於孟元 趙忠偉

摘要：利用二維水動(dòng)力模型分析了新安江特大橋建設(shè)后過(guò)水?dāng)嗝娴淖兓?，以及?duì)通航條件和防洪安全的影響。結(jié)果表明，新安江特大橋建設(shè)后100年、20年和10年一遇洪峰經(jīng)過(guò)時(shí)，橋墩阻水面積分別減少5 43%、5.2g%和5.28%。10年一遇洪峰經(jīng)過(guò)時(shí)，橋位處流速約為0.6-0. 8m/s，主航道附近橫向流速不大于0.15m/s，滿(mǎn)足內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)要求。橋位處于新安江河道彎曲河段，洪峰經(jīng)過(guò)時(shí)，左岸（凹岸）迎水側(cè)壅水范圍相對(duì)較大，而右岸（凸岸）水深流急，墩前沖高相對(duì)較大。橋位附近流速變化主要受墩前壅水、繞流和尾流影響，但受富春江庫(kù)區(qū)回水作用，橋位附近壅水和流速變化不大。

關(guān)鍵詞：新安江特大橋;水動(dòng)力;數(shù)值模擬;防洪;通航

中圖分類(lèi)號(hào)：TV651.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-7973（ 2020） 06-0115-03

在河流上建橋，橋墩減小了河流的過(guò)水?dāng)嗝?，?huì)使得橋址上游產(chǎn)生壅水，下游水位會(huì)有所降低，從而導(dǎo)致橋墩附近的流場(chǎng)發(fā)生變化，橋墩附近河床發(fā)生局部沖刷，對(duì)河流的通航和河道防洪產(chǎn)生不利影響[1-4]。如何確定建橋前后橋址附近河流的水動(dòng)力變化的影響，是河道管理部門(mén)和橋梁建設(shè)部門(mén)關(guān)心的問(wèn)題[5]。對(duì)橋址河段進(jìn)行數(shù)值模擬，是解決此類(lèi)問(wèn)題的主要方法之一[6，7]。

1 工程概況

新建金華至建德鐵路工程跨新安江特大橋位于新安江下游河段、三江口（新安江、蘭江和富春江）上游3.5km處。大橋采用混凝土斜拉橋方案，主跨216m，橋址處江面寬約530m，其下游560m為已建的嚴(yán)州大橋（圖1）。

橋址河段處于富春江庫(kù)區(qū)，受到富春江水庫(kù)和新安江水庫(kù)防洪調(diào)度影響，基本喪失天然河道的洪水特征。對(duì)該段河道進(jìn)行防洪影響評(píng)價(jià)和通航安全論證，不僅需要考慮壅水的影響，同時(shí)也需要考慮新安江電站和富春江電站防洪調(diào)度影響。

2 河道二維水動(dòng)力模型

橋址區(qū)河道模型上游邊界截取至上游2公里處，下游截取至梅城水位站，總長(zhǎng)度約為2800m。河道地形采用1：1000水下地形。模型采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，在橋墩處的網(wǎng)格尺寸加密至2—3m，橋墩外圍采用尺寸漸變網(wǎng)格，為減小模型網(wǎng)格尺寸對(duì)模擬結(jié)果的影響，保證不同方案可對(duì)比性，建橋前后網(wǎng)格基本一致，有橋墩方案將無(wú)橋墩方案橋墩尺寸范圍內(nèi)的網(wǎng)格挖除處理。

模型上、下游邊界定義為開(kāi)邊界，上游邊界給定洪水流量過(guò)程，下游邊界給定洪水水位過(guò)程，橋墩和兩岸定義為無(wú)流量邊界。

模型采用2016年11月現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)水位和流量數(shù)據(jù)驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果顯示模型計(jì)算的水位、流速與流向均跟實(shí)測(cè)值吻合較好，認(rèn)為該模型能夠反映工程所在水域的流速動(dòng)力特征，可以用來(lái)預(yù)測(cè)工程建設(shè)后河道的流場(chǎng)。

新安江特大橋處河段屬于山區(qū)lV級(jí)航道，設(shè)計(jì)最高通航水位采用10年一遇洪水重現(xiàn)期水位。準(zhǔn)高速鐵路橋梁采用100年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，工程區(qū)堤防按20年一遇設(shè)防。因此對(duì)百年一遇、20年一遇和10年一遇洪水進(jìn)行模擬計(jì)算，前二者考慮為防洪安全工況，后者為通航安全工況。

3 工程實(shí)施對(duì)河段水流條件影響分析

受橋墩阻水和繞流作用的影響，新安江特大橋建成后橋位附近河段斷面過(guò)水面積減少，造成橋位上游河道水位壅高，對(duì)上游河道防洪造成一定壓力;同時(shí)改變橋位附近流場(chǎng)，對(duì)通航安全造成一定影響。

3.1 阻水面積比計(jì)算

擬建新安江特大橋?qū)⒃谛掳步瓋?nèi)布置5個(gè)涉水橋墩，由于橋墩及承臺(tái)均要占用河道過(guò)水面積，將降低河道行洪能力，并使橋址上、下游高水位發(fā)生變化，進(jìn)而可能會(huì)影響堤防的安全。經(jīng)分析，建橋后產(chǎn)生的過(guò)水面積變化（阻水比）情況見(jiàn)表1。

3.2 建橋?qū)νê桨踩挠绊?/p>

擬建新安江特大橋位于富春江庫(kù)區(qū)，橋位附近流速不大，10年一遇洪峰經(jīng)過(guò)時(shí)橋位附近主航道流速大約在0.6-0.8m/s（圖2）。受橋墩周邊繞流影響，主墩和右岸橋墩附近流速略大。主航道附近橫向流速不大于0.15m/s，右岸橋墩附件橫向流速稍大（深色區(qū)域）。

根據(jù)內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)，假定船隊(duì)長(zhǎng)度為183m，駁船長(zhǎng)度為53m，分別取橋位軸線、上下游一倍駁船、上下游一倍船隊(duì)、上下游兩倍船隊(duì)和三倍船隊(duì)距離斷面，自上游往下游依次編號(hào)A-I斷面，分析主航道中心線（距左岸主墩100m）以及兩側(cè)各25m、50m五個(gè)點(diǎn)位（圖3）的橫向流速，計(jì)算結(jié)果如表2所示。從計(jì)算結(jié)果可以看出，新安江特大橋建設(shè)后主航道附近橫向流速均不大于1.5m/s，滿(mǎn)足內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3 建橋?qū)π泻榈挠绊?/p>

受庫(kù)區(qū)回水影響，擬建新安江特大橋橋墩壅水并不明顯。橋位處于新安江河道彎曲河段，左岸（凹岸）迎水側(cè)壅水范圍較大，而右岸（凸岸）水深流急，墩前沖高較大。100年一遇洪峰經(jīng)過(guò)時(shí)，左岸0.005m壅高范圍超過(guò)150m，靠近右岸橋墩沖高超過(guò)0.1m。20年一遇洪峰經(jīng)過(guò)時(shí)，橋墩壅水較為微弱，靠近右岸橋墩沖高僅在0.05m左右（圖4）。

取橋位處及兩岸上下游各50m、主墩處及上下游各120m、主河槽及上下游各120m，分析建橋前后流速變化，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示。受橋墩繞流影響，橋位處麗岸附近流速略有增加，對(duì)兩岸岸坡具有一定沖刷作用;主墩附近繞流明顯，流速多有增加，對(duì)主墩附近河床造成局部沖刷;受橋墩壅水影響，墩前120m處流速略有降低;受墩后尾水影響，墩后120m范圍內(nèi)流速也略有降低;主河槽同時(shí)受壅水、繞流和尾流影響，變化較為復(fù)雜。

4 結(jié)論

擬建新安江特大橋位于富春江庫(kù)區(qū)，工程實(shí)施后過(guò)水?dāng)嗝鏈p小，對(duì)通航條件和防洪安全造成一定影響。研究建立了新安江特大橋二維水動(dòng)力模型，分析工程建設(shè)前后橋位附近水位和流速變化隋況。結(jié)果顯示，新安江特大橋建設(shè)后100年、20年和10年一遇洪峰經(jīng)過(guò)時(shí)，橋墩阻水面積分別減少5 .43%、5.29%和5.28%。10年一遇洪峰經(jīng)過(guò)時(shí)，主航道附近橫向流速不大于0. 15m/s，滿(mǎn)足通航要求。受富春江庫(kù)區(qū)回水作用，100年一遇洪峰經(jīng)過(guò)時(shí)，墩前0.005m壅水范圍僅為150m，橋位附近壅水和流速變化不大，對(duì)河道行洪影響有限。

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