橋梁工程阻水比與河道水位關(guān)系初步探討

許可+陳凱

摘 要：該文主要分析了橋梁工程阻水比與河道水位關(guān)系，闡述了在當(dāng)前形勢下，針對(duì)兩者進(jìn)行研究的重要性，針對(duì)目前橋墩阻水面積及河道過流面積與橋墩布置之間的關(guān)系進(jìn)行研究。筆者通過研究，總結(jié)和歸納自身多年工作經(jīng)驗(yàn)，希望通過該文的分析能幫助橋梁建筑單位提高工程項(xiàng)目工作水平和質(zhì)量，能更好地應(yīng)對(duì)工作中存在的問題。

關(guān)鍵詞：橋梁工程 ?阻水比 ?河道水位

中圖分類號(hào)：U442 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）11（a）-0006-02

在進(jìn)行河道橋梁建造工程時(shí)，橋墩及其承臺(tái)等下部結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)河道水流產(chǎn)生阻礙作用。橋墩及其承臺(tái)等下部結(jié)構(gòu)會(huì)占用河道部分行洪過流面積，增大局部而對(duì)水流阻力，而其阻擋水流所占的面積和墩臺(tái)側(cè)面產(chǎn)生的渦流阻滯水流所占的面積稱之為墩臺(tái)阻水面積。該橋梁的面積阻水比主要是通過墩臺(tái)阻水面積除以該水位下的河道斷面總面積。面積阻水比在一定的程度上可以反映橋梁工程的壅水影響程度。天然河道中不同水位下的橋墩阻水程度是不一樣的。有的橋墩阻水比與河道水位成正比，有的卻成反比，還有的會(huì)隨著河道水位的升高而呈現(xiàn)出無規(guī)律性。

筆者根據(jù)調(diào)查珠江流域中67座跨河所有類型的橋梁阻水比，發(fā)現(xiàn)其中37座橋成正比，占總量的55%;22座橋成反比，占總量的32%;8座橋無明顯變化，占總量的12%。

1 概化河道

1.1 梯形河道

通常所說的梯形河道主要是指一些河床的斷面，其形態(tài)特征類似于“U”形的不規(guī)則河谷，且存在于天然河道中，如圖1。

圖1表示了在概化梯形河道中，橋墩分別位于河槽、岸坡、以及河槽與岸坡均有橋墩時(shí)，阻水比水位變化關(guān)系。當(dāng)在河槽內(nèi)進(jìn)行橋墩布置時(shí)，阻水比與水位變化關(guān)系呈反比，而與邊坡系數(shù)沒有關(guān)系。當(dāng)在岸坡或河槽與岸坡都有時(shí)，邊坡系數(shù)小于1，橋墩阻水比與水位變化呈正比關(guān)系。由此可知，對(duì)于簡單的梯形河道而言橋梁工程受到橋墩位置和邊坡傾斜程度的雙重影響。

對(duì)于簡單的梯形河道來說，如果當(dāng)水位上升時(shí)，橋墩阻水面積增幅與河道水流面積增幅的比值反而降低，那么就意味著，橋墩阻水面積的增幅小于河道過流面積增幅，這種情況下水位和阻水比的關(guān)系主要是呈反比。而當(dāng)橋墩阻水面積增幅與河道水流面積增幅的比值隨著水位的升高而增大時(shí)，表示隨著水位的升高，河道過流面積增幅，阻水比與水位關(guān)系呈正比。如果隨著水位的升高，橋墩阻水面積與河道水流面積的比值的函數(shù)關(guān)系就 屬于非單調(diào)遞增，在這種情況下，阻水比與水位關(guān)系屬于上凹拋物線變化。因此，我們可以看出在簡單的梯形河道中，隨著水位升高，橋墩阻水面積與河道過流面積兩者之間的增幅何者上升更快，這是影響橋梁工程中阻水比與水位的變化關(guān)系的主要影響因素之一。

1.2 復(fù)式梯形河道

所謂的復(fù)試梯形河道主要是指部分天然河道中，如果河道河道兩岸擁有邊灘，這時(shí)的河床斷面的樣子就可以認(rèn)為是復(fù)試梯形河道（如圖2）。為了便于研究，我們只考慮了一岸有邊灘的河道。寬灘河道一般不可能將橋墩僅在岸坡上布置，因此，我們不考慮僅有橋墩位于岸坡的情況，而是要考慮僅有橋墩位于邊灘的情況。

圖2表示了在概化復(fù)式梯形河道中，橋墩分別位于河槽、邊灘、以及河槽與邊灘均有橋墩時(shí)的水位與阻水比擁有變化關(guān)系。（1）橋墩在河槽內(nèi)時(shí)，這時(shí)的河道水位變化與橋墩阻水比之間的關(guān)系主要呈反比，邊坡系數(shù)此時(shí)與其沒有聯(lián)系;（2）橋墩在灘地時(shí)，這時(shí)的河道水位變化和橋墩阻水比之間的關(guān)系主要呈正比，此時(shí)，邊坡系數(shù)與其也沒有關(guān)系。（3）橋墩在灘地與河槽上都有時(shí)，兩者之間沒有特別明顯的關(guān)系。

當(dāng)橋墩主要布置在灘地的時(shí)候，阻水比與河道水位的關(guān)系呈正比;當(dāng)橋墩在河槽和灘地都有布置時(shí)，橋墩阻水面積增幅與河道水流面積增幅的比值隨水位的升高呈非單調(diào)遞減，阻水比與河道水位呈波狀起伏變化。當(dāng)水位升高時(shí)，河道水流面積與橋墩阻水面積增幅之間的比值呈整體上升的趨勢，此時(shí)是影響河道水位變化與阻水比之間變化關(guān)系的主要影響因素之一，阻水比與河道水位的關(guān)系呈正比;當(dāng)整體下降時(shí)，阻水比與河道水位的關(guān)系呈反比;而當(dāng)整體升降相當(dāng)時(shí)，阻水比與河道水位關(guān)系呈波狀起伏變化。對(duì)于復(fù)式河道，河道過流面積與橋墩阻水面積，其中無論哪一個(gè)占優(yōu)，都與橋墩的位置和邊坡的關(guān)系相關(guān)聯(lián)。

1.3 復(fù)式斷面河道

如果河床斷面形態(tài)呈現(xiàn)出分叉河道的狀態(tài)，一般可以將其稱為復(fù)式斷面河道（如圖3）。

圖3表示了在概化復(fù)式斷面河道中，橋墩位于和擦、邊灘以及河槽和邊灘都有橋墩布置時(shí)的阻水比與水位變化關(guān)系。從表中我們可以看出，當(dāng)位于主河槽內(nèi)的橋墩權(quán)重比例占優(yōu)時(shí)，橋墩阻水比與水位變化關(guān)系呈反比;當(dāng)位于心灘的橋墩權(quán)重比例占優(yōu)時(shí)，呈正比關(guān)系，兩者均與邊坡系數(shù)沒有關(guān)系。

對(duì)于復(fù)式斷面河道，阻水比與河道水位變化關(guān)系也取決于橋墩阻水面積增幅與河道水流面積增幅的比值隨水位升高時(shí)的整體變化趨勢，而趨勢的變化主要取決于橋墩的位置和邊坡系數(shù)的雙重影響。當(dāng)位于主河槽內(nèi)的橋墩權(quán)重比例占優(yōu)的時(shí)候，橋墩阻水面積增幅小于河道水流面積增幅，阻水比與河道水位的關(guān)系呈反比;當(dāng)橋墩位于心灘權(quán)重比例占優(yōu)的時(shí)候，橋墩阻水面積增幅大于河道水流面積增幅，阻水比與河道水位的關(guān)系呈正比。橋墩在河槽與心灘均有布置時(shí)，這時(shí)候的趨勢則為單調(diào)遞增或遞減。

2 天然河道

為了能夠更加準(zhǔn)確的分析出水位變化的趨勢與阻水比和橋墩位置之間的關(guān)系，我們隨機(jī)選取了某天然河道中的一段地形與上文進(jìn)行對(duì)比研究，不同位置下的橋墩，阻水比與河道水位之間的關(guān)系。如圖4所示，是一寬灘河道，斷面上布置了7個(gè)橋墩，河槽和灘地均有布置。對(duì)橋墩進(jìn)行1～7編號(hào)，根據(jù)圖中所示來研究其影響。

根據(jù)上文分析中，我們很容易得出橋墩在不同的組合方式下，阻水比和水位之間的關(guān)系，當(dāng)我們僅考慮2號(hào)、1或者2號(hào)、2號(hào)和4號(hào)以及6號(hào)橋墩組合時(shí)，其阻水比與河道的水位變化主要呈反比，當(dāng)我們僅考慮3、4、5、6、7、3-7、6-7、5-7以及4-7號(hào)橋墩組合時(shí)，其阻水比與水位之間呈正比。其他組合，諸如，1-4、1-6等則沒有明顯的關(guān)系。

從上文橋墩組合方式下，阻水比與水位變化關(guān)系中我們可以看出，位于主河槽的2號(hào)橋墩在其三種組合條件下都呈反比關(guān)系，發(fā)生這種情況主要的原因就是橋墩在主河槽的比例占有量較大。而我們列舉的呈正比關(guān)系狀態(tài)下的九種橋墩組合方式中均沒有包含2號(hào)橋墩。呈正比關(guān)系下的橋墩組合主要是位于邊灘或是離其不遠(yuǎn)的地方，這種情況下，我們可以將原因歸納于在灘地的橋墩分布較多且所占比例較大。而剩下的沒有明顯顯示出呈正比還是反比關(guān)系的橋墩組合，我們可以認(rèn)為是橋墩在灘地和河槽上的分布相當(dāng)。

天然河道各工況下的阻水比與河道水位的關(guān)系和橋墩阻水面積增幅與河道水流面積增幅與水位之間的關(guān)系變化趨勢是大體一致的。阻水比與河道水位變化關(guān)系由橋墩阻水面積增幅和河道水流面積增幅的比值隨水位升高時(shí)整體變化趨勢決定的，對(duì)于天然河道，橋墩阻水面積增幅與河道水流面積增幅的比值與水位的變化曲線同樣也和橋墩的布置位置有著緊密的聯(lián)系。正比關(guān)系或反比關(guān)系主要取決于橋墩位于主河槽或?yàn)┑厣系谋戎?，哪個(gè)占據(jù)主要的優(yōu)勢。橋墩阻水面積增幅與河道水流面積增幅的比值與河道水流面積增幅之間的比值隨著水位變化關(guān)系還與邊坡系數(shù)相關(guān)：在橋墩布置一致的情況下，邊坡坡度越小，兩者的關(guān)系越趨于反比，而當(dāng)邊坡坡度越大，兩者的關(guān)系越趨于正比。

3 阻水比與河道水位關(guān)系總結(jié)

（1）在橋梁工程中，河道水位與阻水比之間的關(guān)系主要是：隨著水位上升時(shí)，河道過流面積與橋墩阻水面積兩者之間的增幅而決定的，兩者之間的比值隨著水位的升高整體上升，河道水位呈正比關(guān)系;反之，則呈反比關(guān)系。而當(dāng)兩者之間的比值隨著水位的增高而升降相當(dāng)時(shí)，河道水位呈波狀起伏變化。

（2）橋墩的布置方式和河道兩旁的河道傾斜程度是影響橋墩阻水面積增幅和河道過流面積增幅兩者之間關(guān)系的主要因素，其主要關(guān)系如下：當(dāng)橋墩位于主河道且分布比例較大時(shí)，這時(shí)兩者之間的關(guān)系主要呈反比;而當(dāng)橋墩位于灘地且所占比例較大時(shí)，這時(shí)兩者之間的關(guān)系主要呈正比;當(dāng)橋墩同時(shí)布置在灘地和主河槽時(shí)，兩者之間的關(guān)系呈單調(diào)遞增或是遞減。

（3）對(duì)于主河槽和灘地面積相差不大時(shí)，無論是哪一方橋墩占優(yōu)時(shí)，都與邊坡系數(shù)無關(guān)。

4 結(jié)語

綜上所述，我們進(jìn)行了橋墩在不同方位下時(shí)，橋梁工程阻水比與河道水位之間的關(guān)系。筆者希望更多的專業(yè)人士能投入到該課題研究中，針對(duì)文中存在的不足，提出指正建議，希望這些研究可以幫助相關(guān)單位進(jìn)行建設(shè)時(shí)提供數(shù)據(jù)計(jì)算依據(jù)，為提高我國橋梁工程建筑工作做出重要的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐林春，鄭國棟，黃東，等.橋梁工程阻水比與河道水位關(guān)系初探[J].中國農(nóng)村水利水電，2011（4）.

從上文橋墩組合方式下，阻水比與水位變化關(guān)系中我們可以看出，位于主河槽的2號(hào)橋墩在其三種組合條件下都呈反比關(guān)系，發(fā)生這種情況主要的原因就是橋墩在主河槽的比例占有量較大。而我們列舉的呈正比關(guān)系狀態(tài)下的九種橋墩組合方式中均沒有包含2號(hào)橋墩。呈正比關(guān)系下的橋墩組合主要是位于邊灘或是離其不遠(yuǎn)的地方，這種情況下，我們可以將原因歸納于在灘地的橋墩分布較多且所占比例較大。而剩下的沒有明顯顯示出呈正比還是反比關(guān)系的橋墩組合，我們可以認(rèn)為是橋墩在灘地和河槽上的分布相當(dāng)。

天然河道各工況下的阻水比與河道水位的關(guān)系和橋墩阻水面積增幅與河道水流面積增幅與水位之間的關(guān)系變化趨勢是大體一致的。阻水比與河道水位變化關(guān)系由橋墩阻水面積增幅和河道水流面積增幅的比值隨水位升高時(shí)整體變化趨勢決定的，對(duì)于天然河道，橋墩阻水面積增幅與河道水流面積增幅的比值與水位的變化曲線同樣也和橋墩的布置位置有著緊密的聯(lián)系。正比關(guān)系或反比關(guān)系主要取決于橋墩位于主河槽或?yàn)┑厣系谋戎?，哪個(gè)占據(jù)主要的優(yōu)勢。橋墩阻水面積增幅與河道水流面積增幅的比值與河道水流面積增幅之間的比值隨著水位變化關(guān)系還與邊坡系數(shù)相關(guān)：在橋墩布置一致的情況下，邊坡坡度越小，兩者的關(guān)系越趨于反比，而當(dāng)邊坡坡度越大，兩者的關(guān)系越趨于正比。

3 阻水比與河道水位關(guān)系總結(jié)

（1）在橋梁工程中，河道水位與阻水比之間的關(guān)系主要是：隨著水位上升時(shí)，河道過流面積與橋墩阻水面積兩者之間的增幅而決定的，兩者之間的比值隨著水位的升高整體上升，河道水位呈正比關(guān)系;反之，則呈反比關(guān)系。而當(dāng)兩者之間的比值隨著水位的增高而升降相當(dāng)時(shí)，河道水位呈波狀起伏變化。

（2）橋墩的布置方式和河道兩旁的河道傾斜程度是影響橋墩阻水面積增幅和河道過流面積增幅兩者之間關(guān)系的主要因素，其主要關(guān)系如下：當(dāng)橋墩位于主河道且分布比例較大時(shí)，這時(shí)兩者之間的關(guān)系主要呈反比;而當(dāng)橋墩位于灘地且所占比例較大時(shí)，這時(shí)兩者之間的關(guān)系主要呈正比;當(dāng)橋墩同時(shí)布置在灘地和主河槽時(shí)，兩者之間的關(guān)系呈單調(diào)遞增或是遞減。

（3）對(duì)于主河槽和灘地面積相差不大時(shí)，無論是哪一方橋墩占優(yōu)時(shí)，都與邊坡系數(shù)無關(guān)。

4 結(jié)語

綜上所述，我們進(jìn)行了橋墩在不同方位下時(shí)，橋梁工程阻水比與河道水位之間的關(guān)系。筆者希望更多的專業(yè)人士能投入到該課題研究中，針對(duì)文中存在的不足，提出指正建議，希望這些研究可以幫助相關(guān)單位進(jìn)行建設(shè)時(shí)提供數(shù)據(jù)計(jì)算依據(jù)，為提高我國橋梁工程建筑工作做出重要的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐林春，鄭國棟，黃東，等.橋梁工程阻水比與河道水位關(guān)系初探[J].中國農(nóng)村水利水電，2011（4）.

從上文橋墩組合方式下，阻水比與水位變化關(guān)系中我們可以看出，位于主河槽的2號(hào)橋墩在其三種組合條件下都呈反比關(guān)系，發(fā)生這種情況主要的原因就是橋墩在主河槽的比例占有量較大。而我們列舉的呈正比關(guān)系狀態(tài)下的九種橋墩組合方式中均沒有包含2號(hào)橋墩。呈正比關(guān)系下的橋墩組合主要是位于邊灘或是離其不遠(yuǎn)的地方，這種情況下，我們可以將原因歸納于在灘地的橋墩分布較多且所占比例較大。而剩下的沒有明顯顯示出呈正比還是反比關(guān)系的橋墩組合，我們可以認(rèn)為是橋墩在灘地和河槽上的分布相當(dāng)。

天然河道各工況下的阻水比與河道水位的關(guān)系和橋墩阻水面積增幅與河道水流面積增幅與水位之間的關(guān)系變化趨勢是大體一致的。阻水比與河道水位變化關(guān)系由橋墩阻水面積增幅和河道水流面積增幅的比值隨水位升高時(shí)整體變化趨勢決定的，對(duì)于天然河道，橋墩阻水面積增幅與河道水流面積增幅的比值與水位的變化曲線同樣也和橋墩的布置位置有著緊密的聯(lián)系。正比關(guān)系或反比關(guān)系主要取決于橋墩位于主河槽或?yàn)┑厣系谋戎兀膫€(gè)占據(jù)主要的優(yōu)勢。橋墩阻水面積增幅與河道水流面積增幅的比值與河道水流面積增幅之間的比值隨著水位變化關(guān)系還與邊坡系數(shù)相關(guān)：在橋墩布置一致的情況下，邊坡坡度越小，兩者的關(guān)系越趨于反比，而當(dāng)邊坡坡度越大，兩者的關(guān)系越趨于正比。

3 阻水比與河道水位關(guān)系總結(jié)

（1）在橋梁工程中，河道水位與阻水比之間的關(guān)系主要是：隨著水位上升時(shí)，河道過流面積與橋墩阻水面積兩者之間的增幅而決定的，兩者之間的比值隨著水位的升高整體上升，河道水位呈正比關(guān)系;反之，則呈反比關(guān)系。而當(dāng)兩者之間的比值隨著水位的增高而升降相當(dāng)時(shí)，河道水位呈波狀起伏變化。

（2）橋墩的布置方式和河道兩旁的河道傾斜程度是影響橋墩阻水面積增幅和河道過流面積增幅兩者之間關(guān)系的主要因素，其主要關(guān)系如下：當(dāng)橋墩位于主河道且分布比例較大時(shí)，這時(shí)兩者之間的關(guān)系主要呈反比;而當(dāng)橋墩位于灘地且所占比例較大時(shí)，這時(shí)兩者之間的關(guān)系主要呈正比;當(dāng)橋墩同時(shí)布置在灘地和主河槽時(shí)，兩者之間的關(guān)系呈單調(diào)遞增或是遞減。

（3）對(duì)于主河槽和灘地面積相差不大時(shí)，無論是哪一方橋墩占優(yōu)時(shí)，都與邊坡系數(shù)無關(guān)。

4 結(jié)語

綜上所述，我們進(jìn)行了橋墩在不同方位下時(shí)，橋梁工程阻水比與河道水位之間的關(guān)系。筆者希望更多的專業(yè)人士能投入到該課題研究中，針對(duì)文中存在的不足，提出指正建議，希望這些研究可以幫助相關(guān)單位進(jìn)行建設(shè)時(shí)提供數(shù)據(jù)計(jì)算依據(jù)，為提高我國橋梁工程建筑工作做出重要的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐林春，鄭國棟，黃東，等.橋梁工程阻水比與河道水位關(guān)系初探[J].中國農(nóng)村水利水電，2011（4）.