城市涉河橋梁群對(duì)河道泄洪影響研究

吳奕宏

摘 要：文章通過(guò)數(shù)學(xué)模型對(duì)沙河河段涉河橋梁群壅水的高度進(jìn)行計(jì)算，分析涉河橋梁群個(gè)數(shù)、尺寸對(duì)河道泄洪的影響。

關(guān)鍵詞：橋梁群；泄洪

中圖分類(lèi)號(hào)：U442.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）14-0053-02

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們對(duì)河流河道的開(kāi)發(fā)利用不斷加大，在河道上修建了大量的橋梁工程，這些橋梁的建設(shè)對(duì)沿河社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了較大的促進(jìn)作用的同時(shí)，也會(huì)或多或少地影響河道的河床穩(wěn)定以及邊坡穩(wěn)定，特別是會(huì)對(duì)河道的行洪產(chǎn)生一定影響。

1 研究背景

沙河是淮河最大的支流，發(fā)源于魯山縣石人山，地處河南省腹地，流域地跨豫皖兩省，流經(jīng)河南省平頂山市區(qū)、葉縣、舞陽(yáng)、郾城、漯河市區(qū)、西華、商水、周口市區(qū)、淮陽(yáng)、項(xiàng)城、沈丘至界首市入安徽省境，抵阜陽(yáng)地區(qū)潁上縣正陽(yáng)關(guān)（沫河口）入淮河。近年來(lái)，隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的快速發(fā)展，對(duì)跨水域交通的需求越來(lái)越大，對(duì)沙河沿線河道的開(kāi)發(fā)利用程度越來(lái)越高，從107國(guó)道沙河橋到淞江路沙河橋河段已建橋梁9座，橋梁間距最短的不到600 m，河道開(kāi)發(fā)利用率較高。工程建設(shè)會(huì)引起附近水域河床阻力、水流流態(tài)、流速分布、過(guò)流能力和岸坡穩(wěn)定等發(fā)生變化，從而對(duì)河勢(shì)穩(wěn)定和防洪安全帶來(lái)一定影響，也不利于維護(hù)河流的健康狀態(tài)。本文通過(guò)數(shù)學(xué)模型對(duì)該河段3 000 m3/s流量進(jìn)行模擬計(jì)算，分析不同橋梁尺寸對(duì)河道泄洪影響。

2 模型與基本方程

采用水動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算，在水平方向上采用貼體正交曲線坐標(biāo)，在鉛直方向上采用s坐標(biāo)。笛卡爾坐標(biāo)系定義如圖1所示：

河水運(yùn)動(dòng)的基本控制方程組可表述為：

z為垂向坐標(biāo)，z為水面相對(duì)于基準(zhǔn)面的高度，d為相對(duì)于基準(zhǔn)面的水深，H水深；H=z+d。s=-1為底部，s=0為自由水面，在s坐標(biāo)下，每一層在水平平面上位置一定。

3 數(shù)值模擬及結(jié)果分析

大橋橋墩對(duì)防洪的直接影響為河槽內(nèi)的橋墩減少過(guò)水?dāng)嗝嬖斐缮嫌嗡惶Ц摺?/p>

3.1 橋梁個(gè)數(shù)對(duì)壅水高度影響分析

橋梁個(gè)數(shù)分為無(wú)橋、一橋、兩橋、三橋、無(wú)橋、七橋六種工況，計(jì)算結(jié)果如圖3～5所示。

計(jì)算結(jié)果表明，多橋時(shí)，壅水影響會(huì)向上游累積，使得水位壅高值及壅水范圍明顯增大，產(chǎn)生疊加效應(yīng)，隨著橋數(shù)的增加，疊加效應(yīng)越明顯。

3.2 橋梁尺寸對(duì)壅水高度影響分析

橋梁尺寸分為尺寸相同、尺寸減小、尺寸增大三種情況，對(duì)壅水高度影響如圖6所示。

由圖可以看出，在相同位置布設(shè)不同尺寸的橋墩時(shí)，橋墩尺寸變大，橋前斷面壅水高度增加，原因是由于橋墩尺寸變大，使得過(guò)水?dāng)嗝鏈p小。

4 結(jié) 語(yǔ)

雖然單個(gè)工程的防洪評(píng)價(jià)往往表明，其造成的壅水效果不會(huì)對(duì)防洪造成較大影響，但若將河段內(nèi)的所有工程考慮在內(nèi)時(shí)，其工程群體的壅水效應(yīng)將隨著工程群密度的增加而大大增加。此時(shí)的單個(gè)工程，不應(yīng)獨(dú)立出來(lái)，而應(yīng)當(dāng)看作工程群體中的一部分。如果河道內(nèi)工程群的密度相當(dāng)大，以致于在某個(gè)工程影響范圍內(nèi)的壅水效應(yīng)尚未減退時(shí)，就疊加了其他工程，那么這些工程群的影響，不僅會(huì)在范圍上擴(kuò)大，還會(huì)在程度上加深。在工程影響范圍內(nèi)建橋時(shí)，疊加效應(yīng)是恒定的，壅水高度并不是線性疊加。

參考文獻(xiàn)：

[1] 肖小鈴.淺析擬建橋梁對(duì)河道泄洪的影響[J].重慶建筑，2009，（2）.