淮河入江水道歸江建筑物下游大橋?qū)^流影響的分析

奚　望　宋為威

（揚(yáng)州大學(xué)　揚(yáng)州　225009）

淮河入江水道歸江建筑物下游大橋?qū)^流影響的分析

奚望宋為威

（揚(yáng)州大學(xué)揚(yáng)州225009）

本文就淮河入江水道控制建筑物——萬福閘下游新建的萬福大橋，從泄流速度變化和橋墩對河道流態(tài)的影響，以及河床可能產(chǎn)生的演變幾個方面對泄洪河道大橋橋墩的過流影響進(jìn)行了初步分析，提出了萬福閘運行過程中要注意監(jiān)控下游新萬福大橋?qū)拥篮哟驳挠绊?，通過開閘方式控制橋墩下游流態(tài)，保持下游河床的穩(wěn)定。

橋墩過流流態(tài)流速

萬福閘位于江蘇省揚(yáng)州市區(qū)東郊，處于揚(yáng)州城區(qū)和江都城區(qū)之間，曾是揚(yáng)州市區(qū)至江都區(qū)的重要通道之一，是聯(lián)通江都與揚(yáng)州的樞紐。1960年建成，是淮河入江水道的主要控制工程，設(shè)計最大泄洪流量7460m3/s，校核流量8820m3/s，65孔，每孔凈寬6m，是一座以泄洪為主，兼有灌溉、航運、城市供水等多功能的大型水閘。1991年淮河流域發(fā)生特大洪水，經(jīng)加固后的萬福閘排洪7600m3/s，當(dāng)年排入長江水量4.70×1010m3。為確?；春恿饔虬矠憽⒏纳粕鄄睾貐^(qū)灌溉用水條件發(fā)揮了顯著的作用。

隨著城市建設(shè)發(fā)展，原有利用萬福閘上交通橋聯(lián)系揚(yáng)州城區(qū)和江都鎮(zhèn)的設(shè)計滿足不了交通發(fā)展的需要，于是建設(shè)新萬福大橋，新建萬福大橋位于萬福閘下游，連接揚(yáng)州城區(qū)重要的東西走向的大通道——新萬福路，橋?qū)?2m，萬福大橋建于萬福閘以南240m處、跨越寬度在500m左右的廖家溝。

新萬福大橋由于是自錨式懸索式橋，除4個靠近河岸的小橋樁外，還有兩個巨大的錨塔下橋墩，這些大型橋墩的出現(xiàn)，改變了原有過流水流環(huán)境，除對泄洪流量產(chǎn)生影響外，還對河道建橋處水流流態(tài)、流速等產(chǎn)生影響。文章擬從泄流速度、過流流態(tài)、河床穩(wěn)定三個方面分析其對周邊水流環(huán)境的影響。

1　橋墩對過流速的影響分析

根據(jù)有關(guān)資料，結(jié)合萬福大橋處過流斷面CAD圖，可以算出無橋時建橋位置的過流面積為4030m2，對應(yīng)校核流量8820m3/s的斷面平均流速為2.18m/s，圖1（b）部分為無橋墩的過流斷面；有橋時，由于有墩的阻水影響，其對應(yīng)位置的過流面積變?yōu)?822m2，相應(yīng)于校核流量8820m3/s的斷面平均流速為2.3m/s，圖1（a）部分為建橋后同一位置泄流斷面?？梢缘贸鲇袠蚝蜔o橋時，校核流量對應(yīng)的斷面平均流速之差為0.12m/s，建橋斷面的斷面平均流速增大了6%。

河流斷面流速分布正常情況下是河道中間流速大一些，靠兩側(cè)岸邊流速小一些。未建橋時，該斷面流速分布僅有一個河中間大流速區(qū)；建橋后，在兩個主橋墩的分隔之下，形成3個中心大流速區(qū)，由于過流斷面的減小，流速會進(jìn)一步增加，在近岸大流速區(qū)的帶動之下，河道近岸處流速有著明顯的增大，近岸處流速的增大，會對河岸產(chǎn)生沖刷，斷面流速分布不均，還會引起河底形態(tài)發(fā)生改變。

萬福大橋橋墩還會引起萬福閘和萬福橋之間泄流期水位的變化，如果泄流量小，橋上游壅水低，流速變化小，橋墩引發(fā)的渦流小，則沖刷作用相對弱；如果泄流量大，橋上游壅水高，上、下游水位差變大，泄流流速提高，橋墩下游渦流的強(qiáng)度增大，對河岸和河床可能產(chǎn)生的沖刷作用增強(qiáng)。如橋后水流不斷沖刷河床、河岸，下游堤岸有可能會受破壞，河床也因此失去原有的穩(wěn)定狀態(tài)。

2　橋墩周邊流態(tài)對河道影響的分析

萬福大橋建成后，大橋墩將過流斷面水流分成三部分，橋墩兩側(cè)流速和橋墩墩后的流速不一樣，兩側(cè)水流流速大，墩后中間部位流速較小，這樣的斷面流速分布，就會引發(fā)兩塔墩后漩渦流。萬福大橋橋墩最寬處約為8m，這個寬度足以在橋墩墩后引發(fā)較大渦流，且渦流隨泄流量增大而增強(qiáng)，這種不穩(wěn)定的漩渦徹底改變了未建大橋前該斷面的流場分布，會對下游的河岸、河床穩(wěn)定造成很大的影響。

根據(jù)實測資料制作的萬福閘下游河道的模型實景圖可以看出，在萬福閘下游未建萬福大橋前，幾十年泄流沖刷，雖使下游河床變得溝壑縱橫，河岸蜿蜒彎曲，但河道的河岸、河床也形成了穩(wěn)定的形態(tài)。新萬福大橋的建成，橋墩后的渦流和分割的新的流速區(qū)，在橋墩斷面處產(chǎn)生了新的水流流態(tài)，這將不僅改變了原有的泄流流態(tài)，使一些原先流速較大的區(qū)域流速變小，而一些流速小的區(qū)域流速變大，而且增加了墩后渦流區(qū)，進(jìn)而使多年來沖刷穩(wěn)定的該區(qū)域穩(wěn)定失衡，改變河岸、河床原有的穩(wěn)定形態(tài)。新的斷面流態(tài)引起的河床、河岸穩(wěn)定失衡，會產(chǎn)生連鎖效應(yīng)，新的河床地形地貌，又會引發(fā)新的流態(tài)變化，新的流速場變化。如此往復(fù)，下游河床在新橋墩作用下，要形成一個穩(wěn)定形態(tài)，需通過一個連鎖形成的復(fù)雜的流場作用，經(jīng)過一個漫長的河床的遷徙穩(wěn)定過程，達(dá)到一個新的河岸、河床穩(wěn)定期。

3　大橋?qū)ο掠魏哟卜€(wěn)定的影響分析

新萬福大橋的興建，打破了原有的萬福閘下游流場的分布，下游河床、堤岸在新的流場作用下會產(chǎn)生變化，以適應(yīng)新流場。未建大橋前萬福閘下游240m處的河床高程在-2m左右，而800m處的河床高程驟降至-20m，圖2是萬福閘下游的復(fù)雜河床形態(tài)的CAD圖。這一河床高程變化較大的地貌，是多年泄洪形成的穩(wěn)定沖刷形態(tài)?，F(xiàn)在由于新建橋墩的阻流，水流在其下游產(chǎn)生強(qiáng)烈渦流，渦流一方面減小有效過流斷面，增加過流速度；另一方面會擾動河床，引起沖刷。如果新流速臨近或大于泥沙啟動速度時，河床泥沙會移向下游，出現(xiàn)沖刷坑。從資料中可以知道，萬福大橋下游沖刷范圍內(nèi)既有軟土又有砂土，均是不利于水利工程穩(wěn)定的土層，淤土承載能力弱，不利于河岸穩(wěn)定，砂土抗沖能力較弱，行洪時經(jīng)常造成坍岸，河床沖刷。一系列新的不穩(wěn)定因素決定了在新建大橋流場作用下，大橋下游河床穩(wěn)定會產(chǎn)生變化，經(jīng)過多年演變下游河床目前已穩(wěn)定，而新沖刷流態(tài)的出現(xiàn)，勢必對下游河床的穩(wěn)定產(chǎn)生破壞。

概括起來，大橋?qū)ο掠魏哟卜€(wěn)定的影響主要在兩個方面：一方面是橋墩引發(fā)的泄流新流態(tài)使建橋前斷面下游河床河岸產(chǎn)生新的沖刷問題；另一方面，新的沖刷會引發(fā)河床河岸失穩(wěn)，而要形成穩(wěn)定的形態(tài)，需要較長的時間和過程同時這個過程極易產(chǎn)生河岸變形危害。

4　結(jié)語

新萬福大橋的興建不僅對泄洪過流量產(chǎn)生影響，也會對橋位下游河流泄洪的流速、流態(tài)、流床河岸沖刷穩(wěn)定產(chǎn)生很大的影響，因此在新建萬福大橋后，必須加強(qiáng)對大橋下游河床、河岸穩(wěn)定的監(jiān)測工作，做好應(yīng)對預(yù)案，保障泄洪河道安全泄流。同時對泄洪河道上新建的類似寬墩大橋，設(shè)計運行管理過程中，不僅要在泄流量上考慮其影響，還要分析其對下游河床河岸穩(wěn)定的影響

（專欄編輯：顧梅）