山区河道水面线和管涵漫水桥壅水计算探讨

公式（1）：能量型公式⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=∆∑2222Z h h b B g V Z ξα 式中：α——动能校正系数，一般取α=1.1；ξ——过水面积收缩系数，取ξ=0.85-0.95，本次取0.85；B ——无桥墩时水面宽；V ——建桥前断面平均流速；h ——建桥前断面平均水深；△Z ——最大壅水高度；∑b ——建桥后过水断面总宽（河宽减去桥墩总宽）。

该公式主要考虑了建桥前后过水断面宽度变化，而未考虑建桥后对天然河道过水断面减小的影响。

公式中水位壅高值采用迭代法计算。

公式（2）：铁路工程水文勘测设计规范公式)(202V V Z M -=∆η 式中：Z ∆——桥前最大壅水高度（m ）；η——阻水系数；M V ——桥下平均流速（m/s ）； 0V ——断面平均流速（m/s ）。

公式（3）：铁科院曹瑞章公式⎪⎭⎫ ⎝⎛-=∆2022.m V m V g K Z 式中：V m ——桥下平均流速，V m =K p Q p /A j ；Q p ——设计流量；A j ——桥下净过水面积；K p ——考虑冲刷引起的流速折减系数；K p =1/[1+A(p-1)]P ——冲刷系数，取P=1.0；A ——河床粒径系数，A=0.5×d 50-0.25;d 50——桥下河床中值粒径，mm ；V 0m ——天然状态下平均流速，V 0m =Q 0m /A 0m ；Q 0m ——天然状态下通过的设计流量；A 0m ——桥下过水面积；K ——壅水系数，K=2/(V m /V 0m -1)0.5；g ——重力加速度。

其它符号同公式（1），该公式考虑建桥后河道过水面积影响，并考虑了建桥后流速增加对河床冲刷的影响。

公式（4）：铁科院李付军公式()g V KV R Z OM M 21182.122--=∆式中：V m ——桥下平均流速，V m =Q/A J ；Q ——计算流量；A J ——扣除桥墩和桥台阻水面积后的桥下净过水面积；V 0m ——计算流量时建桥前桥孔部分天然状态下平均流速，V 0m =Q 0m /A 0m ； Q 0m ——计算流量时建桥前从桥孔部分通过的流量；A 0m ——计算流量时建桥前桥孔部分天然过水面积；R ——考虑桥墩和桥台影响的反映桥孔压缩程度的系数，R= V m / V 0m ； K ——考虑冲刷影响的流速（动能）折减系数，取K=0.9。

漫水桥过洪能力计算探讨本文针对陕西山区跨河修建公路桥投资有限的情况下，为解决跨河交通的问题，即经济又施工简便的漫水桥建设，在山区农村越来越普遍。

在保证安全通行及行洪顺畅的条件下，漫水桥的过洪能力计算尤为重要，本文就漫水桥的过洪能力计算进行探讨。

标签：漫水桥；过洪流量我国幅员辽阔，在山区丘陵地带，梁峁沟道纵横交错，陕西多数农村遍布于沿河的川道，近几年来，国家政府在不断的改善农村生产生活条件，但对于非常落后的山区公路桥涵的建设投资相对匮乏。

当地群众为满足生产生活的需要，漫水桥的建设，在农村尤为普遍。

一、漫水桥在山区被广泛应用的原因山区多数自然河道常年径流量较小，没有船只通航、河道上不流放木排、洪水时仅有树叶杂草体积小的漂流物，可满足漫水桥对河道的要求。

另外一般的公路桥是不允许洪水从桥面上漫过的，所以桥面必须高出设计洪水位以上，但漫水桥允许洪水从桥面上漫过去，漫水桥可以在桥面上排泄洪水，还可以在漫水桥两端的满水路上排泄洪水，因此漫水桥本身的长度可以大大缩短，桥的高度也可以降低，这样工程造价就比修一般的桥节省一半左右。

在漫水桥建设的过程中，在保证安全通行及行洪順畅的条件下，漫水桥的过洪能力计算尤为重要。

山区很多的小流域或小沟道，没有详细的水文资料，本文针对这种情况，以陕西延安地区自然河道清水河漫水桥过洪能力计算进行探讨。

二、漫水桥过洪能力计算1、漫水桥设计洪水计算新修漫水桥过洪能力计算，依据《陕西省农村公路技术标准》漫水桥过洪能力按通过五年一遇洪峰流量设计。

五年一遇洪水流量《延安地区实用水文手册》暂没有计算依据，可依据已计算得到十年一遇洪水流量推求五年一遇洪水流量。

1）十年一遇洪水计算①十年一遇洪峰流量计算在无水文资料的情况下，洪水计算可根据《延安地区实用水文手册》中汇水面积相关法计算。

计算公式如下：QN= KN·Fn式中：QN—重现期为N的设计洪峰流量（立方米/秒）；F—设计流域面积（平方公里）；KN、n—重现期为N的经验参数和指数。

桥梁河道冲刷和壅水过程计算模型
桥梁河道冲刷和壅水过程计算模型是一种用于预测河道流量、水位、河床变形等水文水力参数的数学模型。

这种模型的主要作用是帮助工程师预测河道发生洪水时的情况，从而为设计和建造桥梁、堤防、水利工程等提供依据。

在历史上，许多学者和工程师都致力于研究河道冲刷和壅水过程计算模型。

其中最早的研究可以追溯到19世纪末和20世纪初。

当时的研究主要集中在河道流量的计算和预测上，例如，美国工程师Manning提出了著名的曼宁公式，用于计算河道的流量。

此后，许多学者在曼宁公式的基础上进行了改进和完善，使其更加适用于不同类型的河道。

20世纪50年代，随着计算机技术的发展，河道冲刷和壅水过程计算模型开始进入了一个新的阶段。

当时的研究主要集中在数值模拟方法的开发和应用上，例如，美国工程师Lax和Wendroff提出了一种基于有限差分法的数值模拟方法，用于模拟河道的水流和河床变形。

此后，许多学者在这种方法的基础上进行了改进和完善，使其更加适用于不同类型的河道。

近年来，随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展，河道冲刷和壅水过程计算模型已经成为了一个非常成熟和广泛应用的领域。

目前，许多国家和地区都拥有自己的河道冲刷和壅水过程计算模型，例如，美国的HEC-RAS模型、中国的河流水动力学模型等。

这些模型不仅可以用于预测河道的水文水力参数，还可以用
于设计和优化水利工程、制定防洪预案等方面。

总之，河道冲刷和壅水过程计算模型是一个非常重要的领域，它对于保障人民生命财产安全、促进经济社会发展具有重要的意义。

设计洪水水面线推算根据沿程比降、流量、建筑物及支流汇入情况，水面线分段进行推算。

（1）水面线推算的基本公式水面线计算按明渠恒定非均匀渐变流能量方程,在相邻断面之间建立方程，采用逐段试算法从下游往上游进行推算。

具体如下:2g2g 21w 2221V h V Z Z αα-++= 式中： 1Z 、1V ——上游断面的水位和平均流速；2Z 、2V -—下游断面的水位和平均流速；j f w h h h +=—-上、下游断面之间的能量损失；l RC Vh f 22=——上、下游断面之间的沿程水头损失； )22(2221gV g V h j -=ζ—-上、下游断面之间的局部水头损失; ζ—-局部水头损失系数，根据《水力计算手册》，由于断面逐渐扩大的ζ取值0.333，桥渡处ζ取值0。

05~0。

1。

C —-谢才系数；R ——水力半径；α——动能修正系数。

(2）河道糙率河道的粗糙系数受到河床组成床面特性、平面形态及水流流态、植物、岸壁特性等影响，情况复杂,不易估计,本工程河道基本顺直,床面平整，经过整治的河床粗糙系数可以采用《水工设计手册》第一卷P1—404介绍的当量粗糙系数x Nxnn ∑=1当 ;设总湿周x 的各组成部分1x ，2x ,……N x 及所对应的粗糙系数分别为n 1,n 2……n N .1糙率的选取河道糙率影响因素有河槽方面也有水流方面。

河槽边壁及河床粗糙程度，滩地植被,河槽纵横形态的变化是主要因素。

大洪水糙率小于小洪水糙率，若附近有大洪水资料时可采用河段附近现状河道纵横断面资料反推综合糙率；若河道纵横断面于大洪水有较大变化时应在河道原貌的基础上反推糙率；反推糙率实际上小于实际糙率。

无资料时可根据经验参照水力计算手册确定，偏重于安全考虑，在河道整治工作中糙率适当选小些,在防洪规划中适当大一些。

2起推断面与起推水位的确定水流为缓流时起推断面一般选在推算河段下游，急流时选在上游，附近下游有水文站时以水文站为起推断面，依据实测水位资料分析不同标准洪水位，当缺乏高标准的水位流量关系时可适当将水位流量关系外延.三是附近下游有调查的历史洪水的水位流量关系时可以采用均匀法求调查断面近似的水位流量关系，从而确定起推断面水位流量关系。

桥梁壅水的数值算法探讨【摘要】：主要论述了跨河桥梁压缩后对壅水的数值计算方法，通过实际例子分析了数值计算方法的精度，认为数值计算在解决工程水力学问题中具有很大的发展潜力。

【关键词】：壅水河道压缩数值计算一、桥梁壅水研究的背景桥梁压缩河道后，桥址上游水流变缓，水流动能转换为势能，客观表现为水流的壅高，河道压缩前后同一位置水位差称为这一位置的壅水高度。

影响桥梁壅水的因素有很多，如河道压缩程度，河床底坡，桥址断面形状等等。

在平原宽浅河流上建桥，从水流通过能力和工程造价两方面考虑，一般不可能在全部泛滥宽度（包括不经常浸水的河滩）都布设桥孔，穿过河滩的路堤往往压缩较多的汛期过流断面，致使大桥上游产生壅水。

从18世纪后期就开始有学者从事壅水研究工作[1]。

二、研究方法（一）对三维N-S方程中的水力要素沿水深平均，各水力要素应用雷诺假设，即各水力要素可以表示为时均值和脉动值两部分，且各水力要素用上述表示后依然适用原方程，并假定沿水深方向的动水压强分布符合静水压强分布，使模型简化为平面二维水流数学模型，模型按定床模型计算；（二）模型在简化过程中，雷诺应力的化简采用布辛涅斯克的假设；（三）控制方程的离散用有限体积法；（四）进行网格划分，处理边界条件；（五）用FLUENT软件对平面二维水流模型进行求解；（六）通过实验数据，对模型及程序进行验证。

三、FLUENT计算模型验证（一）实桥模型概述验证资料取自文献[2]，实际桥址横断面如图1所示，桥梁从59.7m处开始，到913m处结束，全长853.3m。

（二）实桥模型简化由于河滩部分的流速较小，对于壅水的贡献较小，所以只考虑河槽部分断面，河滩部分流量作为压缩流量简化[3]。

由于河滩路堤阻挡的流量为河流断面总流量51.6％，且桥梁长度为853.3m，所以简化为平面二维模型后，河宽为1763m，河流上游平均流速为1.34m/s。

由于流量Q=21300m3/s，可以计算出河流平均水深为8.98m。

桥梁防洪评价中壅水计算方法浅析陈海健【摘要】壅水计算是桥梁防洪评价中的计算项目,主要计算方法有计算公式法及水动学数值模型法.该文总结了目前应用得较多的计算公式和水动力学一维及二维数值模型,并简单介绍了各方法计算原理.以汕头某大桥壅水计算中为例介绍了各方法的应用方式,根据计算结果分析对比了各方法的优缺点及适用性,为桥梁壅水计算方法选用提供参考.【期刊名称】《广东水利水电》【年(卷),期】2019(000)007【总页数】6页(P60-65)【关键词】壅水;壅水计算公式;水动力数值模型【作者】陈海健【作者单位】广东省水利电力勘测设计研究院, 广东广州 510635【正文语种】中文【中图分类】U442.3+3桥梁防洪评价中通常需要进行桥梁壅水分析计算。

对于桥梁的壅水计算问题，目前分析方法主要有计算公式法、水动力数值模型法和物理模型试验法。

在实际工程中，应用较多的是计算公式法和水动力数值模型法。

目前，对于这两种壅水计算方法已经不少的研究[1-4]，但缺少综合对比及应用条件分析。

由于不同计算方法对基础资料要求不同，得出的计算结果也不尽相同，本文尝试总结计算公式法和水动力数值模型法的优缺点，从而为桥梁壅水分析方法选用提供参考。

1 研究方法1.1 计算公式法计算公式法在工程中应用较多，但目前还没有广泛被接受的计算公式。

陆浩[1-2]总结了各类计算公式，主要有：能量公式、动量公式、堰流公式、经验公式；另外，铁道部科学研究院陆浩、曹瑞章、王玉杰等人，根据我国模型试验和40余座桥梁调查资料，总结出陆浩公式、曹瑞章公式，曾一度列入规范[5]，是在我国应用得较多的经验公式。

秦蓓蕾[6]对比分析了4种计算公式，认为实用水力学公式的适应性较强。

总结各类的计算公式，本文拟采用D’Aubuioson，Yarnell公式、陆浩公式、实用水力学公式4种较具代表性的计算公式作分析计算。

1) D’Aubuioson公式(1)式中ΔZ为桥前最大壅水高度,m；η为随河滩路堤阻挡的流量和设计流量的比值不同选取的参数；为建桥后桥下平均流速,为天然状态下平均流速,m/s。

山区河流水面线计算方法探讨杨会娟; 颜何生【期刊名称】《《广东水利水电》》【年(卷),期】2019(000)010【总页数】3页(P49-51)【关键词】河流水面线; 水工建筑物; HEC-RAS; MIKE11; 水文计算平台【作者】杨会娟; 颜何生【作者单位】广东省水利电力勘测设计研究院广东广州 510635【正文语种】中文【中图分类】TV131.41 概述为了深入贯彻落实乡村振兴战略，践行绿水青山就是金山银山的发展理念，开展山区中小河流整治工作逐渐成为水利设计工作中的一项重要内容。

在中小河流治理过程中，准确的水面线推求一直是规划设计的工作重点。

处于平原地区的河流，由于河势简单，水面线推求方法也较为成熟；而对于山区河流，河床狭窄陡峭、落差大，汇流速度快，洪峰历时短，部分河段为了满足发电、灌溉等需求而修筑水陂(堰、闸)蓄水，为了通行需要修建漫水桥等，降低了河道的过水能力，推求的水面线与实际差异较大，在没有条件进行河道水力模型试验时，只能依靠设计人员的经验加以修正，计算结果存在较大的随意性[1]。

随着HEC-RAS、MIKE11、SOBEK-RURAL等[2-4]一系列具有仿真模拟功能的软件出现，不仅提高了水面线计算的准确性，也大大提高了设计人员的工作效率，引起了科研、设计人员的关注[5-7]。

因此，本文结合笔者的工作经验，基于广东水文水利设计计算软件平台(以下简称水文计算平台)、HEC-RAS及MIKE11三种软件提供的水面线计算功能，以粤西山区的中小河流为研究对象，探讨三种方法模拟计算山区河道水面线的适用性。

2 模型简介2.1 模型原理1) MIKE11软件MIKE是丹麦水力研究所(DHI)公司开发的水力模型软件，其中的MIKE11水动力模块具有水面线计算功能，采用六点隐式差分格式对圣维南方程组进行求解，包括连续性方程和动量方程，见式(1)(2)。

连续性方程：(1)动量方程：(2)式中 Q为流量,m3/s；x为沿河长的距离,m；q为单位河长侧向入流,m2/s，流入为正，流出为负；A为过水面积,m2；h为水位,m；R为水力半径,m；C为谢才系数,m1/2/s；α为动力扩散系数。