,沿江排水闸均关闭,周边地面降雨量均由河网调蓄,待退潮时再由水闸排出,河网水面面积越大,蓄水削峰作用越明显,相应河网水位越低。由于高速公路桥墩、涵洞和实体路基影响河网布局和减少水面面积,可能会降低河网的叙述削峰作用。
(4)灌溉及水环境作用
当遇干旱季节时,可充分利用河网中蓄水量灌溉周边农田。河网面积越大,河道越深,抗旱能力越强。但由于城市化进程加快,大量河道成为城市建筑用地,河网的灌溉作用功能逐渐减小,公路建设可能进一步平原河网水面积。
1.3.2 河道功能方案遵循原则
(1)河道排水能力不减少原则
高速公路沿线河道由于公路建设而需改线,应满足防洪规划的河道规模要求,通过河道的挖、填,拓宽原有较窄的河道,改线后河道的宽度均不应小于规划控制河宽,理顺原有岸线,使水流通畅提高河道的排水能力,满足排洪要求。若无规划控制河宽,则桥梁规模应考虑现状河宽及河道管理范围。
(2)河道水面积面积不减少原则
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通过河道挖、填,对狭窄河段适当拓宽,对河道的水面面积在总体上保持平衡,并应满足相关防洪规划的规模要求,保护水环境。
(3)河道蓄水量不减少原则
平原河网除排水功能外,还有蓄水功能,因此河道挖填后的蓄水量不小于原河道的蓄水量。河道填埋至少与河道的开挖相一致,达到河道蓄水量平衡。
1.3.3 涉河工程布置遵循原则
本次防洪影响评价涉及的跨河、涉河建筑物、其应遵循原则如下: (1)过水宽度不减少原则
对于主要排水河道,跨越、涉河建筑物不应减少现状河道过水宽度,主跨尽可能加大,减少河道中桥墩数量,以免对河道周边防洪产生影响;桥梁、框架涵的宽度不应小于河道的现状或规划宽度,并为今后河道整治留有实施的余地。
(2)桥梁轴线与水流正交原则
对于骨干河道和重要河道,应保证桥量轴线和水流方向正交,即桥墩轴线与水流方向一致,最大偏差控制5℃以内。
(3)高速公路设计时速100km/h,为避免车辆高速行驶震动对堤防、河道岸线稳定造成的危害,桥墩、路基不得布置在防洪堤上,应离开堤防堤身坡脚外和河岸线外一定距离。
(4)桥梁、框架涵等的梁底高程必须高于当地防洪堤设计洪水位,并为当地提高防洪标准留有余地;为满足防汛抢险需要,桥梁与防洪堤堤顶应留有足够的超高(≥4.5m)。
(5)通过优化施工方案及合理安排施工期,以减小施工期桥梁施工围堰等临时工程对河道行洪造成的影响。
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(6)对涉河工程可能造成的影响提出减少负面影响的建议,工程建设方案应当按照防洪法的有关规定,报水行政主管部门审查。
1.4 防洪影响研究的技术路线及工作内容 1.4.1 研究范围及特点
根据本项目所在位置并结合建设项目防洪评价的规定要求,本次防洪评价范围为:
浙江省甬台温高速公路复线温州乐清湾至瑞安段的沿程涉河建筑物的防洪影响分析。
防洪评价主要内容及特点:
浙江省甬台温高速公路复线温州乐清至瑞安段穿越浙江省温州市沿海河网区域,涉及到的防洪影响对象较多、水流形态复杂、工程推荐方案成果敏感,因此根据公路工程的线路及构筑物设计方案,针对工程涉水河段的防洪问题进行现场查勘,综合分析,按照不同涉水河段的防洪要求确定防洪评价重点工作内容。
1.4.2 技术方案
(1)对桥梁设计报告中的推荐工程方案进行详尽分析,根据上述的防洪评价技术原则分析关键技术节点。对工程方案中与防洪相关的内容进行重点论证。
(2)对桥梁涉及流域及河段的水文分析中有关防洪排涝的内容进行说明。
(3)对现状及规划河道堤防进行控制断面分析,对桥梁上下游控制断面工况前后结构形态、过洪断面面积、水位、流量、流速等特征值进行分析,着重研究其工况前后的变化及周边防洪排涝对象的影响。采用经验公式、一、
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二维水动力模型计算分析现状及各设计工况。
(4)河床演变分析。
(5)排涝影响分析。重点分析桥梁建设后是否满足现有排涝沟渠自排能力进行论证。
(6)根据上述计算分析,对如下几个方面进行分析评价:跨河、涉河建筑物的壅水高度和范围;是否减少河道行洪断面;是否破坏河势稳定和堤防等水利工程结构安全;是否减弱河道行洪排涝、调蓄能力及影响区排水格局;是否影响水利工程管理和防汛安全,如减小流域排水能力、占用河道水域、河道功能等方面。
(7)对施工期涉河建筑物进行评价分析。
(8)在防洪影响评价基础上,提出参考建议,供有关部门整改。 (9)对涉河工程可能造成的影响提出减少负面影响的建议,工程建设方案将此建议改进到桥梁布置及设计中。
(10)在防洪影响评价基础上,提出整改建议,供有关部门参考。
1.4.3 防洪影响评价相关内容
根据防洪影响评价有关原则及本次分析路段公路构筑物涉及和影响的河流、水性确定防洪影响评价相关内容如下:
(1)是否符合江河流域综合规划,对规划实施有何影响; (2)是否符合防洪标准和有关技术要求;
(3)对河势稳定、水流形态、水质、冲淤变化有无不利影响; (4)是否妨碍行洪、降低河道泄洪能力;
(5)对堤防、护岸和其它水利工程安全有无不利影响; (6)是否妨碍防汛抢险;
(7)建设项目防御洪涝的设防标准与措施是否适当;
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(8)是否影响第三方合法的水事权益; (9)是否符合其他有关规定和协议。
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2 基本情况
2.1 建设项目概况
浙江省甬台温高速公路复线温州乐清至瑞安段起点接甬台温复线宁波至温州乐清段推荐线位终点,终点甬台高速公路(G15)和温州绕城西高速公路。途径乐清市、龙湾区、瑞安市,推荐线位全长78.02km,工程总投资196.7914亿元。其中南塘至乐成由原路双向四车道改建为八车道高速公路,路基宽度41m,乐成至飞云分离扩建双向六车道高速公路,路基宽度33.5m,设计速度全线采用100km/h。
全线设特大桥56.791km/11座,大桥1.470km/6座,中小桥0.1km/3座,主线桥梁总长58.415km/20座(含立交主线桥),主路线总长的74.87%,平均每公里桥长748.7m。跨江桥梁12.990km/3座,拼宽桥梁10.802km/12座。涵洞30道,扣除桥隧长度后每公里2.2道。共设隧道762m/2座,占路线总长的0.97%。桥隧总长59.177km,占路线总长的75.85%。
沿线设置完善的安全设施、服务设施和交通管理设施,全线设管理分中心1处,服务区2处,养护工区1处,匝道收费站6处。推荐方案主要工程数量见表2.1-1,浙江省甬台温高速公路复线温州乐清至瑞安段路线平面布置见附图1,路线平纵面缩图见附图2,沿程跨越河道的主要特大桥桥梁位置示意图见附图3。
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浙江省甬台高速公路复线温州乐清至瑞安段推荐方案主要工程数量表
表2.1-1 序号 1 2 3 项目 路线长度 公路用地 拆迁房屋 挖方 单位 乐清市段 km 公顷 m 1000m 1000m 1000m km 1000m 特大桥 23332龙湾区段 25.130 183.86 140 0 634.3 28.216 3.147 91.870 瑞安市段 16.970 115.24 23126 0 928.5 20.0 3.375 108.994 14205/3 0 0 5 0 1 0 0 3 1 0 1 0 0 47.6992 合 计 78.020 6.86 149446 8239.2 2527.2 186.074 15.453 587.353 56791/11 1470/6 1/3 30 762/2 5 1 578/3 14 2 1 6 1 1 196.7914 35.920 247.76 109762 8239.2 9.4 136.968 8.931 386.4 4 路基土石方 填方 5 6 7 排水及防护工程 软基处理 路面 198/5.5 23588/4.5 m/座 1470/6 1/3 道 2 762/2 1 处 1 m/座 处 578/3 10 1 0 处 2 0 0 亿元 69.7674 - 11 -
0 0 3 0 3 0 0 1 0 1 3 1 1 79.3248 8 主线 桥梁 大 桥 中小桥 9 10 隧道 互通 立交 涵洞 短隧道 一般互通 枢纽互通 11 12 分离式立交桥(主线上跨) 13 通道 服务区 服务区及管理养护机构等 养护工区 匝道收费站 大桥管理站 管理分中心 15 投资估算 14 2.2 工程影响区自然地理及流域水系概况 2.2.1 自然地理条件
浙江省甬台温高速公路复线温州乐清至瑞安段工程主要位于浙江东南沿海,东临乐清湾、温州湾,跨越乐清市(虹桥镇、乐城镇、柳市镇)、温州市(灵昆岛、龙湾区)、瑞安市(阁巷村、郑楼镇、飞云镇)。跨越主要水系河流有瓯江、飞云江、温瑞平原河网、瑞平平原河网等。
(1)乐清市
乐清市主要由虹桥镇、乐城镇、柳市镇组成,其中乐城镇是乐清市市府所在地,各城镇自然地理条件相似。
虹桥平原位于淡溪水库下游,乐清市东北部,地处东南沿海。总流域面积215km2,其中平原91.2km2,山区123.8km2。流域地形西北靠山,中部是平原,流域中水系主要为东干河(长11.1km),中干河(长4.66km),西干河(长11.1km),总长26.86km,域内小河纵横密布,正常蓄水位2.87m,警戒水位3.12m,相应蓄水量分别为783万m3和874万m3。
乐城镇东临东海,南接柳市、西连白石,北靠城北群山,南面为海积平原,河网密布,地形西北高东南低。老城区地面高程3.66~9.86m,新城区地面高程为4.68~4.98m,沿海最低地面高程仅1.8m。乐城片十八玍水库,集雨面积76.6km2,其中山区面积为49.4km2,平原面积为27.2km2,河道总长度约100km,水面面积139km2。主要排水河道有银溪、金溪、泮湖溪、西运河、东运河、中运河、石马河、东山南河、悬浦河、南岸河、后所河等。片区内洪涝水由西北向东南主要通过二眼闸与公利闸泄入东海。盐盆片区为乐清市沿海经济开发区所在地,总汇水面积20.7km2,其中山区面积为7.7 km2,平原面积13.0km2。地势由西向东倾斜,平原部分地面高程在1.8~4.6m之间。主要排水河道有:盐盆河、杨岙河、田垟河、沙角河等。区内洪涝水
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由西北向东南主要通过盐盆闸和火箭闸泄入东海。
柳市镇位于瓯江下游平原,地处浙江省东南沿海,东濒东海,南临瓯江,北靠群山,西接乌牛,东连乐城镇。本流域集雨面积为242.1km,其中平原面积为139.8km2,地势西北高,东南低,北部山区海拔500~750m,西部山区海拔200~500m。平原河网密布,地势低平,地面高程一般3.4~3.7m,集镇路面高程4.12~4.62m。海岸线长7km,瓯江岸线12.5km。本区域主要溪流为白石溪,主要平原干河为西运河,主要航道为两条,呈十字交叉状。现状河网主要排水通道有三条:从白石开始,经北白象至盘石,由盘石水闸外排到瓯江;自白石,由万家至慎江水闸和黄华水闸;由白石,经湖头到柳市,至翁垟,由沿海各水闸外排至东海。
(2)龙湾区
根据温州市城市总体规划、综合不同区域实际地理、地形特点,城市防洪规划划分为市中心片、西片、东片、七里片、瓯北片、七都片和洞头片6个相对的片区。本次工程主要穿过温州东片区域,东片可划分为永强片区、灵昆片区两个的防洪排涝体系。
永强片区隶属于龙湾区,西起茅竹岭,北以瓯江为界,南至海城街道,东侧以永兴围垦堤、丁山围垦堤为界总面积约为220km2。永强片区西侧为大罗山脉,最高海拔661.5m,内侧为沿海冲积平原(温瑞平原),地形平坦,地貌单一,地面高程一般为2.6~3.8m。平原区水网密布,水系属温瑞塘河水系,现状总水面面积5.48km2,正常水位2.5m下总蓄水量1000万m3。
东片灵昆岛为瓯江口冲海淤积孤屿,地貌单元属冲海积平原,四面环水,平面上呈水珠形,上游尖下游圆东西两端长约9km,南北宽4.5km,环岛沿江岸线长20km。陆域地势低平、河网纵横交错,地势低洼平坦,地面高程一般2.2~2.8m,主要河道为南北面的灵昆河及东西向的灵北河、灵南河,现状河宽10~20m,河道正常水位为2.0m,相应水面面积0.km2,蓄水量
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2
约81万m。
(3)瑞安市
瑞安市位于浙江省东南沿海,飞云江下游河口平原,西面为丘陵,东面临海,北接温州市,南连平阳县,飞云江自西北向东南穿越城区而过。飞云江是浙江省水系之一,发源于浙闽交界的仙霞岭,控制流域面积3731km2,干流长203km,其中感潮河段长59km。域内有温瑞、瑞平两大平原水系,平原河网密布。温瑞塘河北起温州,南至瑞安,沟通瓯江、飞云江两大水系,温瑞塘河瑞安段集雨面积301km2(其中平原195.6km2)。主干河为温瑞塘河、中塘河(新塘河)、人民河(下塘河);瑞平塘河位于飞云江南岸,西起新江公社金坪山,南至平阳县,集雨面积224.5km2(其中平原面
2
积171.5km2);潘岱乡自成防洪体系,集雨面积25km(其中平原面积6.8km2)。
3
2.2.2 流域体系
(1)瓯 江
瓯江是浙江省第二大江河,全长388km,流域总面积17985km2。瓯江下游温州段干流长度78km,流域面积4066km2,占瓯江流域总面积的22.76%。瓯江下游温州段一级支流中,流域面积在100km2以上有菇溪、西溪、戌浦江、楠溪江等4条。瓯江下游左岸永乐平原河网,右岸温州平原河网,共有塘河注入瓯江和楠溪江。
(2)飞云江
飞云江位于浙江省南部,地理位置在东经119°35′~120°40′,北纬27°30′~28°00′之间,它发源于泰顺县和景宁县交界处白云尖,自西向东流,上游浯溪与洪口溪在百丈口镇汇合后始称飞云江。流经珊溪、峃口、平阳坑、瑞安等地后注入东海。全长203km,总流域面积3713km2。飞云江支流呈羽状排列,右岸除莒江外,无较大支流汇入;左岸有小溪、泗溪、
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漈门溪、南溪汇入。
飞云江下游两岸为滨海平原水网区,平原区河网率为6%左右。河口北岸的温瑞平原主河道为温瑞塘河;南岸的瑞平平原水网的主干河为瑞平塘河。金潮港是飞云江最大支流,主流河长37.5km,流域面积349.4km2,主流在潮基以上为山溪性河流,在潮基以下为感潮河段10km。
(3)温瑞塘河
温瑞塘河位于瓯江以南、飞云江以北的温瑞平原,是温州市境内十分重要的河道水系,分属于鹿城、瓯海、龙湾、瑞安等“三区一市”管辖。水源主要来自瞿溪、雄溪、郭溪(通称三溪)以及大罗山和集云山的山涧溪流,整个流域面积740km2,水面面积22km2,灌溉面积48.2万亩,多年平均降雨量1694.8mm,年径流量9.13亿m3。水系河网总长度1178.4km,在吴淞高程5.0m时,相应蓄水量6500万m3。
(4)瑞平塘河
瑞平塘河位于瑞平平原上,自古就是瑞安和平阳两县水上重要交通线及农业生产的灌溉之源。瑞平塘河北起瑞安飞云马道,南到平阳昆阳,其支流(支河)特别发达,流经瑞安市飞云镇,平阳宋桥镇、郑楼镇、榆洋镇、宋埠镇、昆阳镇等。在瑞平平原上,塘河及支流纵横交错,地势低平、河网纵横。瑞平塘河瑞安片流域面积347.9km2,其中平原234.2km2,山丘113.7km2。现有甲类水闸10座,总排水流域748m3/s,其中中型水闸3座,南码道水闸因位置重要,瑞安、平原两县(市)直接受益,已列为省中型水闸;小型控制闸11座,提水流量10m3/s的省中型翻水站1座;专用渠道8.8km。瑞平塘河主干河道15.25km,大小河流219条,正常水面面积16.68km2,总容积3560万m3。瑞平平原属亚热带季风气候,温暖湿润,四季分明,年平均气温18℃,多年平均降雨量1724.7mm,多年平均水面蒸发量1168mm。
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2.3 水利工程现状与规划建设 2.3.1 乐清市
2.3.1.1 乐清市水利概况
乐清市位于浙江省东南沿海,全市土地面积1174km2,海岸线长193.3km,全市多年平均气温17.7℃,多年平均雨量1612mm,平原区域年雨量1600mm左右,山区年雨量1800-2200mm;其次,年内分配也不均匀,4-6月为梅雨期,雨量较多,7-9月为台风期,雨量集中,易发生洪涝灾害,10月以后则秋高气爽,以晴为主。全市水资源总量为13.91亿m3,其中地表水资源平均为12.75亿m3,地下水资源为112.41万m3。乐清市每平方公里产水量为118.5万m3,但全市人均仅1204m3,远远低于全国和全省人均水平拥有量。雁荡山脉分支横穿市境,没入乐清湾和瓯江,将全市分割为瓯江、白石溪、银溪、淡溪、清江、白溪、大荆溪七大入海入江水系,境内山区溪流众多,源短流急,平原河网密布,长而完曲,共有河道175,总长1034km。沿海潮间带滩涂资源总面积19.43万亩,相当于全市耕地的总面积60%。
全市现共有水库山塘500余座,其中中型水库4座,小型水库18座,总蓄水量达1.5亿m3。乐清海塘线长126.11km,100年一遇的1.74km,50年一遇的22.05km,20年一遇的44.95km,10年一遇的31.88km,需要加固或标准化建设的有近60km,2004年开始累计开工26.5km,已完工近10km,今年计划完成7km,累计完成17km。建成中型水闸10座,小型水闸400座,总泄洪流量5305m3/s。建成水电站49座,总装机容量2.22万kW,年发电量3500万kW·h。围垦海涂约6万亩。淡溪水库除险加固、虹卫新闸修建、乐清市区引水供水、大荆溪整治和瓯江口乐清段50年一遇标准海塘等水利工程已相继建成。
浙江省甬台高速公路复线温州乐清段沿途主要经过虹桥平原河网、十八
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玍水库小流域、柳市平原河网等。
虹桥平原位于淡溪水库下游,乐清市城东北部,地处东南沿海。总流域面积215km,其中平原91.2km,山区123.8km。流域地形西北靠山,中部是平原,流域中水系主要为东干河(长11.1km),中干河(长4.66km),西干河(长11.1km),总长26.86km,域内小河纵横密布,正常蓄水位2.87m,警戒水位3.12m,相应蓄水位分别为783万m3和874万m3。
乐城镇是乐清市所在地,它属于十八玍水库小流域范围,集雨面积76.6km2,其中山区面积49.4km2,平原面积为27.2km2,河道总长度约为100km,水面面积139万m2。主要排水河道有银溪、金溪、泮湖溪、西运河、东运河、中运河、石马河、东山南河、悬浦河、南岸河、后所河等。片内洪涝水由西北向东南主要通过二眼闸与公利闸泄入东海。盐盆片区总汇水面积20.7km2,其中山区面积为7.7km2,平原面积13.0km2。地势由西向东倾斜,平原部分地面高程在1.8~4.6m之间。主要排水河道有:盐盆河、杨岙河、田垟河、沙角河等。区内洪涝水由西北向东南主要通过盐盆闸河火箭闸泄入东海。
柳市平原集雨面积为242.1km2,其中平原面积为139.8km2,山区面积为102.3km2。地势西北高,东南低,北部山区海拔500~750m,西部山区海拔200~500m。平原河网密布,地势低平,地面高程一般为3.4~3.7m,集镇路面高程4.12~4.62m。
乐清市虹桥区域防洪规划(2000-2020年) (1)规划水平年
现状2000年:近期2005年;中期2010年;远期2020年。 (2)规划标准
防潮标准:除南岳为20年一遇外,虹桥平原防潮标准为50年一遇。 排涝标准:规划区应能抵御20年一遇洪水位,三日暴雨四日排完。规
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划阶段以虹桥镇、蒲岐镇主要道路路面高程为依据确定最高内涝水位,见表2.3-1,并以最高内涝水位确定工程规模,对于农田尽可能减少内涝时间。
规划涝区内最高内涝水位控制高程表
表2.3-1 单位:m 排涝区 排涝标准 城区路面高程 内涝水位控制高程 虹桥镇 20年一遇 3.8~4.1 3.8 蒲歧镇 20年一遇 3.5~3.9 3.5 (3)现状防洪防潮能力
沿海现有出海水闸共23座,主要排涝闸有双屿水闸及红卫水闸。双屿水闸共5孔净宽15m,设计流量146m3/s。红卫水闸改建后规模为3孔净宽24m,二十年一遇最大过闸流量为460.7m3/s,底板高程-1.88m。
虹桥平原沿海均有海塘,总长约17.5km,一般堤顶高程为5.82~6.12m,防浪墙顶高程为6.62~6.92km。
在现状水利设施情况下,虹桥平原排涝标准仅达5年一遇;遇20年一遇洪水时,平均淹没水位达3.905m,平均淹没时间92小时,淹没严重。
乐清市城市防洪规划(2000年) (1)规划水平年 规划年2010年 (2)规划标准
① 海潮防潮标准为50年一遇; ② 规划新城区为50年一遇;
③ 老城区金、银溪防洪标准为20年一遇,其余小山溪防洪标准为10年一遇;
④ 农业保留区的20年一遇三天暴雨四日排至作物耐淹水深。
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(3)现状防洪潮能力
防洪能力:银溪与金溪自西北而南穿过老城区,由于山区蓄水工程少,可用于蓄洪错峰的库容则更少,镇西北侧的山洪得不到有效控制,两溪防洪能力约5年一遇。南门河以南的平原地区排涝能力约为5~10年一遇。
当流域遭遇10年一遇暴雨洪水时,银溪北门新桥处洪水位高出地面0.44m,金溪上金溪桥处洪水位高出地面0.15m,说明老城区主要泄洪河道金、银溪的防洪能力低于10年一遇。南门河以南的平原地区,潘湖溪口处洪水位高于地面0.33m,石马村处洪水位高出地面0.3m,当发生5年一遇洪水时,上述各处的洪水接近地面高程,说明乐城镇现状防洪能力仅为5~10年一遇。盐盆镇现状防洪能力为5年一遇。
柳市区域防洪规划报告(2000~2020年) (1)规划水平年
近期:2000~2005年;中期:2006~2010年;远期2011~2020年。 (2)规划标准
① 江洪、海潮标准:本区域挡瓯江和东海洪潮标准为50年一遇; ② 防洪保护区:8个城镇规划建成区,挡内河水位20年一遇; ③ 一般农田和乡村:挡内河水位为10年一遇,要求三天降雨,四日排完,洪水位超过农作物耐淹水深30cm的历时不超过24小时。
(3)现状防洪潮能力
防洪能力:白石镇处在白石水库下游且较近,山区来洪较大,洪水暴涨暴落,水位虽高,但历时较短,防洪能力不足5年一遇;湖头、北白象、柳市、七里港四个镇防洪能力不足10年一遇,但淹没水深浅,历时短;盘石、黄华、翁垟、象阳四镇已达20年一遇,即使遭遇50年一遇洪水,城镇淹没水深和历时都较小。
(4)现状平原河网排涝能力
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涝区现状十年一遇淹没水深较大,水深为0.15~0.88m,一般超过了农作物(0.3m)耐淹水深,淹没总历时不足2天,超过耐淹水深的历时一般在1天以上,对农作物的产量减产具有一定的影响,也就是说现状农田达不到10年一遇排涝标准。
2.3.2 温州市
2.3.2.1 温州市水利概况
温州市地处浙江省东南沿海,是浙江省南部沿海经济核心区。根据温州市城市总体规划、结合不同区域实际地理、地形特点、城市防洪规划划分为中心片、西片、东片、七里片、瓯北片、七都片和洞头片6个相对的片区。本次工程主要穿过温州东片区域,东片可划分为永强片区、灵昆片区两个的防洪排涝体系。
永强片区隶属于龙湾区,西起茅竹岭,北以瓯江为界,南至海城街道,东侧以永兴围垦堤、丁山围垦堤为界总面积约为220km2。东片永强片区西侧为大罗山脉,最高海拔661.5m,内侧为沿海冲积平原(温瑞平原),地形平坦,地貌单一,地面高程一般为2.6~3.8m。平原区水网密布,水系属温瑞塘河水系,现状总水面面积5.48 km2,正常水位2.5m下总蓄水量1000万m3。西侧山区现有8座小型水库,总库容937.1万m3,水库总控制集雨面积25.32 km2,占山区面积的36%,水库以供水发电为主,无防洪库容。
东片河道属温瑞塘河水系,河网总长350.3km,现状主要排水河道可概化为“六纵六横”的内河排涝体系。沿江主要排涝水闸10座,总宽58m。蓝天新闸目前正在施工中,规划的三甲新闸已建成,闸宽18m。东片外围沿江(海)标准堤总长31.2km,包括北侧的龙湾东片标准堤、东侧的永强标准堤、丁山标准堤,现状防洪挡潮能力为50年一遇。
灵昆岛为瓯江口冲海淤积孤屿,地貌单元属冲海积平原,四面环山,
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平面上呈水珠形,上游尖下游圆东西两端长约9km,南北宽4.5km,环岛沿江岸线长20km。陆域地势低平,河网纵横交错,地势低洼平坦,地面高程一般2.2~2.8m,主要河道为南北面的灵昆河及东西向的灵北河、灵南河,现状河宽10~20m,河道正常水位为2.0m,相应水面面积0.km2,蓄水量约81万m3。
2.3.2.2 温州市水利规划成果
温州半岛西片防洪规划(2007年) (1)规划水平年
规划近期年:2006~2010年;规划远期年:2011~2020年;规划远景展望2021~2050年。
(2)规划标准
防洪潮标准:近远期洪水标准为50年一遇,远景为100年一遇。 排涝标准:50年一遇。 (3)现状防洪潮能力
灵昆岛内防洪水利工程主要有:1、环岛22.1km的防洪堤;2、内河河网;3、沿江排涝闸。
1)环岛防洪堤
灵昆环岛防洪堤总长22.1km,基本为土石斜坡复式堤,大部分为94年17号台风后修建,防洪标准10年一遇,现状堤顶高程5.6~5.8m左右,防浪墙顶高程6.0~7.2m,堤顶宽度严重不足,很多地段仅1.5~3m。
2)内 河
灵昆岛片河网纵横交错,河网全长约70km,河道宽度5~15m,正常水位时相应水面面积0.km2,蓄水量约81万m3。
现状主要排水河道为“一纵二横”。
一纵:灵昆河,全长3.5km,河面宽8~15m。
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二横:灵北河,全长5.3km,河面宽6~15m。
灵昆河,全长6.3km,河面宽6~15m。
3、排水闸
灵昆岛内现有水闸4座,分别为山下翻水站、三条浦水闸、跨浦水闸、双陡门水闸、水闸宽2~3m,闸底板高程约0.0m。
温州市城市东片防洪规划(2007~2020年) (1)规划水平年
现状水平年2007年,规划水平年2020年。 (2)规划标准
防洪潮标准:规划沿江(海)标准堤在规划水平年防洪潮标准为100年一遇,近期结合围垦工程等实际情况分步实施,标准为50年一遇。
排涝标准:新建城区、围垦新区排涝标准为50年一遇;现状老城区排涝标准为10年一遇;蓄涝低地及农田排涝标准为10年一遇三日暴雨四日排出。
(3)现状防洪潮排涝能力
温州市城市东片河道属温瑞塘河水系,根据最新水域调查资料,河网总长386.066km,主要现状河道为瑶溪河、黄石山后河、永强塘河、中横河、海滨塘河、东门浦及城中河等,总长135km,正常水位时(高程2.5m)相应水面面积6.977km2,蓄水量935.971万m3。永强片区现状水利基础设施较为薄弱,河网及田面调蓄能力低,现状农田排涝能力为5年一遇左右,城镇为10年一遇左右。
外围沿江(海)标准堤总长31.2km,包括北侧的龙湾东片标准堤、东侧的永强标准堤、丁山标准堤,现状防洪挡潮能力为50年一遇。龙湾东片标准堤西起龙湾白楼下东平水闸,东至海滨街道蓝田村,全长9.7km,防洪标准50年一遇,堤顶路面高程6~6.5m,防浪墙顶高程7.5m,路面宽4.5m,
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为土石重力直立式。永强标准堤北起蓝田村,南至现老鼠山水闸,堤线总长17.1km,堤顶路面高程6.62~7.12m。丁山标准堤北起老鼠山水闸,南至场桥浦水闸,堤线总长4.4km,堤顶路面高程7.22m。
2.3.3 瑞安市
2.3.3.1 瑞安市水利概况
瑞安市位于我国黄金海岸线中段,是泛长江三角洲和珠江三角洲的连接地带,陆域面积1271km2,海域面积3060km2。东临东海,西连文成县,南接平阳县,北邻瓯海区、龙湾区,西北界青田县。海岸线长20.36km。全境所处纬度较低,又受海洋影响常年平均气温17.9℃,年平均降水量1110-2200mm,历史年平均降水量1527.2mm。
主要河流有飞云江、温瑞塘河、瑞平塘河。瑞安全境内陆河流均属飞云江水系,在上望、阁巷之间入东海,下游河段宽600~1000m,入海处宽达3km。500吨级货轮直达上海、宁波和福州等港。其主要支流有漈门溪、高楼溪、金潮港等分布在山区,水力资源较为丰富,是瑞安市修建小水电站的主要地区。瑞平塘河、温瑞塘河位于飞云江南北两侧,瑞安境内长为3.28km和20.4km,是瑞安市内河主要通道,也是粮食产区抗旱、排涝的重要水道。
瑞安市温瑞平原沿江、海排水水闸20座,小一型水库3座,小山塘20座,城关至梅头(10年~50年一遇)堤塘34.362km,城关至白象江岸线长6.2m,白象至老太坪江岸线长7.4km。瑞平平原水闸9座,宝香至宋埠(10年~50年一遇)堤防5.6km。潘岱乡水闸10座,其中2座为节制闸,沿江堤线长9.75km。
浙江省甬台温高速公路复线温州瑞安段,主要跨越瑞安市东南部的瑞安经济开发区,飞云江出海口两岸。区域内地势平坦、河网密布。现状用地以沿海、沿江标准堤为界,内侧属沿海冲积平原,大部分为水田、地面高程相
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对较低,江南区地面标高为2.8~3.5m,江北区地面标高为2.8~3.4m。现状河谷多呈北东及北西发育,沿海岸线较长,其中江岸线长为8100多米,海岸线南区为2100余米,北区为1600余米。
江北区水系属于温瑞塘河水系。温瑞塘河水系流域面积为6.1km2,其中瑞安段为301km2,正常水位2.92m,河网警戒水位3.12m,正常水位时相应河道蓄水量为18万m3。
江南区水系属于瑞平塘河水系。瑞平塘河水系流域面积为224.5km2,常水位2.50m,常水位时水面面积11.0km2,相应河道蓄水量为2996万m3,河网汛期警戒水位2.90m。 2.3.3.2 瑞安市水利规划成果
浙江省瑞安市防洪规划(1999-2020年) (1)规划水平年
近期1999~2003年;中期2004~2010年;远期2011~2020年。 (2)规划标准
1)江洪、海潮标准:瑞安市规划区江北部分(温瑞平原)挡飞云江洪水海潮:中期50年一遇,远期100年一遇;瑞平平原挡飞云江洪水和海潮标准为50年一遇;潘岱乡挡飞云江洪水为20年一遇。
2)防洪保护区,即城市规划建成区,挡平原河网水位:中期20年一遇,远期50年一遇。
3)规划区内农田和村镇:挡内河水位:中期10年一遇,远期20年一遇。
(3)现状防洪除涝能力 1)内河防洪、防涝
温瑞平原:农田遇10~20年一遇三日降雨,能满足四日排完的排涝要求,农田受淹时间为50.9~56.1小时。
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域内各城镇已能满足(中期)20年一遇挡内河水位的要求。汀田、鲍田、海安、场桥、仙岩已达到(远期)50年一遇挡内河水位的要求。作为规划远期内河防洪、除涝要求,上望、莘塍、梅头三镇地面高程需控制在4.0~4.1m以上,塘下镇需控制主要建筑物地面高程在4.4m以上。
瑞平平原:农田遇10~20年一遇三日降雨,能四日内排完,农田受淹时间为53.7~59.1小时。
平阳昆阳镇、飞云镇已达到(远期)50年一遇挡内河水位的要求,林垟镇已达到(中期)10年一遇挡内河水位的要求,阁巷镇已达到(远期)20年一遇挡内河水位的要求,林垟、阁巷两镇需控制主要建筑物地面高程在3.50m以上。
潘岱乡:潘岱乡内河水位涨、落迅速,该区已达到(远期)20年一遇内河防洪、除涝的要求。
2)江、海堤塘
丁山海滩:丁山片海塘现状(7.52m)基本达到50年一遇(越浪)标准。 阁巷(一期)至宋埠海塘:海塘现状(6.62~6.72m)达不到50年一遇(越浪)标准。
江北片沿江堤塘(城关塘至上望南塘):滨江防洪堤(城关塘(1)6.72m)已达到50年一遇标准;城关塘(2)至上望南塘(4.62~6.92m),除农一塘(1)(6.92m)已达到50年一遇标准外,其余段没达到50年一遇标准。
江南片沿江堤塘(桥里塘至阁巷塘(二期)):桥里塘(6.12m)还没达到50年一遇标准;其余堤塘(6.72~7.62m)基本达到50年一遇标准。
潘岱乡海塘:现状基本无堤防,不能抵御20年一遇静潮位。
宝香山至金坪山堤塘:现状为不连续堤防,防洪能力不足50年一遇。 瑞安市经济开发区(拓展区)河道整治规划(2003-2020年) 瑞安经济开发区拓展区位于瑞安市东南部,飞云江如海口两岸,为省级
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经济开发区,区域内地势平坦、河网密布。现状用地以沿海、沿江标准堤为界,内侧属沿海冲积平原,大部分为水田、地面高程相对较低,江南区地面标高为2.8~3.5m,江北区地面标高为2.8~3.4m。现状河谷多呈北东及北西发育,沿海岸线较长,其中江岸线长为8100多米,海岸线南区为2100余米,北区为1600余米。
(1)规划水平年
近期2003~2005年:中期2006~2010年;远期2011~2020年。 (2)规划标准
1)防洪潮标准:江北片区、中期为50年一遇,远期为100年一遇;江南片为50年一遇。
2)内河排涝标准:50年一遇 (3)现状防洪排涝能力
江北区水系属于温瑞塘河水系。温瑞塘河水系流域面积为6.1km2,其中瑞安段为301 km2,正常水位2.92m,河网警戒水位3.12m,正常水位时相应河道蓄水量为18万m3。温瑞平原内各城镇基本上能达到20年一遇防洪标准,其中城关镇能达到50年一遇标准,但东南片沿海沿江侧地势较低,仅达5年一遇标准。
江南区水系属于瑞平塘河水系。瑞平塘河水系流域面积为224.5km2,常水位2.50m,常水位时水面面积11.0km2,相应河道蓄水量为2996万m3,河网汛期警戒水位2.90m。现状用地情况下(除平阳县)地面均能抵御50年一遇洪涝水位,但沿江沿江非城镇区则地势较低,仅达5年~10年一遇标准。
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3 河道演变
浙江省甬台温高速公路复线温州乐清至瑞安段,主要跨越瓯江、飞云江两大河流和平原河网地区。平原河网地区河道通常为平底,水面比降小,流速低缓,因此河床冲刷在本地区极少发生,排除人为影响改变河势的可能性外,本地区河道走势在今后较长的时期内保持目前的形态和格局。瓯江大桥、飞云江大桥分别跨越瓯江、飞云江两条大河,建桥前后对河势可能会产生一定的影响,现对瓯江、飞云江河道演变进行分析。
3.1 瓯 江
瓯江是浙江省第二大河,干流发源于浙闽交界的仙霞岭,汇入东海温州湾。流域面积17985km2,流域内山多地少,高山区占总面积的80%,冲积地只有6%,其它14%为丘陵地。八十年代以前,干流自温溪以下受潮汐影响,进入九十年代,人类的社会活动改变了该流域的潮区界,温溪以上约15km青田鹤城镇亦受潮汐影响,感潮河段共长83km,占全河长22%,图3.1-1为温州瓯江流域分布图。
瓯江自温溪受潮汐影响,温溪至口门黄华感潮河段长约80km,为瓯江河口口内段,黄华以东为口外海滨段。温溪~梅岙河段以径流作用为主,潮流的影响较小,河道一般比较窄深,河床由粘土或岩石组成较为稳定,称为近口段;梅岙~龙湾,河水与潮水相互消长,江宽水浅,河流分汊,沙滩众多,变动频繁,河床不稳定,称为河口段。龙湾至口门黄华由灵昆岛将河口分为两汊,其中北口为主航道,水深大,洪水影响小,以潮流作用为主,称为海滨段。瓯江口外岛屿林立,沙滩密布,其中温州浅滩、三角沙和中沙是分布于瓯江口外最大三个拦门沙滩。瓯江出口的水流和航道分别经沙滩之间
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的北水道和南水道与外海相通。瓯江口桥址横跨灵昆岛南北两侧水道,见图3.1-2。
3.1.1 瓯江南、北口的稳定性
瓯江南北口即灵昆岛南北汊道,历史上未发现交替兴衰变化,北口河床基本上一直呈单向冲刷扩大,而南口则相反,呈逐年减小趋势。从江心屿和七都两汊兴衰交替发生的过程来看,需有三个前提:一是汊道上游段河床宽阔,可提供两侧沙滩(边滩或心滩)的堆积条件;二是汊道上游段较长,可提供深槽摆动回旋余地;三是当一汊为支汊后(非主流所在),其水流条件尚不足以使悬沙迅速落淤封塞。据此统计,对比三汊道几何尺度可以看出,有效宽度(河宽/槽宽)相差不大,唯分汊前段有效长度(段长/河宽)相差较大,即瞧头至江心屿西段和江心屿东至七都西段有效长度均在3.8左右,而七都东至灵昆西段仅2.1左右。这就说明三汊道前段均有成形淤积体条件,可以淤积交错边滩(或心滩),只是灵昆分汊前段较短,深槽不能充分摆动,推移质泥沙不可能借助深槽摆动使泥沙集中向下游输移。
造成灵昆分汊前段短的原因与北岸盘石、南岸龙湾和灵昆单双昆山三足鼎立之势有关。盘石与龙湾两矶头形成节点钳住河势,尤其是龙湾矶头突伸江中,稳住落潮水流直抵盘石下深槽,对维护北口顺岸深槽起着重要作用。灵昆的单双昆山屹立于灵昆岛西端,抑制岛屿后退也是十分重要的。河口上游两汊道的主支汊交替变化周期在15年至20年左右,这期间支汊未发现淤积封塞。一周期后仍能冲开为主汊。其原因在于当沙滩移至汊道后,沙滩高程均在低潮位以下,随着水位增高,支汊的落潮过水能力迅速增加,涨潮过水能力几乎变化不大,这是汊道主支汊流量分配较普遍规律,枯水期或低潮位时落淤的泥沙在洪水期或高潮位时带出汊道。可使支汊维持较长时期。1979年南口上端筑潜坝封堵后,分流比有所减少,将促使其淤积。另一方面悬沙淤泥条件还与可能提供的悬沙数量有关。河床底质的粒径d<0.03mm
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部分仅占全部底质10%左右,该物质粒径与悬沙相当,这就是说,尽管悬沙含量较大(常为最大浑浊带区),造床作用并不明显,这也有利于南口长期存在。
3.1.2 桥址河段河床变化
瓯江口主桥址位于瓯江北口黄华附近,副桥位于南口尾部。瓯江北口是主入海通道,该河段上接龙湾河段,下接入海口的滨海区,潮流作用强劲,泥沙运动复杂。近年来随着南口潜坝的抬高以及人类活动的影响,南北口河段滩槽变化趋势明显。
南北口汊道河床冲淤变化,受上游来水来沙和汊道分流分沙的双重影响。南、北口河床有洪冲枯淤的变化趋势。灵昆南、北口河床容积、冲淤量和冲淤厚度变化见表3.1-1,从中可以看出,南、北口河段河床同瓯江河口口内河段一样,具有洪积枯淤的变化趋势,如洪水年1958~1965年、1968~1970年和1991~1999年更是洪水频发期,南北口河段河床容积增加,河段均发生不同程度的冲刷。而枯水年如1966~1968年、1971~1973年、1979~1986年,南北口河段河床容积减少,河床均发生不同程度的淤积。上述统计资料表明,以圩仁站平均流量400m3/s作为河段冲淤平衡流量,上游来水流量大于此值,南、北口汊道段将发生冲刷,小于此值,南北口汊道段将发生淤积。
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灵昆岛、北口历年河床冲淤变化
表3.1-1 年份 1958 1966 1968 1970 1973 1979 1983 1986 1987 1992 1999 2002 2005 多年平 均流量468 342 463 375 488 329 439 350 460 458 4 296 3(m/s) 河床容积17400 18000 17600 18400 18200 19200 19000 18400 18200 18000 19280 19820 21300 43(10m) 北冲淤量 口 (104m3) 年冲淤量(10m) 冲淤厚度(m) 43-600 -75 -0.26 400 200 0.17 00 -800 -400 -0.34 200 -1000 67 -167 200 50 600 200 0.26 200 200 200 50 -1280 -160 -0. -520 -165 -0.23 4250 -1440 -580 -0.62 4670 -420 -170 -0.33 0.09 -0.44 0.09 3630 3740 0.09 0.09 河床容积5600 43(10m) 冲淤量 南口 年冲淤量43(10m) 冲淤厚度(m) (10m) 434400 4240 3340 400 100 0.33 -690 -53 4030 200 25 0.16 1000 500 0.82 160 80 0.13 610 -110 203 -19 -220 -73 -0.18 0.5 -0.09 -0.55
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南口、北口二汊河段河床即使在南口筑潜坝后,仍有洪冲枯淤的变化趋势。洪水期北口(主汊)的冲刷量和冲刷强度远大于支汊南口;枯水期,南口支汊的淤积量和淤积强度又大于北口主汊。由于主、支二汊有这样的冲淤特性,因此,堵口前后不同时期,南北口二汊有着不同的冲淤特征。
堵口前,1958~1978年这一时期,北口处于缓慢冲刷发展状态,南口处于缓慢淤积状态,其中北口容积扩大,冲刷量1800万m3,冲刷厚度0.78m,容积扩大近10%。南口容积减小,淤积量1860万m3,淤积厚度1.52m,容积减少约30%,南口发生了较大的淤积。堵口后,南口、北口经历了不同的冲淤阶段。初期,1979~1986年,南、北口都处在缓慢淤积状态,其中北口容积减小,淤积量800万m3,淤积厚度0.35m,南口容积减小,淤积量400万m3,淤积厚度0.33m。中期,1986~1999年,南、北口都处于冲刷状态,其中北口容积扩大,冲刷量880万m3,冲刷厚度0.36m,南口容积扩大,冲刷量690万m3,冲刷厚度0.55m。近期,1999~2005年,南北口都处于冲刷状态,其中北口容积扩大,冲刷量1960万m3,冲刷厚度0.85m,南口容积扩大,冲刷量0万m3,冲刷厚度0.51m。堵口后总体分析,1979~2005年,南北口都处于冲刷状态,其中北口容积扩大,冲刷量为2100万m3,冲刷厚度0.86m,南口容积扩大,冲刷量为930万m3,冲刷厚度0.73m。全系列分析1958~2005年,北口处于冲刷状态,南口处于淤积状态,其中,北口容积扩大,冲刷量3840万m3,冲刷厚度1.m,南口容积减小930万m3,冲刷厚度0.79m。
潜坝建成初期,即1979~1986年,北口河段发生了淤积,对其原因进行分析:
(1)潜坝建成后,改变了北口的分流分沙条件,北口落潮分流比约增加了5个百分点,落潮分流比增至75%左右,悬沙分沙比增至80%左右,而绝大部分底沙因南口潜坝的阻挡而往北口输移,北口成为主要的输沙通道。
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1978~1983年,由于杨府山以上河段整治工程的实施,落潮主流稳定的通过七都北汊,七都北汊由支汊发展成主汊,分流量不断增加,河床冲刷,大量泥沙下泄,大部分底沙经炮台沙水道输往北口,为北口河床淤积和七里边滩淤长提供了丰富的泥沙来源。因此这一时期,北口来沙量明显增加,落潮流量和落潮输沙能力虽然也增加,但仍不足以将上游来沙量全部输送出口,因此,北口河段仍发生淤积。
(2)上世纪八十年代瓯江经历了持续的中枯水期,洪峰造床作用减弱,显然是堵口初期(1979~1986年)北口河段河床淤积的主要原因。而建坝初期,水沙条件的改变,七都北汊来沙量的增加,是北口淤积的重要因素。
(3)上世纪九十年代是瓯江洪水频发期,多次洪水过程峰值流量超过10000m3/s,因此这一时期,南北口都发生较大的冲刷。但近期,南北口仍发生了较大的冲刷,核查这一时期,特别是2002~2005年期间,并无大的洪水发生,其原因可能同潜坝的抬高,北口中、低水流量的增加有关。其次可能同瓯江河口沿程挖沙,特别是上游干流挖沙有关。大量挖沙,不仅可大幅减少上游来沙量,引起下游河段及主河段的冲刷。同时,挖沙降低了河床高程,减少河床阻力,有利于潮流上溯。由于潮差增加,河口进出潮量将要增加,原来圩仁站被迫搬迁至青田鹤溪是一佐证。河口进潮量的增加,也将引起河床断面积和容积的增加。图3.1-3显示了历年北口沿程冲淤分布。 3.1.3 大桥对河床演变影响预估
(1)大桥主桥所在瓯江北口,河势具有微弯的平面形态,滩槽相对稳定,深槽位于凹岸一侧,浅滩位于凸岸,潮流动力强劲,是瓯江入海的主通道。副桥所在的瓯江南口,河势顺直宽浅,潮流动力较弱,在自然状态处于淤积萎缩态势。通过计算,桥墩阻力增加南口大于北口,北口作为瓯江口的入海主通道将继续维持,南口将继续淤积萎缩,建桥后并不会改变这种趋势。七里港区位于河段凹岸中下游的贴岸深槽,距大桥有5km,港区码头前沿水深
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稳定。
(2)根据以上分析,北口河汊潮流动力强劲,滩槽相对稳定。桥址断面吴淞4.5m下面积为25293m,悬索桥墩阻水面积为1087m,占桥位断面面积的4.3%。南口桥位断面面积为121m2,桥墩阻水面积为1495m2,占桥位断面面积的7.9%。由此可见,南口阻力的增加要大于北口,北口作为瓯江口的入海主通道将继续维持,南口将继续淤积萎缩,建桥后并不会改变此种趋势。
(3)七里港区位于河段凹岸中下游的贴岸深槽,距大桥有5km,港区码头前沿水深稳定。根据以往研究试验结果和实际情况,大桥的影响范围在上下游1~2km左右。由此可见,大桥对七里港区的码头前沿水深和靠泊条件不会有大的影响。
(4)建桥后,由于桥墩的阻力影响,同时受潮流双向作用,桥墩上下游均产生壅水,流速减小,泥沙落淤,桥墩间水流压缩,流速增加,河床冲刷,河床形态调整,对航道水深有一定影响。
(5)建桥后,由于受到桥墩跨度的和桥墩干扰,潮流流态将作调整,对船舶的通航条件会产生一定影响。
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3.2 飞云江
飞云江流域是浙江省独流入海的水系之一,汇景宁、泰顺、文成、平阳和瑞安等五县(市)之水,注入东海。西、北与瓯江流域相邻,南与鳌江流域接壤及福建省交界,东临东海,流域总集雨面积3713km2。发源于景宁畲族自治县景南乡东塘行政村境内,源头~泰顺县百丈口为上游河段,河长69.47km,落差1200m,平均比降17.27‰,集雨面积848.15km2,占流域的22.8%;泰顺县百丈口~瑞安市滩脚为中游河段,河长68.38km,落差115m,平均比降1.68‰,集雨面积13.69km2,占全流域的44.2%;瑞
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安市滩脚~河口为下游河段,河长60.85km,属于感潮河段,落差10m,平均比降0.16‰,集雨面积1221.16km,占全流域的32.9%,流域内水文测站总计52处,其中水文站2处(峃口、百丈口),潮位站2处(瑞安、上关山),清水位站7处(宁益等)。
飞云江宝香至河口上望河段,长约15km,为喇叭形河口,河段较顺直、河宽自上至下逐渐放宽,河床形态基本稳定。在非汛期时段,该河段主要受潮流控制,径流作用较小;在汛期,特别是洪水时,径流也是塑造该河段河床的重要动力之一。流域概况及测站分布见图3.2-1。
图3.2-1 飞云江流域分布图
3.2.1 平面形态特征
从图3.2-1可见,西洋至上望河段共有四个河湾,每个河湾长约在4-6km不等,河宽在700-3000m之内,上游小、下游大,深槽位置左右交替易位,在深槽对岸一侧常常为边滩,上下深槽之间为浅滩。从河床形态总体看,呈现边滩犬牙交错,深槽左右易位,河湾特征值见表3.2-1。
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西洋至上望河床形态特征(1978年资料)
表3.2-1 河长m 河宽 m 主槽位置 主槽高程m 副槽高程m 西洋-宝香 3800 1200 右岸 -13.98 -0.48 宝香-瑞安 3800 700 左岸 -20.88 -3.98 瑞安-宋家岱 4850 1200 右岸 -10.88 -0.78 宋家岱-上望 5900 3000 左岸 -4.38 -3.18 形成这样河床平面形态格局与两岸不同的地质分布关系密切,深槽通常是落水主流形成,主流经宝香矶头挑向北岸的白塔尖,沿横山、瑞安再折向南岸。
径流和落潮水流主要塑造了深槽,也即主槽,同时,发育于边滩上的槽沟通常称谓副槽。一般而言,其深度和宽度均较主槽小,槽型一般为下游较宽浅,上端较窄深。在宝香至瑞安的南岸边滩和瑞安至下埠的北岸边滩,此类副槽都存在。1978年枯水期水文测验表明(见表3.2-2),副槽中的涨潮流速大于落潮流速,涨落潮流速比值大于1,故又称涨潮槽;而对应的主槽称落潮槽,落潮流速则大于涨潮流速。
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断面同步流速资料(1978年6月3日-5日)
表3.2-2 涨潮流速 位 置 平均 北1 瑞安 中2 南3 北1 下埠 中2 南3 北1 上望 中2 南3 0.96 0.65 0.73 - 0.60 0.81 0.91 0.74 0.80 最大 0. 0.94 0.99 1.81 1.01 1.23 1.42 1.11 1.24 落潮流速 平均 0.74 0.65 0.88 1.01 1.06 0.97 1.03 0.60 0.77 最大 1.15 1.01 1.28 1.53 1.02 1.61 1.40 0.94 1.17 流速比(涨/落) 平均 1.23 1.00 0.83 0.25 1.19 0.84 0. 1.23 1.04 最大 1.34 0.93 0.78 1.18 1.00 0.76 1.01 1.18 1.06 由于宝香以下河段河宽未充分发育,一般滩面受飞云江径流暴涨暴落,洪枯水变幅大的影响,其高程较低,洪水时,漫滩水流强,易于冲刷形成串沟;枯水时,漫越滩面水流较少,串沟的河槽易于潮流填充,并将其修饰,从而形成下游宽浅,上游宽深的形态,副槽在洪水和潮水交替作用下得到维持。因此深槽与浅滩相间出现、主槽和副槽并存分布成为宝香以下河床的显著特征之一。
3.2.2 飞云江河口河床冲淤变化
飞云江口内航道口内航道(删)有三条航线即北航道、南航道和综合航道。本次拟建新飞云江跨越上述三条航道,位于现状飞云江大桥下游。因此须分述飞云江河口段河床冲淤及各航道的冲淤变化。
(1)河床容积变化
瑞安至上望是飞云江河口重要一段,长约11km,分析河床容积变化所采用的基础地形资料从1971年至2001年共30年,河段历年河床容积变化
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见表3.2-3,图3.2-2。
宝香以下河段中潮位下河床容积
表3.2-3 测站日期 1971年10月 1978年06月 1979年07月 1980年07月 1986年09月 1990年07月 1993年10月 1994年07月 2000年03月 2001年04月 多年平均值 年平均流量(m3/s) 42.9 74.5 40.6 68.4 45.8 79.7 80.0 70.7 瑞安-下埠(106m3) 瑞安-上埠(106m3) 28.33 31.04 28.56 31.19 29.76 30.02 30.29 30.01 45.00 32.11 30.61 75.68 71.95 76.70 69.49 71.51 79.57 77.38 86.25 84.53 76.62 资料表明,1971、1979和1986年为枯水年,年平均流量与多年平均流量比在0.-0.61之间,这些年份的河床容积较多年(1971年~2001年)河床容积均值小,图3.2-2也是显示这一特点,容积比偏离1;1980年和2001年为平水年偏枯,其容积比接近1;2000年为平水年偏丰,因此容积比大于1。可见,飞云江河口段河床变化的特征表现为洪冲枯淤的特点。同样,资料表明,多年来,该河段河床容积变化不大,样本时间段内,最大容积为2000年3月的86.25×106m3,最小1986年9月的69.49×106m3,多年平均为76.62×106m3,表明飞云江河口总体来说河床处于冲淤相对平衡状态。
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图3.2-2 瑞安至上望中潮位河床容积比
(2)北航道冲淤变化
北航道路线为上望-下埠-东山埠渔港-城关老港区,长约11km。该条航道200m宽范围内历年河床平均高程变化见表3.2-4,图3.2-3。
表与图中资料为北航道200m宽的范围内算术平均高程沿纵向变化。资料表明,北航道河床平均高程呈局部冲刷,整体淤积的态势。局部冲刷主要表现在飞云江大桥附近及其下游地区,可能是飞云江大桥的兴建,桥墩引起的局部冲刷;整体淤积主要表现在20世纪六、七十年代,北航道河床平均高程在黄海基面-5.8m左右,而九十年代,其平均高速在-4.4m左右,平均淤浅1.40m左右。
(3)南航道冲淤变化
南航道路线为上望南岸-宋家岱-新港区-飞云渡-城关老港区,长约11.9km。该条航道200m宽范围内历年河床平均高程变化见表3.2-5,图3.2-4。
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南航道(200m宽)河床平均高程
表3.2-5 单位:m 距离 -1000 0飞云江桥 1000 2000 3000 3500宋家埠 4500 5500 6000塘头浦 7000 8000 9000
19年 -7.98 -8.78 -9.28 -8.98 -7.18 -6.58 -5.58 -3.98 -2.98 -4.48 -3.08 -3.38 1971年 -9.88 -8.88 -9.68 -9.88 -6.98 -6.28 -5.58 -4.78 -4.88 -3.68 -4.08 -3.08 1990年 -9.38 -8.18 -8.28 -6.48 -5.58 -5.38 -4.58 -4.58 -4.48 -4.78 -4.48 -4.18 1996年 -10.88 -8.88 -9.88 -5.28 -7.48 -6.88 -5.78 -5.38 -5.28 -5.18 -4.68 -4.38 图3.2.4 南航道(200m宽)河床平均高程
资料表明,南航道河床平均高程多年来变化特点与北航道表象相反,局部淤积而整体冲刷。飞云江大桥下游2000m处略有淤积,淤积范围值不大,这可能是河床沙波周期运动所致,这对南航道河床演变影响不大;整体冲刷主要表现在口门段逐年冲刷,由19年的平均高程-3.88—4.88m到1996
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年的-6.88m左右,平均冲刷了2m左右。由南、北航道口门段河床平均高程演变趋势表明,飞云江河口口门段的航道尚未处于稳定状态。从图3.2-3还可以发现,在飞云江大桥处,桥墩引起的局部冲刷不象北航道内产生的那样大,这主要是由于两航道的河床高程差异所致,南航道桥址处高程比北航道深3倍左右,桥墩底部的水流动力强度相对较弱。
(4)综合航道冲淤变化
综合航道自上望经北航道9 km至下埠过江1.3km至南岸的宋家岱,进入新港区,过飞云江大桥至飞云镇再次过江至北岸的老港区,长约长(删)12km。这条航道须经过两个浅滩,其中从下埠至宋埠岱为下浅滩或称宋家岱浅滩,从飞云渡至城关老港区为上浅滩或称飞云渡浅滩。图3.2-5和图3.2-6为下、上浅滩航道轴线历年水深变化。
图3.2.5 下浅滩航道轴线河床高程
图3.2.6 上浅滩航道轴线河床高程
综合航道,本质上是结合北航道的河口段和南航道的上段,因此,该航道与南、北航道演变规律相同,遵循下淤上冲的态势,不同的是,与该航道有关的两个过江浅滩。图中资料表明,下浅滩滩顶位置多年来基本不变,滩顶高程年际间有冲有淤,无明显的单向冲刷或淤积。上浅滩变化规律与下浅滩相似,也有冲有淤,多年来滩顶高程变化不大,滩顶水深-4.0m左右。
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3.2.3 飞云江滩槽演变
宝香至河口上望为顺直喇叭形河口,长约15km,河宽由700m逐步展宽至2100m。落潮水流受宝香矶头挑流,主流冲向北岸,再受北岸礁头矶头、横山矶头及仙岩头矶头控制,河槽呈弯曲状,在其对岸形成规模庞大的弯道边滩即宝香边滩。受北岸仙岩头矶头挑流影响,落潮主流横越浅滩,穿越大桥进入南岸深槽。近年来,随着人们对飞云江流域的开发利用如建(改-大)桥、码头、水库的建设及自然水文条件的变化,河床的滩槽也将发生相应的变化,以飞云江大桥至口门河段的滩槽演变为例,见图3.2-7。图上主要反映吴淞0m浅滩和-2m、-3m、-5m深槽的变化。资料表明,吴淞0m浅滩主要出现在口门处,从1990年至1996年间其平面位置基本不变,飞云江大桥处吴淞0m浅滩位置也基本变,但范围略有扩大,该滩的变化与局部河床冲淤关系密切,对整体河床高程影响不大。深槽的变化可以从两部分来讲,其一是飞云江大桥下南岸一带的深槽,主要有-3m、-5m深槽,其二为口门的-3m深槽。这两处深槽从九十年代以来均处于冲刷发展状态,尤以南岸一带的深槽为甚,如从1990年至19996年,-5m深槽向下游延长了1500m左右,-3m深槽延长了3850m,最大宽度也相应增加了150m左右。口门处的-3m深槽向上延长了1200m,并且,深槽发展趋势有向南岸靠近,上下两-3m深槽间距仅为1900m左右。从滩槽变化趋势可见,飞云江口门以外,由于水流迅速扩散,水动力迅速减弱,因此泥沙容易沿着两侧岸线形成扇形淤积边滩,多年来,其边滩的平面位置相对稳定;飞云江口门以内,南侧的深槽处于冲刷发展态势,从演变平面图看,北侧无明显的冲淤现象,但结合前文南北航道沿纵深变化的资料可见,飞云江大桥以下河段表现为南航道冲刷北航道淤积的态势。
从断面形态看,飞云江断面形态由1970年“W”型演变为1996年的“U”型。从断面面积看,1971年至1996年,断面面积呈减小态势。1996年0m
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以下面积与相应的多年平均面积比减少了0.6%。从冲淤厚度看,桥位断面表现为南深槽冲刷北深槽淤积的态势。
图3.2.7 飞云江河口滩槽演变(吴淞基面高程)
3.2.4 拟建新飞云江桥址断面冲淤变化
拟建的跨飞云江大桥见图3.2-8,飞云江桥址方案断面变化见表3.2-6、图3.2-9。
拟建新飞云江桥址断面黄海高程0m和-2.0m以下断面面积
表3.2-6 飞云江桥址 特 征 0m以下 1971年 1990年 1996年 平 均 7841m2 2m以上 3988m2 7508m2 7597m 78m2 23586m2 3887m 3820m2 2飞云江河口段河床变化的特征表现为洪冲枯淤的特点,但多年来,该河段河床容积变化不大,表明飞云江河口段总体来说河床处于冲淤相对平衡状态。由南、北航道口门段河床平均高程演变趋势表明,飞云江河口口门段的航道尚未处于稳定状态,南侧深槽冲刷发展和北侧深槽淤积态势较为明显,综合航道,本质上是结合北航道的河口段和南航道的上段,该航道与南、北航道演变规律相同,遵循下淤上冲的态势,不同的是,与该航道有关的两个过江浅滩顶位置多年来基本不变,滩顶高程年际间有冲有淤,无明显的单向
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冲刷或淤积,如果南冲北淤的态势继续发展,势必将影响到飞云江河口航运的正常进行。桥址断面资料分析表明,桥位的断面资料分析表明,桥位的断面形态从1971年以来有较大的改变,桥位断面面积基本不变,但从二十世纪九十年代以来,桥位断面形态基本稳定。
需要指出的是,根据飞云江河口航运规划,采用全局观点,综合效益最佳的原则,充分考虑下埠至肖宅一带北岸岸线的利用,开辟瑞安市的规划港区,同时兼顾南岸的深水港区,使得南北呼应,协调发展。为此,选择综合航道为规划航道。随着飞云江三桥的建设,综合航道为飞云江口主航道已由规划变为现实。因此,建议相关部门及地方应尽早采取措施,研究并实施飞云江河口的整治,稳定河口主航道。
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4 水 文
4.1 气 象
浙江省甬台温高速公路复线温州乐清至瑞安段沿线经过浙江东南沿海的乐清、温州、瑞安三市、属典型的亚热带季风气候,受东南季风气候影响,四季分明,温和湿润,冬暖夏凉,雨量充沛。
冬季受北方冷高压控制、以晴冷天气为主;冷空气南下时易引成寒潮,春末夏初,太平洋副热带逐渐加强,与北方冷空气交汇,静止峰徘徊,形成历时较长、雨量较大的阴雨天气,俗称“梅雨”;夏季,受太平洋副热带高压影响,天气晴热,热带风暴、台风活动频繁,时常出现暴雨及大暴雨,8、9月份为甚,台风过境时,常形成大风大雨的灾害性天气。秋季,高压逐渐发展,副热带高压减弱东移,极峰南返,形成秋雨。十月开始,冷空气势力加强,太平洋副热带高压退出,天气稳定,常出现秋高气爽的晴天,多偏北风。
乐清市:多年平均气温17.7℃,极端最高气温36.6℃(发生在1978年8月1日),极端最低气温-5.8℃(发生在1973年12月26日)。多年平均水汽压18.4hpa,多年平均相对湿度81%,多年平均蒸发量1263.3mm(20cm蒸发皿),主要风向夏季以南风为主,冬季以东北风为主,年平均风速2.5m/s,实测最大风速28.0m/s,相应风向W。
温州市:据温州气象站1951~1994年资料统计,多年平均气温17.9℃,最高月份7~8月,平均气温28℃,最低月份为1月,平均气温7.7℃。极端最高气温39.3℃,极端最低气温-4.5℃,无霜期272天,年平均日照1850h,常年主要风向夏季为东南偏东风,冬季为西北风,年平均风速2.0m/s,最大风速34m/s,多年平均相对湿度81%,年平均水面蒸发量4mm。
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瑞安市:全市平均气温17.9℃,极端最高37℃~38℃,极端最低在-4℃~-5℃,无霜期275天,常年日照在1700~2000h,年平均相对湿度在82%,多年平均降水量1505.6mm,历年一日降水量249.5mm,降雨主要是峰面雨和台风雨,降水主要集中在5~6月梅雨期和7~8月台风期,年平均蒸发量1249.7mm。
乐清、温州、瑞安市地面气候特征值统计见表4.1-1、表4.1-2、表4.1-3。
4.2 水文资料
浙江省甬台温高速公路复线温州乐清至瑞安段,起点乐清南塘,终点瑞安阁巷,沿线经过最大河流为瓯江、飞云江。沿途跨越多个山区河流和平原水系。
瓯江发源于洞宫山脉的百祖山。上游有大溪与小溪两大支流,汇合后称瓯江,流经青田、温州,后注入东海。全长388km,流域总面积17985km2。
飞云江发源于景宁县与泰顺县交界处的白云尖,自西向东流经珊溪、峃口、平阳坑、马屿、瑞安等地后注入东海,全长203km,全流域面积3713 km2。
乐清市:主要溪流为淡溪、白石溪、银溪、四都溪,主要平原干河为西运河、西干河。
白石溪发源于与永嘉县交界的郭公山,主流长20km,流域面积50km2,河床自然落差大,水力资源丰富。钟前水库、白石水库梯级位于白石溪中下游。
银溪发源于乐成镇西北章山,注入仰根水库后,折向西南,经十八玍水库下泄至水碓邻脚,穿乐成镇,在文阁转向西,右纳金溪后水流向南,经过马车河等地,由公利闸入乐清湾。
温州市:沿线经过灵昆岛、东片永强片。东片永强片平原区水网密布,水系属永强塘河水系。
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瑞安市:沿线经过主要平原干河为温瑞塘河、中塘河。
永强塘河水系流域面积142.83km,干流长16km,平均河宽22m,现正常水位2.5m,河网警戒水位2.80m,河网河道总长350.3km,正常蓄水位时蓄量约1000万m3。
温瑞塘河水系是瓯江水系和飞云江水系的连系纽带,主河道自南至北经瑞安、瓯海、温州市区,全长33.85km,其中瑞安境内20.44km,鹿城、瓯海两区内13.45km,整个河塘水域流域面积6km2,正常水位2.92m,河网正常蓄水量6000万m3。 4.2.1 水文站网
本次防洪评价水文分析主要采用公路沿线及邻近区域相关水文站的刊布资料,观测项目主要有雨量、水位、潮位。
浙江省甬台温高速公路复线温州乐清至瑞安段线路附近主要雨量、水位、潮位站如表4.2-1。
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2
雨量、水位、潮位站资料情况表
表4.2-1 水 系 乐清湾 乐清湾 乐清湾 瓯 江 瓯 江 瓯 江 瓯 江 河 名 白龙溪 白龙溪 西运河 白石溪 白石溪 芙蓉溪 乌牛溪 站 名 潭 头 淡 溪 乐 清 里 樟 白 石 清江渡 乌 牛 永 强 龙 湾 洞 头 塘 下 帆 游 平 阳 设站时间 1962.5 1960.4 1951.5 1959.6 1959.5 1957.10 1971 1957.3 1960.5 1984.1、1957 1966.4、1969.1 1962.1、1963 1963. 1960.5 1960.1 1963.5 1944.5 1977.1 地点 乐清硐垟乡源头村 乐清淡溪乡石龙村 乐清乐成镇南门 乐清城北乡里樟村 乐清白石乡白石水库 乐清清江县清江乡渡头 浙江省永嘉县乌牛乡孙宅 瓯海县永中镇 温州市龙湾镇龙湾村 洞头北岙镇燕子山 瑞安塘下镇 温州百门帆游村 平阳县城关镇 瑞安林洋乡林洋村 瑞安隆山乡邻下村 瑞安吴桥乡吴桥村 瑞安城关镇仙岩镇 瑞安北龙山乡上关山岛 观测项目 雨 量 雨 量 水位、雨量 雨 量 雨 量 雨 量 雨 量 水位、雨量 潮位、雨量 潮位、雨量 水位、雨量 水位、雨量 水位、雨量 水位、雨量 水位、雨量 水位、雨量 潮位、雨量 潮位、雨量 温瑞平原 永强塘河 瓯 江 海 岛 瓯 江 海 岛 温瑞平原 温瑞塘河 温瑞平原 温瑞塘河 温瑞平原 温瑞塘河 温瑞平原 温瑞塘河 林垟(洋) 温瑞平原 瑞平塘河 温瑞平原 瑞平塘河 飞云江 海 岛 飞云江 海 岛 岭 下 南马道 瑞 安 上关山 4.2.2 水文调查
本次甬台温高速公路复线(乐清~瑞安段)防洪影响评价,根据高速公路沿线走向,对沿程跨越的最大河流、河道等进行了水文外业调查工作,为本次防洪影响评价提供分析计算依据。
水文外业调查成果见表4.2-2、表4.2-3。
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表4.2-3 序号 路段 编号 地名 间距起点距深泓高程(m) (m) (m) 32 53 55 56 57 58 飞云江 ~飞云镇 33 34 35 36 37 阁巷二村 阁巷互通 孙楼村 飞云江 0.48 0.26 0.41 0.21 0.40 2.40 2.31 2.27 2.26 2.24 0.17 水面线高程(m) 1994年 测时水位 2.47 50 52 31 4.3 暴 雨 4.3.1 暴雨特性
浙江省甬台温高速公路复线乐清~瑞安段沿线河流5~9月为主汛期,一般由梅雨及台风雨形成。
梅汛期(4月16日~7月15日)是一年中连续性降水日数最大的时期,春末夏初由于副热带高压逐渐加强,与北方冷空气交接,造成长时间连绵阴雨天气。台汛期(7月16日~10月15日),受太平洋副热带高压控制,天气以晴热为主,容易伏旱或夏秋连旱,同时,由于太平洋上台风和热带风暴活动频繁,台风暴雨加上天文大潮顶托,易形成洪涝灾害。
据实测资料统计,钟前水库一日雨量最大前5位为1981年、1994年、1963年、1965年、1984年,均为台风暴雨灾害,其中1994年为特点洪涝灾害,台风在瑞安梅头登陆,大片农田、村庄被淹没,房屋倒塌17万亩;冲毁堤塘760公里,死亡千余人。
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4.3.2 设计暴雨
(1)乐清市
钟前水库、钟前~白石区间、白石水库面雨量计算,由里樟、白石站同场暴雨泰森多边形法计算,资料资料1959~2004年。淡溪水库由潭头、里樟、淡溪、乐清、清江渡站泰森多边形法计算。24小时雨量由一日雨量采用全省平均值1.13倍计算。十八玍水库据樟站1961~2005年资料推求,经统计分析并以P-Ⅲ型适线求得各分区设计暴雨。
水库片设计暴雨见表4.3-1。
水库片设计暴雨
表4.3-1 设计暴雨(mm) 名称 项目 H(mm)Cv Cs/Cv 2% H1d 钟前水库 H24d H3d H1d 钟前~ 白石区间 H24d H3d H24d 白石水库 H3d H1d 淡溪水库 H3d 十八玍 水库 H24d H3d 209.0 0.5 3 495.7 413.8 349.0 282.2 558.2 738.0 306.2 382.0 143.7 0.50 3 598 497 417 334 176 250 165 235 0.52 0.52 0.50 0.50 3 3 3 3 429 485 609 391 442 557 476 5% 355 401 506 325 368 4 394 10% 298 337 423 275 311 392 332 20% 238 269 339 222 251 316 265 340.6 284.6 240.0 194.0
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乐清盐盆片由乐清站1937~1999年55年资料,统计历年最大1d、3d暴雨;柳市区采用里樟、白石、龙湾、乐清、乌牛六个站,统计历年同场地1d、3d雨量,按面积权重计算;虹桥区采用潭头、里樟、淡溪、乐清、清江渡五个站,统计历年同场地1d、3d雨量,按面积权重计算。经统计分析并以P-Ⅲ型适线求得各分区设计暴雨。24h雨量由1d雨量乘1.13系数。乐清各区域设计暴雨成果见表4.3-2。
乐清各区域设计暴雨成果表
表4.3-2 分片 项目 H1d 乐清南塘片 H3d H1d 乐清盐盆片 H24d H3d H1d 乐清柳市区 H3d H1d 乐清虹桥区 H3d 200.0 0.5 3 558.8 495.7 413.8 349.0 282.2 196.7 143.7 0.5 0.5 3 3 525.3 383. 466.3 340.6 3.5 284.6 328.6 240.0 265.6 194.0 178 127 1 138.3 0.55 0.60 0.58 0.5 3.5 3.5 3.5 3 406 459 586 369.2 460.1 351 397 509 327.7 372. 9280 316 408 273.8 306.2 226 255 332 230.9 238.9 172 194 255 186.7 设计暴雨(mm) 均值 Cv Cs/Cv 1% 142 0.55 3.5 2% 367.1 5% 297.5 10% 244.2 20% 190.6 (2)温州市
各年最大1d、3d雨量温州东片由永强、龙湾站,温州永强片由永强、龙湾、塘下、帆游四站,1960~1997年暴雨资料统计,按同场雨年最大值法泰森多边形计算,并以P-Ⅲ型适线求得各分区设计暴雨,成果见表4.3-3。
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温州各分区设计暴雨
表4.3-3 单位:mm 设计暴雨 分片 项目 均值 Cv Cs/Cv 2% H1d 灵昆片 H3d H1d 永强片 H3d H1d 七都岛 H3d 196.7 0.50 3 466.3 3.5 328.6 265.6 177 138.3 0.52 0.50 4 3 446.0 361.1 295.6 231.9 327.7 273.8 230.9 186.7 175 125 0.55 0. 4 4 460.3 367.5 297.5 229.3 323.8 260.0 211.3 163.8 130 0.56 4 5% 10% 20% 345.8 275.6 222.3 170.3 24h雨量由一日雨量乘1.13系数推算。设计暴雨时程分配,选择1987年9月9日~11日降雨过程为典型,该场暴雨永强片3d雨量为421.8mm,接近50年一遇,1d雨量为210mm,接近10年一遇,降水量集中强度大。
(3)瑞安市
各年最大1d、3d雨量瑞安飞云江南片由瑞安、塘下、帆游站,飞云江北片据曹村、平阳、林垟站,采用泰森多边形法推求面雨量,应用P-Ⅲ型曲线作频率适线,成果如下表4.3-4。
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瑞安市设计雨量成果表
表4.3-4 Cv 单位:mm 设计暴雨 分片 项目 均值 122.9 169.7 137.0 192.9 Cs/Cv 1% H1d 飞云 江北 H24d H3d H1d 飞云 江南 H24d H3d 0.58 0.50 0.56 0.49 0.58 0.50 0.56 0.49 367.0 414.7 453.1 401.5 453.7 505.4 2% 324.5 366.7 402.2 352.2 398.0 451.4 5% 263.0 297.2 336.0 287.8 328.2 376.1 10% 217.5 245.8 283.4 238.5 269.5 320.2 20% 169.5 191.5 229.1 198.7 212.1 258.5 50% 103.2 116.6 149.3 116.5 131.6 171.7 H24h1.13H1d
设计暴雨按浙江省可能最大暴雨集中24h的排位模式,日程分配按实测统计值:最大24h位于第二天,第一天雨量为H3dH24h的47.7%,第三天雨量
为H3dH24h的52.3%。
(4)支流暴雨
支流10min、60min、6h、24h设计暴雨据新版《浙江省短历暴雨》查算。
4.4 洪 水 4.4.1 历史洪灾
(1)乐清市
本区濒临江海,地势低平,上有山洪冲击,下游洪潮顶托,在历史中,曾多次受淹。近20多年资料统计,柳市区1981、1991、1994年洪灾淹没高程最高。虹桥区最高水位分别为1994、1992、1997年,淹没最严重的为1994年17号台风,降雨量大,沿海堤塘出现多处坍塌,潮水涌入平原。乐清柳
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市区、虹桥区最高水位见表4.4-4。
乐清市柳市区、虹桥区最高水位
表4.4-1 柳市区 编 号 年 份 1 2 3 4 5 1981年9月22日16台风 1991年9月13日 1994年8月21日17号台风 1997年8月18日 1992年8月3日 最高水位(m) 4.18 4.14 4.02 3.75 3.65 年 份 1994年8月22日 1992年8月31日 1997年8月18日 1992年9月23日 1990年9月8日 最高水位(m) 4.05 4.03 4.02 3.93 3. 虹桥区 (2)温州市
建国以来,在温州市区一带登陆的台风有10余次,对温州造成风潮、洪涝灾害达37次,主要大灾有:1987年7月台风在永强登陆,温州市区一次降雨188mm,永强塘河永强站最高水位3.69m,鹿城区粮田成灾2.3万亩,死亡5人,倒塌房屋272间,水利设施受到严重破坏,直接经济损失1850万元。2006年第8号台风在苍南马站登陆,温州市共有259个乡镇受灾,受灾人口达290万人,温州市经济损失达117.3亿。 (3)瑞安市
自古至今,瑞安市洪、旱灾害频繁,洪灾洪,受台风暴雨影响而出现海水倒灌河山洪爆发居多,建国以来,瑞安市发生较大水灾近40次。
1994年17号台风在瑞安登陆,台风中心横扫市区,天文大潮与风暴迭加,造成温州江心寺高潮位5.47,溃堤决口无数,沿江房屋大部分进水,温州鹿城、瓯海区倒塌房屋1.49万间,死亡359人,直接经济损失26.5亿元。瑞安市直接经济45.亿元,21日至22日,28小时内瑞安降雨量达337mm,温瑞塘河塘下站水位高达4.36m,超警戒水位1.24m,沿海平原一片汪洋。
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2005年第5号台风在闽北连江黄歧登陆,瑞安曹村7月19日雨量达470mm,上游山洪暴发,下游风暴潮顶托,造成瑞安马屿、天井垟一带一片汪洋。
(4)瓯 江
据浙江省洪水调查成果汇总表,1912年8月、1922年发生过水洪水,洪峰流量分别为30400m3/s、22500m3/s。实测几次大洪水中,1952年、1969年、1992年、1994年的洪峰流量分别高达20400m3/s、15800m3/s、100m3/s、15300m3/s,大洪水发生比较频繁。
(5)飞云江
飞云江流域是台风频繁活动区域,台风风暴潮与天文大潮同时发生,往往对沿海地区造成巨大灾害。
飞云江流域的历史洪水分别由浙江省水文总站、原上海勘测设计院等三位进行过多次调查和复查,基本上查清了自1876年以来历史洪水发生情况。峃口站发生的历史洪水年份及顺位为1912年、1990年、2005年、1925年,洪峰流量分别为13400m3/s、11700m3/s、11700m3/s、11500m3/s。
4.4.2 设计洪水计算
设计洪水采用暴雨推求。产流计算运用蓄满产流简易扣损法。汇流计算根据分区集水面积大小,选用计算方法,集水面积小于50km2,采用浙江省推理公式法;平原圩区直接推算常水过程。
推理公式法洪峰流量计算公式:
hQm0.278F
式中:Qm——洪峰流量(m3/s); ——汇流时间(h);
- -
h——汇流时间对应的净雨(mm);
F——流域面积(km2)。 汇流时间计算式如下:
0.278LJmQm1314
式中:L——河长(km); J——河道平均坡降; m——汇流系数。
由设计净雨,依据浙江省m~θ关系线,由θ=L/J1/3,查算汇流参数m。应用上述公式联合求解推算各频率设计洪峰流量。
乐清各水库、支流流域特征值
表4.4-2 水库或支流名 钟前水库 白石水库 淡溪水库 十八玍水库 银 溪 四都溪 杨岙河 盛岙溪 吴岙溪 樟北溪 集雨面积(km) 38.7 48.5 46.0 12.1 15.6 34.0 1.4 0.75 1.91 1.60 2主河长(km) 11.8 13.7 10.95 7.1 7.80 10.28 1.80 1.16 1.95 1.59 河道坡降(‰) 11.51 7.14 80.7 16.66 126 110 .8 67.9
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4.5 内河水位
瑞安平原内河水位站有六个,瑞平塘河在平原、林垟、南马道水位站,温瑞塘河有岭下、塘下、帆游水位站。据历年实测最高水位,用P-Ⅲ型曲线适线,频率计算结果如下表4.5-1。
乐清各水库、支流流域特征值
表4.4-2 水 位 水 系 站名 最高水位 2% 平 阳 瑞平水系 林 垟 南马道 岭 下 温瑞水系 塘 下 帆 游 3.60 3. 3.62 3.75 4.02 4.10 4.05 3.77 3.77 3.95 4.37 4.41 5% 3.82 3.55 3.55 3.73 4.12 4.17 10% 3.65 3.37 3.37 3.56 3.92 3.97 20% 3.47 3.20 3.20 3.38 3.70 3.75 50% 3.20 2.97 2.97 3.12 3.37 3.40 4.6 潮 位 4.6.1 瓯江口潮位
瓯江口内段从温州江心屿至口门有三个分汊段:江心屿南北汊道、七都北汊道灵昆南北口,其中江心屿南支、七都北汊和灵昆北口为主汊,是泄洪和航运的主要通道。瓯江口外岛屿林立,沙滩密布,其中温州浅滩、三角沙和中沙是分布于瓯江口外最大三个拦门沙滩。瓯江出口的水流和航道分别经沙滩之间的北水水道和南水道与外海相通。温州瓯江流域分布图见图4.6-1。
图4.6-1 温州瓯江流域分布图
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(1)水文站特征潮水位
据龙湾潮位站1959~1997年统计,最高潮位5.55m,最低潮位-3.49m,平均潮位0.26m,涨潮最大潮差7.17m,最小潮差1.14m;落潮最大潮差7.21m,最小潮差1.57m。涨潮历时约5.5小时,落潮历时约7小时。洞头站最高潮位4.37m,最低潮位-3.43m,平均潮差4.03m。潮汐特征值统计见表4.6-1。
潮汐特征值统计表
表4.6-1 项目特征 最 高 高 潮 最 低 平 均 潮位 (m) 低 潮 最 高 最 低 平 均 平均潮位 龙湾潮位站 1959~1997年 5.55 0.77 2.50 0.37 -3.49 -1.99 0.26 洞头潮位站 1984~1992年 4.37 2.28 -3.43 -1.75 0.27
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续表4.6-1 项目特征 最 高 高 潮 潮位 (m) 低 潮 最 低 平 均 最 高 最 低 平 均 涨潮(时∶分) 历时 落潮(时∶分) 平均潮位(1980-1998年) 6∶58 0.272m 6∶08 龙湾潮位站 1959~1997年 7.17 1.14 7.21 1.57 4.50 5∶27 洞头潮位站 1984~1992年 6.75 1.26 4.03 6∶17 (2)瓯江龙湾站不同重视期潮位
瓯江口桥址附近长期潮位站有龙湾潮位站,根据龙湾潮位站1959~2007年共49年的年最高、最低潮位资料,应用Gumbel频率适线方法进行年极值频率分析,统计得出不同重现期设计高、低潮位,列于表4.6-2中。
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瓯江龙湾站不同重现期设计高、低潮位(1959-2007年)
表4.4-2 重现期 (年) 300 100 50 20 10 5 2 高潮位(m) 吴淞高程 7.45 7.14 6.94 6.67 6.47 6.25 5.93 黄海高程 5.61 5.30 5.10 4.83 4.63 4.41 4.09 低潮位(m) 吴淞高程 -1.77 -1. -1.56 -1.45 -1.37 -1.28 -1.15 黄海高程 -3.61 3.48 -3.40 -3.29 -3.21 -3.12 -2.99 注:龙湾吴淞高程、黄海高程+1.842
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(3)瓯江桥址处设计潮位
拟建的跨瓯江口桥址在黄华附近,介于龙湾和大门道之间,因此桥位处重视期潮位也应介于龙湾站和大门岛之间。通过2006年潮位观测资料建立了龙湾水文站与大门验潮站之间高潮位相关关系(采用吴淞基面资料建立关系):
大门高0.97X龙湾高0.24 (4.6-1)
式中
大门高为龙湾站高潮位、X龙湾高为大门站低潮位,相关系数为0.97。根据
上式计算出大门站处不同频率高潮位、低潮位,再根据龙湾站和大门站不同重视期高潮位、低潮位数据插值得到桥址处对应重视期低潮位(见表4.6-3)。
瓯江口大桥桥址处设计潮位表
表4.6-3 单位:m(黄海基面) 重现期 (年) 300 100 50 20 10 5 2 高潮位 龙湾 5.61 5.30 5.10 4.83 4.63 4.41 4.09 大门 5.15 4.85 4.65 4.39 4.20 3.98 3.67 桥址处 5.38 5.08 4.88 4.61 4.42 4.20 3.88 龙湾 -3.61 -3.48 -3.4 -3.29 -3.21 -3.12 -2.99 低潮位 大门 -4.14 -3.98 -3.88 -3.78 -3.65 -3. -3.38 桥址处 -3.88 -3.73 -3. -3.52 -3.43 -3.33 -3.19 4.6.2 飞云江潮位
飞云江水(潮)位受东海潮水位和飞云江径流洪水的双重影响,飞云江感潮河段的潮汐,一天内2涨2落,周期约为12小时30分钟,为不正规的半日潮。飞云江流域分布图见图4.6-2。
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图4.6-2 飞云江流域分布图
(1)水文站特征水位
飞云江下游潮水位控制站位瑞安潮位站,1944年设立,后因多方原因撤销,又于1951年恢复观测至今,控制集雨面积约3252km2,河段顺直,河宽约800m,主流偏左岸,大洪水及特大潮汛时漫及岸上,河床为泥沙组成,无水草,水位站附近有小码头,岸边略有回水。河水含盐度,含沙量较大。根据瑞安段实测资料统计,本河段潮位特征如表4.6-4。
瑞安站最高潮位5.00m,平均低潮位-1.9m,平均潮位0.26m,涨潮最大潮差6.81m,最小潮差1.14m,平均涨潮历时约5小时,平均落潮历时约7.5小时。涨潮平均流速0.63m/s,落潮平均流速0.71m/s。
瑞安潮位站潮位特征表
表4.6-4 最高潮位 最低潮位 平均高潮位 平均低潮位 涨潮平均流速 落潮平均流速 5.00m 2.83m 2.60m -1.9m 0.63m/s 0.71m/s 最高潮位 最低潮位 平均高潮位 平均低潮位 涨潮平均流速 落潮平均流速 6.81m 1.14m 4∶55(时∶分) 7∶30(时∶分) 3000m/s 3500m/s 33最高潮位 最低潮位 平均高潮位 平均低潮位 涨潮平均流速 落潮平均流速 3.40m -2.19m 2.70m -1.88 4.50m 0.53m
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(2)瑞安站不同重视期潮位
根据飞云江瑞安水文站1959~2007年共49年的年最高、最低潮资料,应用GUmbel频率适线方法进行极值频率分析,统计得出不同重现期设计高、低潮位,列于表4.6-5中。
飞云江瑞安站不同重现期设计高、低潮位(1959-2007年)
表4.6-5 重现期 (年) 300 100 50 20 10 5 2 高潮位(m) 吴淞高程 7.30 7.00 6.81 6.56 6.37 6.17 5.86 黄海高程 5.45 5.15 4.96 4.71 4.52 4.32 4.01 低潮位(m) 吴淞高程 -1.38 -1.24 -1.16 -1.05 -0.96 -0.87 -0.73 黄海高程 -3.23 -3.09 -3.01 -2.9 -2.81 -2.72 -2.58 注:瑞安吴淞高程=黄海高程+1.855m
(3)飞云江桥址处设计高程
拟建的飞云江大桥在飞云江口门附近,位于瑞安水文站下游约13公里处,位于八十亩潮位站附近。由于桥址处缺乏潮位资料,利用2004年10月水文测验期间大、小潮同步潮位观测资料建立了瑞安水文站与八十亩高潮位相关关系(吴淞基面)。
八十亩高1.03X瑞安高0.26 (4.6-3)
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式中
八十亩高为瑞安站高潮位、X瑞安高为八十亩站高潮位,两站高潮位相关系
数为0.9998。
对于低潮位也按类似方法建立了八十亩与瑞安水文站之间的相关关系,其相关公式为(吴淞基面):
八十亩低1.16X瑞安低0.05 (4.6-3)
式中
八十亩低为瑞安站低潮位、X瑞安低为八十亩站低潮位,相关系数为0.98。
两站高潮、低潮位均具有良好的线性关系。根据上述关系,计算出桥址处对应重视期设计低潮位。
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5 防洪水利计算方法
5.1 一维数值模型
采用圣维圣维南方程进行不稳定流计算,即运行水动力学模块分析公路跨越河道、建桥前后控制断面设计频率水位。模型采用SO(控制构筑物模块)对桥梁进行模拟,有建筑物的断面均按实际结构物的位置和形式来处理,减小过水断面面积,增大湿周。
5.1.1 计算模型
一维数学模型为圣维南明渠非恒定流偏微分方程组:
BZQq(t) (5.1-1) Zs
1vv2QQ(z)0 (5.1-2) 2gts2gAK式中:B为水面量,Z为水位,Q为流量,q为旁侧入流,v为断面平均流速,g为重力加速度,A为过水断面面积,K为过水断面的流量模数。
Preissmann四点隐式差分格式求解圣维南方程,求解时,将河道离散成水位、流量相见的计算点。将桥梁壅水公式中计算出的h转化为圣维南公式中动能方程组的追赶系数的改变,用迭代法将非线性差分方程组线性化。最后利用追赶法求解线性差分方程组。
在非恒定流水位计算的基础上,先用试算法计算出下游桥梁壅高值,再以回水水面线向上游推算时将桥涵的壅高加进去再继续向上游推算。
5.1.2 桥涵水位壅高计算
壅水计算采用试算法,该法系用上下游有效断面流速水头差,计算最大
- -
壅水高h3:
h3a22(V3V1) 2g其中:
V3Qh3bVBQB3
Bh3bbV1Qh3V3h3Q B(h3h3)Bh3(h3h3)h3h3式中:
Q——流量(m3/s);
B——无桥墩时的截面的宽度(m); b——两墩间的净宽(m); h3——桥墩下游正常水深(m);
V3——桥墩下游为正常水深时断面平均流速,V3Q(m/s);
Bh3V3'——桥墩下游为正常水深时扣除桥墩后的有效过水断面的平均
流速(m/s);
V1——桥墩上游最大壅水处的断面平均流速(m/s); h1——桥墩上游最大壅水处的水深(m); △h3——最大壅水高度,h1与h3的差值(m); α——动能修正系数; ε——过水断面收缩系数。
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5.1.3 边界条件
上边界条件河道流量,下边界条件为水位过程;区间各支流均作为集中入流处理,且为与主干河流相应的区间洪水。
5.1.4 验 算
本文模型中河道糙率初步率定方法为:计算范围内河道较顺直,糙率系数介于0.010~0.030,个别阻水严重或有挑流建筑物的河段取0.030~0.035,对河段糙率初步选择。根据各河道历史洪水水面线(1999年和2008年)的调查,以各个河道水面线特征和上下游水位差对模型进行率定,计算结果与实测水位过程的误差可接受的范围内。
5.2 二维数学模型 5.2.1 基本方程
采用平面二维数学模型来研究桥梁局部流态分布及变化。模型包括一个连续性方程和二个动量方程:
pq 0 (5.2-1)
txyp2q2pp2pq1 ()()ghqgp(h)(h)xxxy22txhyhxpwxyChpq 0 (5.2-2)
txyp2q2ppqq21 ()()ghqgp(h)(h)xxxyx22txhyhxpyChw1pw (5.2-3) (h)(h)xyyyxy式中:
为水位,即水面到某一基准的距离;
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p、q分别为x、y方向上的垂线平均流量分量;
h为水深; g为重力加速度; Ω为柯氏力参数;
Pw为水密度; C′为谢才系数;
xx,xy,yy分别为剪切应力分量;
V,Vx,Vy分别为风速,x,y方向的分量; x,y为直角坐标; t为时间。
5.2.2 数值求解方法
(1)交错网格与时间积分方法
有了上述定解条件,就可用一定的离散格式求出方程的解。计算区域采用正交曲线网格,控制方程离散时,变量在网格上采用交错布置,水位定义在网格节点上,单宽流量定义在各自方向的相邻网格的中部。采用交替方向隐格式(ADI)求解方程,方程矩阵采用Double Sweep算法求解,该格式具有二阶精度。
(2)模型的稳定性条件
模型的时间步长不宜取得过大,通常 △t的取得应满足如下条件:
t1(1212)1 (5.2-4)
vHxy其中vH为水平涡动粘滞系数,分别为计算区域在x方向和y方向的最小网格步长。
时间步长和网格步长的稳定性条件为:
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2tgH111。 22xy计算溢处的稳定性条件为:
tu2 t(3)模型定解条件 初始条件
(,,t)t0conts (,,t)t0v(,,t)t00
通常假定模型初始时为静止(“冷启动”),即当t=0,流场是静止的。初始水位为一定值。
(4)边界条件 ①开边界条件 水位:F(t)
流量(全部或者每个单元):QFQ(t)
本次计算中河道上边界采用流量边界条件:下边界采用水位边界条件。 ②闭边界条件
闭边界即是水陆交界处,法向采用不可渗透提哦埃及,即 (5)滩地动边界处理
采用网格干湿判别法来解决动边界问题。当计算区域水深小于0.2m,该计算区域记为“干”,不参加计算:当水深大于0.2m时,该计算区域记为“湿”,重新参加计算。
5.3 冲刷计算方法
桥址冲刷计算采用规范公式法,根据《公路桥位勘测设计规范》推荐的公式,计算桥址处河槽一般冲刷及桥墩局部冲刷。
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5.3.1 一般冲刷计算公式
采用《公路桥位勘测设计规范》中粘性土河床的一般冲刷公式进行计算。
Q2hmcA()Bhqccm或hphp110.33()0.33()ILIL5/85/8 (5.3-1)
式中:hfp为桥下断面一般冲刷后最大水深;A为单宽流量集中系数,A=1.0~1.2;B′c为桥下河槽部分桥孔过水净宽;hc桥下河槽平均水深;Q2建桥后河槽部分通过的设计流量;μ为桥墩水流侧向压缩系数;hmc为桥下河槽最大水深;qm为桥下断面最大单宽流量;IL为冲刷坑范围内粘性土液性指数,在该公式中IL的范围为0.16~1.19。
5.3.2 局部冲刷计算公式
采用《公路桥位勘测设计规范》中粘性土河床的局部冲刷公式对重要大桥的局部冲刷深度进行计算。
当当
hpB1hpB12.5时,hb0.83KB1LLV (5.3-2)
0.61.252.5时,hb0.55KB1hpLLV (5.3-3)
0.60.11.0 式中:hb为桥墩局部冲刷深度;Kξ为墩形系数;B1为桥墩计算宽度;hb为一般冲刷后水深;IL为冲刷坑范围内粘性土液性指数,在该公式中IL的范围为0.16~1.48;V为冲向桥墩的流速;通常采用一般冲刷后的墩前行近流速,VEdhb2/3;E为汛期含沙量有关的系数,查《公路桥位勘测设计规范》得E=0.66。
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6 高速公路防洪影响分析评价
6.1 乐清段防洪影响分析 6.1.1 涉水建筑物调查
浙江省甬台温高速公路复线在乐清市境内的建筑物主要包括桥梁、隧洞、实体路基、涵洞四种。其中隧洞2处,分别为金山隧洞,长度为430m;杏湾山隧洞,长度为332m。特大桥4座,分别为乐清高架桥,长度为8760m;米筛河特大桥,长度为2395m;山根特大桥,长度为2570m;沪屿陈特大桥,长度为2590m。实体路基17段,总长为10238m。枢纽2处,互通2处,服务区1处,其余桥梁14座,隧洞34道。
在乐清市境内的隧道穿过山区,不存在占用行洪河道问题,不影响防洪排涝;实体路基有填埋河道,但均设置了排洪涵洞,满足防洪排涝要求;特大桥跨越了部分河道,跨河桥梁的轴线布置、桥墩占用河道行洪面积大小、墩头形式均可能对行洪排涝造成影响。蒲歧大桥主要跨越东干河河道,穿越蒲歧镇;乐清高架桥主要跨越西干和和银溪河道;米筛河特大桥主要跨越田垟河、杨岙河和沙角河河道;山根特大桥主要跨越田垟河和白浦河河道;沪屿陈特大桥主要跨越仰(木鬼)河柳歧河河道。现统计出可能影响防洪排涝的涉水建筑物,详见表6.1-1。
根据涉水建筑物对流域、河道的范围,防洪对象的重要性等因素,下面对涉水建筑物的防洪影响进行分类评价。
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6.3.2 飞云江大桥防洪影响评价
6.3.2.1 基本情况 (1)河流基本情况
飞云江为浙江省水系之一,发源于浙闽的交界的仙霞岭,自西向东流经景宁、泰顺、瑞安等县市境内,注入东海,流域面积3731km2,干流长203km,河口宝香至口门上望,长约15km,为近口门段,是典型的喇叭型河口。飞云江河口是强潮河口,潮差大,潮流强。
桥址江北处,跨越上望南塘,上望南塘现状高程6.92m,未达到50年一遇标准,海塘两侧为养殖场和农田,西北面约200m有码头。桥址江南处,阁巷现状海塘高程6.72~7.62m,基本达到50年一遇标准,海塘两侧为养殖场和围垦区。
(2)桥梁基本情况
飞云江特大桥位于瑞安市,跨越飞云江出海口。飞云江特大桥上部采用混凝土箱梁斜拉桥,配跨160+280+280+160m,全桥总长4845m。下部结构采用柱式墩,钻孔桩基础,桥台及基础采用肋式台,钻孔桩基础。
飞云江特大桥在桩号K312+345.0~K317+190.0处跨越飞云江出海口,桥梁孔数及跨径为35×35+18×50+160+280+280+160+13×50+34×35m。飞云江特大桥桥墩布置图见图6.3-1。
根据飞云江特大桥桥墩布置图和尺寸大小,该公路桥有37个桥墩布置在飞云江河口内,主桥墩共3个,间距280m,主墩迎水面为3个直径7m的柱形墩。主墩南北两侧分别有2个副桥墩,每个桥墩迎水面为2个直径4m的柱形墩。副墩南北两侧分别有20、12个引桥墩,每个桥墩迎水面为2个直径2.0m的柱形墩。设计最高桶航水位4.65m。桥墩轴线与飞云江水流方向的夹角约为80°。
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6.3.2.2 防洪影响评价分析 (1)壅水分析
根据《潮流泥沙数模计算研究报告》成果,上游边界条件分别采用飞云江百年一遇(1%)洪水流量12319m3/s,五十年一遇(2%)洪水流量10880 m3/s,下游采用飞云江百年一遇潮位进行控制。成果表见表6.3-2、6.3-3。
由此可见,若遇百年一遇洪水流量12319m3/s,建桥后桥轴线上游7.3km范围内洪水位壅高0.010~0.015m,7.3km以上河段洪水位壅高0.000~0.0010m,至桥轴线上游13km已无影响。低潮位时,建桥后,桥轴线上游约10.4km范围内最低潮位壅高0.010~0.297m,其中桥轴线上游1.0km范围内壅高0.10~0.30m,至10.4km以上河段最低潮位壅高小于0.1m,桥轴线下游(口外)低潮位略有降低。
若遇五十年一遇洪水流量10880m3/s,建桥后,桥轴线上游8.8km范围内洪水位壅高0.005~0.009m,至桥轴线上游13km已无影响。低潮位时,低潮位时,建桥后,桥轴线上游约8.8km范围内最低潮位壅高0.010~0.281m,桥轴线下游(口外)低潮位略有降低。
因此,建桥后,百年一遇洪水位最大壅高0.015m,对防洪影响很小。建桥方案对排涝略有影响,建桥后低潮位最低壅高0.297m,但影响范围有限,两个方案桥轴线上游1km以上范围内低潮位抬高小于0.10m,10.4km以上河段低潮位抬高小于0.01m。
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(2)流场分析
①建桥前后桥址附近流场变化
《潮流泥沙数模计算研究报告》分别计算了飞云江多年平均流量75m3/s、两年一遇流量3500m3/s时建桥前后落潮及涨潮流速的变化,口外潮型为2004年实测大潮、跨飞云江大桥桥址线及流速测点示意图见图6.3-2。
表6.3.4给出了多年平均流量时桥轴线上下游涨落潮流速变化数值。飞云江特大桥建设后,涨潮时桥墩尾流区位于桥轴线上游,主墩尾流区相对较长,涨潮平均流速减小0.10m/s、0.05m/s的范围最大可达桥轴线上游约2.0~3.0km、4.0~5.0km;两侧小桥墩尾流区相对较短,涨潮平均流速减小0.10m/s、0.50m/s的范围可达桥轴线上游约0.5~0.6km、1.0~1.5km。落潮时桥墩尾流区位于口外,落潮流进入口外后分散,因而流速变化较涨潮流速流速略小一些,落潮平均流速减小0.10m/s、0.05m/s的范围最大可达桥轴线至口外约0.7~1.0km、1.3~1.5km,桥轴线上游区域流速大部分减小0.01~0.02m。主桥墩之间的间隔区域水流受桥墩挤压,流速略有增加,涨落潮平均流速增加0.01~0.020m/s。
图6.3-3、6.3-4分别给出了多年平均流量时建桥后桥址处涨急、落急局部流场图。由图可知,建桥方案对大范围流场基本没有影响,仅桥墩周围局部流态略有变化,桥轴线上下流速总体呈减小趋势,桥墩背流方向存在尾流区,流速减弱,水流向桥墩之间的区域集中,流速有所增强。
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图6.3-3 建桥后桥址处涨急局部流场(Q=75m/s)
图6.3-4 建桥桥址处落急局部流场(Q=75m3/s)
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3
(3)冲刷分析
根据第5.3节提出的计算公式,经计算,飞云江特大桥跨飞云江河道建桥后遭遇100年一遇的洪水主槽断面不发生一般冲刷;桥墩处存在局部冲刷,桥墩处局部冲刷13.22m,见表6.3-5。
由此可知,工程的实施桥轴线附近水动力条件优有所改变、桥墩附近河床有所冲刷,对河势的影响仅限于工程区域,对工程河段的大河势影响很小。
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飞云江特大桥河道断面冲刷分析成果表
表6.3-5 跨越河道 飞云江 一般冲刷深度(m) 0.00 局部冲刷深度(m) 13.22 6.3.2.3 水利工程管理及防汛影响分析
(1)桥址处现状飞云江北侧堤塘50年一遇防洪堤堤顶路面高程6.23m,宽5.0m,防浪墙顶高程7.1m,飞云江南侧现状防洪堤标准基本为50年一遇,堤顶高程6.4m,防浪墙顶高程7.1m。由于飞云江特大桥墩的阻水影响,桥址断面上游约13km范围内河段的水位较建桥前抬高了0~0.015m,该河段的两岸堤防可视情况进行加高处理。
(2)根据堤防设计和管理有关规定规定,飞云江两岸的防洪堤堤顶高程应满足设计高程要求。桥址处堤顶高程分别为6.23m、6.40m。飞云江特大桥的梁底最低标高左岸为23.06m、右岸为16.31m,均满足大于两岸堤防堤顶高程的要求。
(3)根据堤防设计规范要求,跨堤建筑物与堤顶之间的净空高度应满足堤防本身和地方使用要求,考虑堤防长远规划的要求,并满足堤防交通、防汛抢险、管理维修等方面的要求。为安全起见和留有余地,堤顶与桥梁底之间的净空应满足4.5m的要求,经计算分析,飞云江大桥跨越飞云江的高速公路桥的梁底与堤顶净空左岸、右岸均为16.83m和9.91m,见表6.3-6。因此,该公路桥梁所在河段左、右岸的梁底最低标高均满足堤顶净空要求。
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水利管理及防汛影响分析表
表6.3-6 项 目 设计标准 设计水位 堤顶设计高程 设计梁底高程 桥底板与堤顶净空 是否满足防汛要求 堤防安全评价 单 位 m m m m 左 岸 50年一遇 4.96 6.23 23.06 16.83 满 足 满 足 右 岸 4.96 6.40 16.31 9.91 满 足 满 足
6.2.4 其他影响
(1)对航道的影响
飞云江大桥桥梁通航净空尺度和要求如表6.3-7所示。
桥梁通航净空尺度表
表6.3-7 大桥所在位置 通航吨级 最高通航水 (m) 4.65 通航净宽(m) 单向 ★125 双向 ★225 通航净高 (m) 30.5 飞云江 3000吨级船舶 注:表中加★的值为按轴线与航道斜交的交角加宽后净宽。
潮流与径流的组合在径流上取飞云江多年平均流量75m3/s,口外潮型为2004年实大潮时,建桥后桥区落潮最大流速0.852~1.709m/s,涨潮最大流速0.883~2.303m/s。由此可见,建桥后,出海航道内的涨落潮流速度变化均较小,海床冲淤变化幅度很小,不会对出海航道产生大的影响。
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(2)对港区的影响
飞云江建桥方案实施后,因主要港区均在桥轴线2km以上,流速变化有限,港区落潮平均流速微减了0.02~0.03m/s,故桥梁工程对规划中的凤凰山深水港区水流条件基本没有影响。
(3)阻水面积
0m~4.96m水位时桥墩迎水面阻水面积分别为417.2m2、1151.7m2,占轴线过水断面面积的8.1~4.61%(表6.3-8)。
建桥后阻水面积及占过水断面的比例
表6.3-8 潮 位 类 别 阻水面积(m) 2建桥后 417.2 8.1% 1151.7 4.61% 0m 占过水断面的比例 阻水面积(m) 4.96m 占过水断面的比例 2
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(4)跨越瑞安平原河道防洪影响分析
根据温瑞塘河瑞安片河道规划,飞云江特大桥在K312+600和K313+000处跨越上望浦河和牛场二间。上望浦河和牛场二河现状河宽分别为14m、15m,规划河宽均为20m,河底高程0.12m。桥梁轴线与河道水流方向的夹角分别为66°、60°。
飞云江特大桥在此处桥梁跨径为35m,在K312+630处1组桥梁位于上望浦河内,建议调整桥梁布跨,桥梁跨径改为50,将桥墩布设在河道行洪断面外侧。在K313+050处有1组桥墩位于牛场二河内,建议调整桥梁布跨,桥梁跨径改为50m,将桥墩布设在河道行洪断面外侧。飞云江特大桥跨越上望浦河、牛场二河平面布置图见图6.3-5~6.3-6。
图6.3-5 飞云江特大桥跨越上望浦河平面布置图
图6.3-6 飞云江特大桥跨越牛场二河平面布置图
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(5)施工影响
飞云江特大桥对其他水利方面影响评价主要包括桥梁施工对防洪的影响评价等。根据《中华人民共和国河道管理条例》、《浙江省实施<中华人民共和国河道管理条例>办法》,其管理范围为两岸之间的水域、滩地。在河道管理范围内的障碍物均对行洪产生影响。该桥施工时,在河道范围内堆放施工器材、公家、修建围堤、围墙、阻水道路或修筑施工围堰等临时设施均会减少公路桥桥梁所在断面的有效过水断面面积,从而降低河道行洪能力,建议尽量将施工期安排在非汛期,汛期来临前清理一切阻水建筑物,以保证河道原有的过水能力。桥梁能力方案必须报水行政主管部门批准。
6.3.2.5 结论与建议
经上述分析与计算,飞云江特大桥跨越飞云江的高速公路桥工程布置总体上可行的,主要评价结论和建议如下:
(1)建桥后,百年一遇洪水位高潮位最大壅高0.015m,低潮位最低壅高0.297m,对防洪影响很小,而对排涝略有影响,但影响范围有限,桥轴线上游1km以上范围内低
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潮位抬高小于0.1m,10.4km以上河段低潮位抬高小于0.01m。由于高速公路和防洪堤防工程均属于国家基础设施,且本次水位壅高值均不大,建议视情况对飞云江两岸堤防进行加高处理,以满足防洪安全的需要。
此外,应做好施工组织设计,将桥梁施工安排在非汛期进行,同时做好施工建材和弃渣堆放管理,并在汛期来临之前,清除一切阻水建筑物,减少对桥址断面有效行洪面积的占用。
(2)飞云江大桥跨越飞云江的高速公路桥的桥底板与堤顶净空高度左岸、右岸约为16.83m和9.91m,均满足堤顶最小净空4.5m要求。
(3)建桥方案实施后、桥轴线与涨落激急流基本垂直,桥轴线与涨落急流向夹角在5°以内,仅临近主桥墩处水流受桥墩挤压,夹角略大,建议采用顺水流方向布置桥墩。经计算,飞云江特大桥跨越飞云江河道建桥后遭遇100年一遇的洪水主槽断面不发生一般冲刷;桥墩处存在局部冲刷,桥墩处局部冲刷13.22mm,建议做好桥址断面处两岸堤防的防冲刷措施,确保两岸堤防的安全。由于河道的水流变化较大、流态复杂,建议设计部门考虑冲刷对桥梁及基础的影响,确保桥梁安全;并在今后运行中应加强对河岸及河底桥墩处的冲刷进行观测。
(4)飞云江口内,在桥轴线2km以上,港区流速变化很小,受桥墩壅水影响涨落潮平均流速微减了0.01~0.03m/s,对口外规划中的凤凰山深水港区水流条件基本没有影响。
(5)建议工程施工前应取得当地水行政主管单位批准;施工期间做好防洪渡汛方案;工程验收应由有水行政部门参加;扩建后对桥址处及上下游河道进行观测,发现问题及时采取补救措施。
6.3.3 其他建筑物防洪影响评价
根据浙江省甬台温高速公路复线在乐清市至瑞安段工程线位设计,在瑞
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安段,实体路基跨越了八十亩大量平原河道,实体路基阻碍了这些河道将平原河网的涝水通过水闸向外海排出。
通过与瑞安市水利局和浙江省交通规划设计研究院的沟通,浙江省交通规划设计研究院对线位K302+500~K312+345段进行了,将本段线位由实体路基改为瑞安高架桥通过。
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析计算,河道规划堤顶与桥梁梁底之间的净空均满足4.5m的要求,满足防汛要求及堤防安全。龙湾高架桥桥梁的轴线与滨海塘河河道的夹角约为8~26°,建议采用顺水流方向布置桥墩,桥墩采用流线型。 7.1.3 瑞安市
浙江省甬台温高速公路复线瑞安市防洪平均主要涉及及规划包括:《瑞安市经济开发区(拓展区)河道整治规划》、《浙江省瑞安防洪规划》等,其中最关键的是桥涵布置与河道相协调。
飞云江特大桥位于瑞安市,跨越飞云江出海口,规划飞云江左、右岸堤塘标准为50年一遇,现状堤顶高程分别为6.23m、6.40m。飞云江特大桥的梁底最低标准高左岸为23.06m,右岸为16.31m。根据分析计算,河道规划堤顶与桥梁梁底之间的净均满足4.5m的要求,满足防汛要求及堤防安全要求。
堤防防汛通道应与规划路桥衔接,应结合水利等有关规划进行相关
设计,避免与规划河道规模相冲突。如满足桥底板净空要求,桥、路面设计高程在堤顶高程以上,因此为保证汛期通道的畅通,应在路桥与堤防相衔接处设置过渡匝道,以便今后河道与桥梁的建设过程中与此相匹配,保证今后防汛通道的功能。
7.2 与现有防洪标准的适应性分析
根据乐清市虹桥防洪规划,虹桥区域防洪排涝标准为区域能抵御20年一遇洪水位,三日暴雨四日排完。根据乐清市城市防洪规划,规划新城区为50年一遇:老城区金、银溪防洪标准为20年一遇;其余小山溪防洪标准为10年一遇;农业保留区的20年一遇三天暴雨四日排至作物耐淹水深。根据柳市区域防洪规划,防洪保护区:8个城镇规划建成区,挡内河水位20年一遇:一般农田和乡村:挡内河水位为10年一遇,要求三天降雨,四日排
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完,洪水位超过农作物耐淹水深30cm的历时不超过24小时。
根据温州市东片防洪一期工程可行性研究报告,温州市东片排涝标准为区域内部建成区能抵御50年一遇内涝水位,农田排涝标准10年一遇。根据温州市城市东片灵昆岛防洪规划,灵昆岛规划建成区能抵御20年一遇内涝水位。
根据浙江省瑞安市防洪规划,城市规划建成区,挡平原河网水位:中期20年一遇,远期50年一遇。根据瑞安市经济开发区(拓展区)河道整治规划,内河排涝标准为50年一遇。
本次防洪评价涉及桥梁防洪标准以各区域防洪规划标准为标准进行分析计算,符合
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