南水北调中线工程输水渠道桥梁水头损失影响分析

南水北调中线工程是长距离的跨流域调水工程，总干渠全长约1200km，沿线的公路桥、排洪槽等共764座。在该工程可行性审查及论证中，有专家认为如此多的桥会引起累积9～10m的水头损失而影响工程的设计水位。针对此问题，采用数值模拟的方法进行了一定的分析。通过水力学模型计算，每座桥的水头损失约为0．019m。而全线764座桥引起的累积壅水，在陶岔渠首只有0．44m的水头差。因此多桥引起的累积水头损失，不能简单地用单桥的水头损失进行累加。     

南水北调长距离调水中渠首所需水头的探讨

南水北调中线总干渠全长约1270km，主要由明渠、倒虹吸、隧洞、涵洞和暗渠组成，总计沿线布置各类交叉建筑物1715座，不管是沿程水头损失还是水流经过各建筑物的局部水头损失大小，经统计都相当可观。针对该问题，对沿程糙率和局部水头损失系数的取值大小进行了变更比较。计算表明，各值在一定范围变化时，陶岔渠首的水位受局部水头损失系数取值变化影响很小，主要取决丁沿程糙率的大小。此处给出了渠首水位随糙率变化的过程，并得到渠首水位随糙率的变化拟合公式。且表明各建筑物对水位的影响主要集中住所在位置的局部段。     

南水北调中线干渠桥墩壅水计算公式的选择

南水北调中线工程沿线布置数百座桥梁,桥墩壅水对渠道的过流能力和渠道的水面线具有一定的影响,因此,准确计算桥墩壅水对于水面线的计算和输水渠道的设计具有十分重要的作用。以典型的圆柱型桥墩为研究对象,采用VOF方法对桥墩周围的紊流场进行了数值模拟,并计算了给定水深、流量和桥墩阻水比等条件下桥墩的壅水大小,通过与一维经验公式计算结果的对比,建议选择无坎宽顶堰公式作为桥墩壅水计算公式。最后,在南水北调中线干线一维数值仿真平台上分析了所有桥梁的壅水效应对渠首水位的影响。     

凉水河北京南站段壅水特性数值模拟研究

北京南站改扩建工程跨凉水河桥在200m长河道上共布置桥梁18座,桥梁处于河道弯道处,桥墩的阻水影响加大了水头损失,造成河渠壅水。因此,有必要对扩建工程造成凉水河壅水影响进行评价,探索河道平面形态桥间距等因素对壅水高度的影响规律,确保河流和建设工程的正常运行。本次利用平面二维k-ε双方程紊流模型,结合自由表面模拟技术,采用清华大学CREST模型,考虑凉水河现状、规划情况及桥梁设计要求,选取4个断面,按不同流量对北京南站改扩建工程对凉水河壅水影响进行评价计算。计算结果表明:200m长河道范围内出现了不同程度的壅水,桥梁壅水的累积作用明显,凸岸的壅水高度和壅水影响明显大于凹岸。研究结果对凉水河防洪所采取的措施有实际意义,对北京南站改扩建工程的设计起技术指导作用。     

桥梁阻水水头损失计算方法比较

河道水流经过桥墩时, 由于桥墩的阻碍作用, 将产生一定的水头损失。对于本身水力坡降就不大的平原地区 河道, 桥墩阻水引起的水头损失对河道过水能力的影响是至关重要的。通过对 D cAubuisson 公式、 Yarnell 公式、 Henderson 公式、 铁科院李付军公式和无坎宽顶堰公式等常用桥墩壅水计算公式的分析比较, 结合水工模型试验结 果, 认为 Yarnell 公式、 无坎宽顶堰公式的计算结果可以较好的反映桥墩阻水引起的水头损失。     

堆石拦河坝的改造途径混凝土护面

在黑龙江省绥化市已建成的津河、幸福、永安、兴和、四方台5座自流灌区中，有4座渠首均是在柳条坝基础上形成的堆石坝．这种堆石坝由于造价较低，在平原河道低水头的情况下采用较多。但是，该坝由于进口局部水头损失较大，流量系数较小，抬高坝上水位，在洪峰到来时影响坝的溢流，特别是没有配套泄洪闸的渠首工程，洪峰到来时坝上坝下水位差较大，过坝水流流速大，冲挟块石，破坏坝面。另外堆石坝过冰能力受限．每年春季冰排堆积，堆向下游，动冰压力迫使块石下行，每年用于拦河坝维修的费用很大。四方台拦河坝从1967年建成堆石坝到1976年的…     

桥墩壅水的计算方法比较

桥墩壅水的确定在输水渠道的桥梁设计中至关重要。渠道几何尺寸和糙率、桥墩阻水比、水流Froude数、桥墩形状及布置形式等都会对最大水位壅高和桥墩阻力产乍影响。结合水工模型试验资料，对比检验了不同桥墩壅水高度计算公式。在大流量、缓流情况下，对于阻水比较小的桥墩，Yamell公式比较符合试验资料，可以用于计算壅水高度。     

跨河桥梁通航水流条件数值模拟

沙河(平顶山~漯河)航运工程在漯河市区段推荐线位现有桥梁为15座,其中京广线铁路桥、漯阜铁路桥及范辛铁路桥不满足通航要求,为碍航桥梁。以京广线铁路桥上下游河段为研究对象,采用平面二维水流数学模型,对桥梁附近通航水流条件进行计算分析。在设计水位工况下,通过数值模拟对改建后的桥梁工程通航安全的水流流态进行研究,探讨改建后的工程对通航安全可能造成的影响。计算结果表明,改建后的京广铁路桥在设计洪水位情况下主航道最大流速减少0.6 m/s,桥墩附近各处绕流流速也不同程度的减少,桥梁附近水流条件符合通航标准。     

跨河道大桥防洪影响数学模型的研究与应用

采用集中质量的有限元方法建立数学模型,对天津至保定新建铁路特大桥梁工程对西河河道的防洪影响进行了模拟。在模型中提出了采用单元扣除法来对桥墩进行模化处理。为考察斜跨桥梁桥墩形状和布设方位对水流的阻碍作用和桥墩的局部冲刷深度,在桥墩附近进行加密模型计算。将此模型应用于西河特大桥防洪影响计算,通过分析可知该模型计算结果基本合理,为处理铁路桥及公路桥跨越河道的问题提供一个可行的解决途径。     

平原河道桥墩群阻水壅高试验研究

以南京秦淮新河为参考原型,建立河道桥群概化试验模型,定量研究平原河道桥群阻水叠加效应.试验结果表明:上游水流受桥墩阻水影响,水位壅高明显,壅水高度随桥墩数量的增加而增大,壅高范围随着桥墩数量的增多而延长;对于概化河道(流量1000 m3/s,流速2.5 m/s,阻水率6％),河道中心线最大壅水高度36 cm,壅水范围150 m;在桥梁群上游150 m位置处,6座桥梁组成的桥梁群引起的壅高值为单座桥梁壅高值的1.5倍.研究成果对评估桥梁等涉水建筑物引起的阻水影响具有参考意义.     

南水北调中线工程总干渠水面线研究

南水北调中线工程总干渠设计需要3条特征水面线,即:设计水面线、设计流量水面线、加大流量水面线.合理地确定特征水面线,对于总干渠设计、工程投资及安全运行影响重大.就建立总干渠数字模型的必要性与可能性进行了研究,在数字模型上进行设计流量水面线和加大流量水面线的计算,并就过水建筑物的壅水特性及桥墩、渠道变截面对水面线的影响进行了分析.还就总干渠在运行过程中如糙率、建筑物渐变段水头损失系数发生变化时,可能对水面线的影响作了敏感性分析.     

建桥对河流洲边滩的影响

依据有关桥梁的河工模型试验结果及实测资料,分析了建桥后建桥河段的水流、泥沙的冲淤变化,探讨了建桥对洲边滩的影响.结果表明,建桥后桥址附近河段的水位、流速流向、单宽流量均会发生变化,且距桥址愈近变化愈大;不同桥型对洲边滩的影响不同,对目前多采用的主跨大、边跨墩数多的桥型,建桥后易形成边滩或使原有边滩淤大淤高.     

秦淮河地铁桥物理模型试验研究

秦淮河地铁桥临近秦淮河大桥,主桥墩采用双壁墩形式,由于桥墩壅水与桥墩形状、桥墩尺寸、桥墩布置形式、阻水面积比、河道水流情况等诸多条件有关,而经验公式往往仅考虑其中的几个因素,没有普遍适用性.应用平面比尺为1∶100,垂直比尺为1∶50的变态物理模型试验,研究了地铁秦淮河大桥的桥墩壅水、河道水流流速、水面线、流态等内容.结果表明:河道水面线可分为3段,桥前壅水最大为0.02 m,壅水长度为桥梁上游500 m,墩间流速最大增加0.29 m/s.     

珠江河口地区桥梁阻水效应分析

该文根据珠江河口地区已建桥梁情况,对桥梁建设后的阻水效应进行分析。研究结果表明：在珠江河口地区,桥梁的阻水效应与桥墩阻水比有关,阻水比越大,阻水效应越大;桥梁所在河道断面的流速越大,阻水效应就越大;同时桥梁阻水还存在叠加效应,桥梁间距越小,叠加效应越明显,但当桥梁间距超出一定范围后,其叠加效应将不再明显。     

并线桥墩局部冲刷试验研究

针对并线桥墩在多沙河流上的局部冲刷问题,采用1:100正态模型水槽对桥梁平面正交在不同形状、上下游不同桥梁间距的桥墩布置进行了系列试验研究,对上下游桥墩在不同水流强度、不同桥梁间距条件下的局部冲刷过程进行系统观测和分析。结果表明,桥墩并线时,桥墩周围水流流态较为复杂,受上游墩阻水绕流影响,下游墩周围水流紊动强度减小,流速减弱。当上下游桥墩距离较近时,上下游桥墩局部冲刷坑深度均小于相应单独桥墩,下游桥墩冲深小于上游桥墩冲深,这种差异随桥梁间距的增大而逐步减弱。随着水流强度及桥墩尺度的增大,下游桥墩不受上游桥墩影响的距离相应增大,当流速为2 m/s、墩径为2~8 m时,其影响距离约为350~660 m。     

铁路跨河桥梁工程防洪评价常见问题探讨

针对连淮扬镇高速铁路约200座桥梁工程要考虑防洪评价共性问题,如大量桥墩布置在行洪或排引水渠道内、堤身设计断面布置桥墩、桥轴线法向与水流交角偏大等进行总结并探讨解决措施、提出建议。导致桥墩位置布置不合理的最根本原因是铁路线位的确定过程中水利部门参与不深入,防洪评价专题工作开展滞后,未能在设计时充分考虑堤防安全、河势稳定、行洪通畅等因素。另外,方案设计仅依据已颁布的水利相关规划,未参考正在编制或修编中的重大水利规划是引起防洪安全隐患的另一重要原因。高铁桥墩通常尺度较大,有明显水流控导作用,墩柱与水流交角较大时会引导水流冲刷堤岸,对堤防安全造成直接威胁。分析表明加大桥跨和偏转桥墩是两种潜在的解决方法,但前者增加投资成本,后者受限于当前桥梁设计理论,加大桥跨可能伴随施工困难显然不是最佳解决途径,桥梁设计的"斜桥斜做"理论亟待突破。     

杭州湾跨海大桥海中平台区海床冲刷特性

杭州湾跨海大桥海中平台位于杭州湾大桥中间位置,海中平台下部群桩结构与平台上游各系列匝道墩、大桥主墩形成了复杂的墩群结构,受其影响,海中平台区域海床冲刷较为剧烈。为深入了解海中平台区海床冲刷特性,应用多年实测地形测量资料,对海中平台区的海床地形特征、建桥前后海床冲淤变化规律进行了分析,研究各匝道墩最低冲刷高程分布,并应用数值计算模型分析了海中平台区的水动力分布特征,揭示了匝道墩海床冲刷机理。研究发现,与建桥前相比,海中平台区大桥轴线上游500 m~下游1 000 m范围内海床发生整体一般冲刷,在海中平台南北两侧,受局部绕流影响,产生明显的局部冲刷,最大冲刷达14 m。平台南北两侧向上游延伸的局部冲刷槽影响到平台上游的匝道墩,导致部分匝道墩附近海床高程普遍较低。整体来看,位于桥轴线上游的ZB和ZC系列匝道墩因受到海中平台绕流及主墩绕流的叠加影响,导致其最低海床高程明显低于位于桥轴线下游的ZD和ZE系列匝道墩,各匝道墩最低海床高程与涨潮流流速大小具有一定的相关性。     

潮汐河口多座桥梁行洪影响的分析

该文选用沿水深平均二维水动力方程来计算分析多座桥梁行洪的影响，采用阻力修正的方法模拟桥墩的作用，结果表明，河道中建桥将引起使洪水位壅高，如果近距离有多座桥梁建设时，洪水位壅高必须考虑相互叠加的影响，对于桥梁建设造成的桥墩周围及上下游的水流变化，其本身桥墩对水流流速造成的影响是主要的。     

非均质河床双排桥墩局部冲刷数值模拟研究

精确模拟山区河流非均匀沙质河床桥墩的局部冲刷对桥梁设计和安全运行具有重要的意义。以黑石渡大桥河床床沙特征为背景,采用Flow3D软件开展非均匀沙质河床上双排圆柱形桥墩冲刷三维数值模拟研究。为考虑河床非均匀泥沙的悬移质运动、泥沙挟带、推移质输运等过程,在数值模拟过程中,根据非均匀沙质河床的颗粒分布曲线,对所筛取的各个级配范围内的颗粒采用其对应的中值粒径来表征。模拟得到了双柱排桥墩局部流场结构、河床的冲淤变化和上下游桥墩周围冲刷坑形态。研究表明:受桥墩阻水作用影响,墩前壅水、墩后跌水现象明显。墩周冲刷坑基本贯通整个墩周区域,受上游墩保护作用影响,下游墩冲刷坑的发育深度和规模小于上游墩。将数值模拟结果与试验结果进行了对比分析,二者吻合较好。研究成果可为深入开展非均匀沙质河床桥墩局部冲刷研究提供参考。