桥梁防洪评价壅水计算方法浅析

关于桥梁壅水计算中几种经验公式应用的探讨桥梁壅水计算是桥梁设计中非常重要的一个环节，它有助于确定桥梁设计中所需的洪水流量，从而确保桥梁的安全性能。

在桥梁壅水计算中，经验公式被广泛应用。

本文将探讨几种常见的经验公式，并讨论其适用范围和限制。

首先，常用的经验公式之一是曼宁公式。

曼宁公式用于计算水流速度和水深之间的关系。

公式中的参数包括河道横向坡度、河道横断面形状、摩阻系数等。

曼宁公式可以帮助工程师确定在桥梁下游的水深，从而评估洪水情况下的桥梁承载能力。

然而，曼宁公式的适用范围有限，它仅适用于简单的河道横断面形状，并且对流量分布的不均匀性不敏感。

因此，在复杂的河道和不均匀的流量条件下，曼宁公式的应用效果会受到限制。

第二个经常使用的经验公式是水面冲击压力公式。

水面冲击压力公式用于计算桥梁柱上的水面冲击压力，并根据该压力评估桥梁结构的抗洪水能力。

这个公式的参数包括流量和桥梁柱的高度等。

水面冲击压力公式适用于评估小型桥梁的洪水承受能力，但在大型桥梁和复杂的流量条件下可能不太准确。

此外，公式中的参数选择也可能会影响计算结果的准确性。

第三个经验公式是溢流流量公式。

溢流流量公式用于计算在特定洪水流量下堰顶的溢流流量，从而帮助确定桥梁上游水位。

这个公式的参数包括堰顶长、堰底宽、溢流堰高度和引导堰高度等。

溢流流量公式适用于评估洪水情况下桥梁的上游水位情况。

然而，公式的有效性取决于洪水流量和溢流流量之间的关系，以及堰顶槽的形状和尺寸等因素。

除了上述几种经验公式，还有一些其他可能适用于桥梁壅水计算的经验公式。

这些公式可能涉及桥梁结构的不同方面，例如桥梁墩柱的抗洪水能力、桥梁孔径对洪水流量的影响等。

在选择和使用经验公式时，工程师应考虑公式的适用范围和限制，并尽可能与实际工程中的数据进行匹配和验证。

总之，经验公式在桥梁壅水计算中发挥着重要的作用。

它们可以帮助工程师估计洪水流量和水位等参数，从而评估桥梁的抗洪水能力。

然而，经验公式的适用范围和限制需要谨慎考虑，并与实际数据进行比对和验证，以确保计算结果的准确性和可靠性。

乔利河大桥防洪影响评价发表时间：2020-12-24T07:00:43.655Z 来源：《防护工程》2020年27期作者：黄佩强韦雄伟[导读] 在河道上修建跨河建筑物, 直接影响到河道的行洪是否顺畅及建筑物本身的稳定安全, 因此,对跨河桥梁建设项目进行防洪影响评价是十分必要的。

以广西马山县苏博工业园乔利河大桥防洪影响评价为例, 对跨河桥梁防洪影响评价的过程、方法、内容及有关问题进行了分析并提出了建议。

黄佩强韦雄伟广西正宇工程咨询有限公司摘要：在河道上修建跨河建筑物, 直接影响到河道的行洪是否顺畅及建筑物本身的稳定安全, 因此,对跨河桥梁建设项目进行防洪影响评价是十分必要的。

以广西马山县苏博工业园乔利河大桥防洪影响评价为例, 对跨河桥梁防洪影响评价的过程、方法、内容及有关问题进行了分析并提出了建议。

关键词：乔利河大桥；防洪影响；评价；分析计算作为交通工程重要的渡河建筑物———跨河桥梁也就越来越多。

然而, 修建跨河桥梁必将侵占河道行洪断面, 壅高河道水位, 改变水流局部流态, 影响河道防洪安全 ;并且水流对桥墩和岸坡部位易产生局部冲刷, 危及桥梁自身的安全。

因此, 为保障河道行洪及桥梁自身的安全,依据相关法律、法规, 对河道管理范围内建设的大、中型和对防洪有较大影响的小型跨河桥梁建设项目进行防洪影响评价是十分必要的。

目前, 防洪评价报告编制主要是依据《河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则》(试行)进行, 由于编制单位资质及水平不同, 致使编制报告的内容千差万别。

因此, 本文总结近年来的评价经验, 结合乔利河大桥防洪影响评价, 对跨河桥梁防洪影响评价程序、计算评价内容、评价方法及有关问题作进一步探讨, 为今后同类建设项目的防洪影响评价提供参考和借鉴。

1 项目概况1 .1 乔利河大桥概况该项目桥址处于苏博工业园南侧，跨越乔利河，大桥设计洪水标准为 100 年一遇,设计流量1990m3/s,洪水位160.16 m , 平均流速1.20~0.64m/s。

桥梁行洪论证的计算与注意要点摘要：近年来，随着社会经济建设加快发展，涉河工程越来越多，如修建河堤，临河建筑物等，此类项目的行洪论证，只需要分析项目是否满足防洪标准及对上下游的行洪影响，而跨河桥梁的行洪考虑的因素较多，不仅分析项目建成后的行洪影响还要分析桥梁建成后自身是否安全。

本文重点分析桥梁建成后产生的壅水、桥梁冲刷深度、桥面中心最低高程等特性，并分析桥梁行洪论证过程中需要注意的要点。

关键词：桥梁行洪；壅水高度引言桥梁构筑物目前是人类克服自然水体阻隔、扩大人类活动范围的最经济、最有效的方法。

建桥后，桥孔对水流压缩，从桥位上游相当远处水面就开始壅高，在桥前某一断面达到最大壅水高度，壅水河段水位升高，流速降低，河床发生淤积；接近桥孔时，水流急剧收缩而呈“漏斗”状，形成收缩段，收缩段的水流流速变大，对河床产生严重的冲刷；由于水流的分离现象，在桥位上下游两侧又形成回水区，所以建桥后使得桥位河段的水沙运动及河床演变变得非常复杂。

为了建桥后不对两岸河堤、农田、村镇造成威胁，建设大、中型桥梁时，有必要进行拟建对桥梁行洪论证进行分析，以便水利部门采取有效措施对河道堤防保护和管理。

1.壅水计算1.1壅水计算方法涉河桥梁修建后，断面形状、糙率系数及河道底坡沿程都有变化，其水力因素十分复杂。

壅水计算思路为先通过水文分析计算出桥梁下游控制断面的各频率设计洪水位，再以该断面为起算位置，分别推算项目建设前后评价河段各断面的水面线，从而求得该工程建设后对各断面行洪影响的壅水高度。

水面线计算采用天然河道水位沿程变化的伯努利能量方程式：式中：等式左边两项为上断面的势能和动能；z1、z2分别代表下、上断面水位；a为流速分布系数；g 为重力加速度；hf沿程水头损失；hj局部水头损失；v断面平均流速；对于沿程损失项，目前一般采用下述公式求解：式中： R上上断面水力半径，R下下断面水力半径，A上上断面面积，A下下断面面积，Q河道流量，L上下断面间距，n上下断面间河道平均糙率，为局部水头损失系数。

桥梁壅水计算我多次参加桥梁防洪评价评审工作，对桥梁壅水计算使用的经验公式多种多样，究竟哪个合适，评审无所是从。

水利部发布的《洪水影响评价报告编制导则》LS520－2014附录A给出了答案，A.2.2.3 “桥梁等阻水建筑物壅水高度及壅水曲线长度的计算，应参照TB10017和JTG C30进行。

”其中TB10017即《铁路工程水文勘测设计规范》TB10017－99，现将规范的计算公式介绍如下：3.5.1桥前壅水可按下式计算：△ZM =η（22vv M ）（3.5.1）式中：△ZM—桥前最大壅水高度（m）；η—系数，应按表3.5.1的规定取值；v—断面平均流速，为设计流量被全河过水断面（包括边滩和河滩）除得之商（m/s）；Mv—桥下平均流速，应按表3.5.1－2规定计算求得（m/s）。

3.5.2桥下壅水高度可采用桥前最大壅水高度的一半。

对于山区和山前河流，洪水涨落急骤，历时短促，且河床质坚实不易冲刷时，桥下壅水高度可采用桥前最大壅水值。

对于平原洪水涨落很缓慢的河流，且河床质松软，易于造成冲刷时，桥下壅水可不计。

（见下页）表3.5.1－2 桥下平均流速表3.5.1－2中： P —冲刷系数； gxP ωω=g ω—桥下供给过水断面积（m 2），当桥址上、下游有阻水山包或其他挡水建筑物时，桥下供给过水断面积应扣除其影响部分；x ω—桥下需要过水断面积（m 2）； x ω=αcos p Pv Qp v —设计流速（m/s ），对河滩较小、压缩不多的河段，可采用通过设计流量时河槽（包括边滩）的天然平均流速；当河滩很大时，可按经验确定；渠道或运河上的桥，可采用设计渠道或运河的设计流速；p Q —设计流量（m 3/s ）；α—水流方向与桥梁轴线之法线间的夹角（º）。

3.5.3 壅水曲线全长可按下列公式估算： 02I Z L My ∆= 式中： y L —壅水曲线全长（m ）；I—桥址河段天然水面坡度。

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。

涉河桥梁壅水计算经验公式法优缺点分析摘要：桥梁建成后，桥孔对水流压缩，桥址上游水流流速变缓、桥下流速增大，上游水位壅高的同时，桥位河段的水沙运动及河床演变变得非常复杂。

本文旨对现行主流经验公式法的优缺点进行研究，实现壅水计算的规范、准确。

关键词：桥梁壅水；经验公式1、研究背景桥梁构筑物目前是人类克服自然水体阻隔、扩大人类活动范围的最经济、最有效的方法。

但桥梁建设后，桥孔对水流压缩，上游水位壅高。

同时由于桥孔约束水流，桥下流速增大，使原来水流与河床泥沙相对运动平衡状态遭受破坏，桥位河段的水沙运动及河床演变变得非常复杂，导致桥址断面发生一般冲刷和桥墩桥台附近的局部冲刷，影响两岸防洪安全及桥梁自身的设防安全。

因此，需加强涉河桥梁壅水计算方法的理论研究，制定更为规范的计算方法。

2、桥梁壅水经验公式法介绍现行的经验公式法主要分为能量公式、动量公式和试验公式三类。

能量公式是根据能量转化原理或能量守恒定律建立起来的壅水计算公式，是守恒缓变非均匀水流的伯努利方程的应用。

最初的壅水公式就是能量公式推导出的，其中最具有代表性的是道不松（D’Aubuioson）公式。

动量公式是依据动量守恒原理建立起来的，其中具有代表性的是拉笛申科夫公式（1959年）。

试验公式是建立在物理模型试验的基础上得到的经验公式，其中最著名的是Yarnell公式，该式在美国工程界和HEC-2，HEC-RAS及MIKE11等行业软件中获得广泛应用。

3、经验公式法优缺点对比分析桥梁的壅水计算按照解决问题的途径和求解方法可分为经验公式法、数值模拟法和物理模型试验法。

国内外，常用的经验公式主要如下：1、D’Aubuioson公式∆Z=ηVm2-V2式中，∆Z—桥前最大壅水高度，m；η—与河段特征及河滩路堤阻挡流量和设计流量的比值有关的系数；Vm2—桥下平均流速，m/s，为设计流量被全河过水断面除得之商。

公式形式简单，参数容易选择，考虑因素较多，适用于各类河流，阻力系数的η值的取值标准和桥下平均流速计算方法过于粗略，参数取值的随意性和不确定性大，会造成壅水计算结果的不稳定。