湖南桥梁防洪评价案例分析

日期: 2019-01-09


      湖南省桥梁防洪评价报告编制单位长沙·湖南华咨工程咨询有限公司案例剖析:某渡假区项目工程拟建的桥梁横跨油田河,桥上部构造为3m×20m预制预应力空心板,下部4组桥墩为盖梁接桩柱式基础,中间2组桥墩落于油田河主河槽内,边墩位于油田河左右岸滩地上,右岸桥梁梁底高程为32.411m,左岸桥梁梁底高程为32.475m,桥台为轻型薄壁桥台接桩基础,桥墩直径1m。所跨河道无通航要求。跨河桥梁占用河道的部分行洪过流面积,对水道的行洪态势可能造成一定程度的影响,因此对该桥梁进行防洪评价分析。 
  1 水文分析计算 
  根据业主提供资料,渡假区按五星级建设标准设计,结合业主要求,本项目防洪标准取城市防洪设计标准50年一遇(P=2%)洪水标准。 
  桥梁所跨的油田河是增江二级支流,长27km,河床比降3.39‰,集雨面积113.1km2。 
  洪水计算采用综合单位线法与推理公式法进行计算作分析比较,两种方法计算的设计洪峰流量相差不超过20%。经比较分析后,采用综合单位线法计算成果,项目区50年一遇洪峰流量为881m3/s。 
  2 壅水分析计算 
  2.1一维网河数学模型 
  一维网河数学模型的基本方程采用圣维南方程组求解,其控制方程为: 
  式中:Q为流量;Z为水位;R为水力半径;u为流速;ql为旁侧入流;n为糙率系数,可用谢才公式计算;BT为包括主河道泄流宽度和仅起调蓄作用的附加宽度;B为过流河宽;A为过水面积;g为重力加速度;x、t为空间和时间坐标。 
  网河节点还应满足下列流量连接条件和动力连接条件: 
  流量连接条件即进出每一节点的流量与该节点内的实际水量的增减率相平衡: 
  式中,Q为节点过流量;i为表示汇集于同一节点的各河道断面的编号;w为节点蓄量。 
  若节点为无蓄量的几何点,则w=0。因此: 
  动力连接条件取为: 
  Zk=Zk+1 k=1,2,3…k -1(3.4) 
  式中,k为节点分支,Z为各分支断面处的水位。 
  方程(3.1)~(3.4)构成一维河网数值计算的数学模型。模型采用较为成熟、工程应用较多的一维河网三级解法求解。用Preissmann四点加权差分格式离散圣维南方程组,该求解方法稳定性好,求解速度快,能适应单一河道及复杂河网的水面线计算。 
  一维模型的研究范围为:上边界取自南昆水梅州水库下游、油田河本项目拟建跨河桥上游约300m处,下边界取至永汉河永汉旧桥。网河概化后,共计4条河段,2个节点,47个计算断面,模拟河道长度约8km,断面平均间距约174m。工程附近河道断面测量数据略。 
  2.2 一维模型参数选取 
  由于计算河段缺乏实测水文资料进行模型率定验证,参照本河段以往计算成果,各断面的糙率大致在0.032左右。 
  2.3壅水计算结果及分析 
  应用上文的计算方法和边界条件,选取桥附近油田河9个测量断面,进行50年一遇工程前、后两种工况的壅水影响计算,统计工程兴建前、后所在河段各断面的水位、流速及其变化值(工程后减工程前)。计算结果见表1。 
  注:表中变化值皆为工程后-工程前,正数表示工程后增加,负数表示减小。 
  由表1可见,在50年一遇设计洪水条件下,工程按照设计方案建成后,桥下游断面4河道左岸滩地进行了填方,断面5和6处为桥所在断面,这些断面的过流面积均较工程前有所减小,导致上游水位有所壅高,上游流速相应略有降低;桥所在断面则因为受过流面积减小较多、局部阻力增大的共同影响,表现为水位有所降低、流速有所增大;对于桥下游河段,河道地形不变,上游来流量不变,故其水位及流速均不变。 
  当P=2%时,工程上游水位壅高最大约0.14m,流速最大降低约0.11m/s,发生在桥上游附近,随着断面与桥距离的增加,水位壅高值逐渐减小,桥断面水位最大降幅约0.06m,流速最大增幅约1.01m/s。 
  从上述模型计算比较分析可见,在兴建工程后,在50年一遇洪水条件下,拟建工程造成的河道行洪水位和流速的改变均较大,需采取适当的防治及补救措施。建议加大桥跨,跨河桥梁设计跨度不得小于70m。 
  3防治及补救措施 
  为验证上述建议,从而进行加大桥跨至70m情况下工程后一维水流计算,计算结果与工程前进行比较,分析该建议的效果。计算结果见表2。 
  可得,跨河桥桥跨增加至70m后,桥梁上游断面7最大壅水为0.07m,对比桥梁下游断面4因河道左岸填方引起的壅水为0.07m,可知此时跨河桥的建设基本不产生壅水,该措施能有效减少桥梁工程建设对油田河行洪的不利影响。 


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