城市涉河橋梁群對河道泄洪影響研究

吳奕宏

摘 要：文章通過數學模型對沙河河段涉河橋梁群壅水的高度進行計算，分析涉河橋梁群個數、尺寸對河道泄洪的影響。

關鍵詞：橋梁群；泄洪

中圖分類號：U442.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）14-0053-02

隨著社會經濟的高速發展，人們對河流河道的開發利用不斷加大，在河道上修建了大量的橋梁工程，這些橋梁的建設對沿河社會經濟的發展起到了較大的促進作用的同時，也會或多或少地影響河道的河床穩定以及邊坡穩定，特別是會對河道的行洪產生一定影響。

1 研究背景

沙河是淮河最大的支流，發源于魯山縣石人山，地處河南省腹地，流域地跨豫皖兩省，流經河南省平頂山市區、葉縣、舞陽、郾城、漯河市區、西華、商水、周口市區、淮陽、項城、沈丘至界首市入安徽省境，抵阜陽地區潁上縣正陽關（沫河口）入淮河。近年來，隨著工業化、城鎮化、農業現代化的快速發展，對跨水域交通的需求越來越大，對沙河沿線河道的開發利用程度越來越高，從107國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，河道開發利用率較高。工程建設會引起附近水域河床阻力、水流流態、流速分布、過流能力和岸坡穩定等發生變化，從而對河勢穩定和防洪安全帶來一定影響，也不利于維護河流的健康狀態。本文通過數學模型對該河段3 000 m3/s流量進行模擬計算，分析不同橋梁尺寸對河道泄洪影響。

2 模型與基本方程

采用水動力學模型計算，在水平方向上采用貼體正交曲線坐標，在鉛直方向上采用s坐標。笛卡爾坐標系定義如圖1所示：

河水運動的基本控制方程組可表述為：

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

3 數值模擬及結果分析

大橋橋墩對防洪的直接影響為河槽內的橋墩減少過水斷面造成上游水位抬高。

3.1 橋梁個數對壅水高度影響分析

橋梁個數分為無橋、一橋、兩橋、三橋、無橋、七橋六種工況，計算結果如圖3～5所示。

計算結果表明，多橋時，壅水影響會向上游累積，使得水位壅高值及壅水范圍明顯增大，產生疊加效應，隨著橋數的增加，疊加效應越明顯。

3.2 橋梁尺寸對壅水高度影響分析

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

由圖可以看出，在相同位置布設不同尺寸的橋墩時，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，使得過水斷面減小。

4 結 語

雖然單個工程的防洪評價往往表明，其造成的壅水效果不會對防洪造成較大影響，但若將河段內的所有工程考慮在內時，其工程群體的壅水效應將隨著工程群密度的增加而大大增加。此時的單個工程，不應獨立出來，而應當看作工程群體中的一部分。如果河道內工程群的密度相當大，以致于在某個工程影響范圍內的壅水效應尚未減退時，就疊加了其他工程，那么這些工程群的影響，不僅會在范圍上擴大，還會在程度上加深。在工程影響范圍內建橋時，疊加效應是恒定的，壅水高度并不是線性疊加。

參考文獻：

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