定遠縣池河大橋橋址水位分析計算

任恒學，張曉娟

（安徽省淠史杭灌區管理總局工程處，安徽 六安 237010）

1 工程概況

擬建池河大橋位于滁州市定遠縣池河鎮紅心沛村附近，距離上游七里河口1.50 km，距離下游池河閘3.28 km，橋址以上流域面積2 494 km2。橋長406 m，橋跨布置為1 625 m，橋梁寬度25.5 m，上部結構采用25 m標準跨徑預應力混凝土小箱梁，下部結構采用樁柱式橋墩，肋板臺，墩臺采用鉆孔灌注樁基礎。擬建橋梁與河道正交，橋墩軸線與水流方向基本平行。

圖1 為工程河段水系圖。

圖1 工程河段水系圖

2 水位分析計算

因橋址處缺乏實測水文資料，現需推求橋址處設計防洪標準水位。根據《安徽省池河治理工程初步設計報告》[1]，池河大橋橋址處流量成果見表1所列。

表1 池河大橋橋址處流量成果表

該工程利用能量方程和曼寧公式及橋址處上游石角橋，下游光明水位站測站水位流量關系曲線進行插值計算，三種方法進行推求。

2.1 能量方程方法

利用池河大橋橋址處下游池河閘堰水位作為控制水位，利用能量方程，見式（1），以100 m一個斷面進行推求。

式中：Z1、Z2為河道底高程；Y1、Y2為河道斷面水深；V1、V2為計算段上、下游斷面平均流速；a1、a2為計算段上、下游斷面的動能修正系數；hf為沿程水頭損失；hj為局部水頭損失。

計算成果見表2所列。

表2 能量方程方法計算成果表

2.2 曼寧公式計算方法

利用現狀地形斷面，按明渠均勻流曼寧公式，見式（2）進行計算。

式中：A為斷面面積；n為河床糙率（經計算取值為0.04）；i為水面比降（近似取河床比降0.143%）；R為水力半徑。計算成果見表3所列。

表3 曼寧公式計算方法計算成果表

2.3 插值法

根據《安徽省池河治理工程初步設計報告》，上游石角橋站及下游光明站水位流量關系曲線進行橋址處水位插值計算，石角橋站及光明站水位流量關系曲線見圖2和圖3所示。

圖2 石角橋水位流量關系曲線圖

圖3 光明站水位流量關系曲線圖

根據上述水位流量關系擬合曲線，以及20 a和100 a一遇設計流量，可知石角橋和光明站20 a一遇、100 a一遇設計水位。假設橋址處與石角橋和光明站之間水面比降在發生20 a一遇設計洪水和100 a一遇設計洪水時變化不大，由上、下水位內插可知橋址處20 a一遇及100 a一遇洪水設計水位。計算成果見表4所列。

表4 插值計算方法計算成果表

能量方程、曼寧公式計算方法及插值計算方法成果對比見表5所列。

表5 成果對比表

2.4 水文計算成果分析

曼寧公式適用于明渠恒定均勻流，而實際天然河道地形地質條件復雜且不均一，多處于非均勻流態，曼寧公式中參數取值對計算成果影響較大，如該工程利用曼寧公式計算出橋址處水位27.33 m（設計流量Q=3 067 m3/s），卻低于下游池河閘處水位27.90 m（設計流量Q=3 067 m3/s），計算成果不合理。

因石角橋站和光明站距離橋址較遠，池河上、下游坡降變化較大，線性插值精度無法滿足設計精度要求。

結合《安徽省池河治理工程初步設計報告》中七里河口水位計算成果，依據池河閘堰上水位作為控制水位，并運用能量方程推求池河大橋處水位，更符合實際情況[2-3]。

3 結論

根據該工程，利用池河大橋下游池河閘堰上水位作為控制水位，并運用能量方程逐個斷面往上游推算計算成果，更符合天然河道實際情況。在天然河道水面線中，運用曼寧公式，難以把控參數取值，誤差較大。天然河道坡降較均一且距橋址較近時，可運用插值法。