◎賴宇寧 深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司

現(xiàn)有的研究及常用的經(jīng)驗公式大多是針對單一橋梁的，對于同一河段上修建兩座及多座橋梁引起的水位壅高聯(lián)合影響研究的并不多。

本次以深圳市茅洲河新建跨河橋為例，針對新建橋梁上游有兩座現(xiàn)狀橋梁組合而成的橋梁群壅水計算，通過常用的經(jīng)驗公式和MIKE一維模型分別計算及對比，初步得出在實際工作中橋梁群壅水計算方式和計算過程中的一些啟發(fā)。

1.案例簡介

本次案例涉及深圳市茅洲河，擬新建一座跨河橋梁（以下簡稱橋梁A），采用三跨過河的方式跨越茅洲河。同時，橋梁A上游1km范圍內(nèi)有兩座現(xiàn)狀橋梁B和C，且現(xiàn)狀橋梁均在河道行洪斷面內(nèi)設(shè)有橋墩。由于橋梁A建設(shè)方案涉及河道管理范圍，需對其進(jìn)行防洪評估分析。在防洪評價水文計算章節(jié)，應(yīng)重點對橋梁A建設(shè)前后對河道行洪影響進(jìn)行分析計算。本次案例的特點是，橋梁壅水計算應(yīng)將現(xiàn)狀橋梁一并考慮，進(jìn)行橋梁群的壅水疊加影響分析。

2.河道概況

茅洲河干流流經(jīng)深圳市與東莞市的接壤處，該河道天然水系發(fā)源于石巖水庫上游——羊臺山，流經(jīng)石巖、光明、公明、長安（屬東莞市）、沙井等街道轄區(qū)，流域總面積為343.52km，其中深圳境內(nèi)面積266.14km，石巖水庫壩下至珠江口，干流全長31.29km，河床平均比降0.71‰。

橋梁A所涉河段河底寬約40m，上口約寬75m，為梯形復(fù)式斷面，河底高程約4.4m，左岸堤頂高程約為12.39m，右岸堤頂高程約為11.78m，百年一遇洪水位10.06m。目前該河段綜合整治工程已建設(shè)完成。

圖1 茅洲河流域水系圖

3.設(shè)計方案

橋梁A采用三跨過河，分兩幅，全長85m，跨徑布置為25+25+25m，橋梁寬48m。河道管理范圍內(nèi)有四排樁，其中兩排樁位于河道行洪斷面內(nèi)，每排樁有八個橋墩。

4.防治補救措施

對橋臺臨水側(cè)岸坡進(jìn)行拓寬改造，橋墩占用河道過流斷面15.72m，補償過流斷面40.74m，拓寬范圍為橋梁上下游50米范圍，河底鋪砌漿砌石片以減少沖刷。

5.項目上下游現(xiàn)有工程情況

現(xiàn)狀橋梁B位于橋梁A上游約128m，4跨過河，單跨寬16m，總跨64m，橋?qū)?m，頂板高程10.77m。

現(xiàn)狀橋梁C位于橋梁A上游約574m，4跨過河，單跨寬16m，總跨64m，橋?qū)?.2m，頂板高程11.55m。

6.項目建設(shè)對河道行洪影響

6.1 計算標(biāo)準(zhǔn)

橋梁A工程未改變片區(qū)匯水，因此本次計算直接引用《河道綜合整治工程初步設(shè)計》中的洪水計算成果，防洪標(biāo)準(zhǔn)采用100年一遇，設(shè)計洪水成果見表1。

表1 A橋斷面設(shè)計洪水成果表

6.2 壅水分析

根據(jù)跨河橋梁工程特性，本次采用經(jīng)驗公式法及MIKE11建模方法，計算橋梁A運行期在設(shè)計洪水條件下的壅水高度和壅水距離。

6.2.1 計算方法

（1）經(jīng)驗公式法。

1）橋前壅水。

橋前最大壅水高度可采用以下公式計算：

式中：

ΔZ－橋前最大壅水高度（m）；

Q－天然狀態(tài)下橋下通過的設(shè)計流量（m/s）；

ω－橋下過水面積（m）；

V－橋下平均流速（m/s），

Q－設(shè)計流量（m/s）；

ω－橋下凈過水面積（m）；

圖2 橋梁平面圖

圖3 橋梁與河道立面關(guān)系圖

K－考慮沖刷引入的流速折減系數(shù)，反應(yīng)橋下流速隨河床沖刷斷面增大而減小的系數(shù)；K=1。

2）壅水曲線長度。

根據(jù)水力學(xué)明渠恒定流水面曲線長度的分段求和法計算，計算公式為：

式中：

L——壅水曲線長度；

I——水面比降；

其余符號意義同前。

（2）MIKE11一維模型。

圖4 建橋前水面線結(jié)果

圖5 建橋后水面線結(jié)果

表4 A橋橋位處壅水計算成果表

本次計算采用丹麥丹華水利環(huán)境技術(shù)有限公司（DHI）的MIKE11軟件，通過水動力數(shù)學(xué)模型推求不同流量下的水面線。

MIKE 11 HD是一維水動力模型，主要用于洪水預(yù)報及調(diào)度措施，河渠、灌溉系統(tǒng)的設(shè)計調(diào)度及河口的風(fēng)暴潮的研究。該模型是基于圣維南方程組，方程組用6點Abbott隱式有限差分法離散，用追趕法求解。計算網(wǎng)格采用交叉網(wǎng)格方式（交替水位點和流量點）。

6.2.2 計算結(jié)果

本次計算僅考慮運行期工況（不考慮河道拓寬補償措施），計算結(jié)果見表2、表3。

表2 A橋橋位處壅水計算成果表（經(jīng)驗公式法）

表3 A橋橋位處壅水計算成果表（MIKE11模型計算）

本次一維建模將橋梁A、B和C一并考慮，為保障模型穩(wěn)定運行，將橋梁采用箱涵疊加過水堰的形式進(jìn)行概化。

根據(jù)計算結(jié)果，取最不利情況，當(dāng)河道過洪峰流量526m/s時，A橋上游河道水位由建橋前的10.06m壅高至10.133m。同時，經(jīng)MIKE模擬補償措施實施后，壅水情況得以改善，對河道行洪幾乎不會產(chǎn)生不利影響。

6.3 分析對比

在本次案例中，常用的壅水計算經(jīng)驗公式未體現(xiàn)橋梁群的壅水疊加因素，其計算結(jié)果僅作為一個參考，MIKE模擬計算結(jié)果相比于經(jīng)驗公式計算結(jié)果更為合理。

7.結(jié)論與建議

本次案例通過常用的經(jīng)驗公式及MIKE一維模型等方式對新建橋梁壅水情況進(jìn)行計算分析和對比，由于新建橋梁上游有兩座現(xiàn)狀橋梁，三橋疊加產(chǎn)生的壅水影響是防洪評價計算中應(yīng)該考慮的重要問題。

從上述分析對比可以看出，在涉及橋梁群的壅水計算中，MIKE模型模擬方式有一定的優(yōu)勢。鑒于MIKE一維模型穩(wěn)定性等方面的考慮，本次案例經(jīng)過多次多種方式調(diào)試模型發(fā)現(xiàn)，上邊界采用流量關(guān)系曲線優(yōu)于定值流量，以箱涵組合過水堰的方式概化橋梁優(yōu)于直接采用橋梁斷面法。

上述結(jié)論以期為后續(xù)相關(guān)案例提供一定的參考意義。此外MIKE21在平面二維自由表面流數(shù)值模擬方面具有強大的功能，軟件自帶構(gòu)筑物選項，可以實現(xiàn)簡單橋墩結(jié)構(gòu)的模擬。但MIKE二維建模需有精度較高的地形數(shù)據(jù)，建議有條件的情況下可進(jìn)一步采用MIKE二維模擬，對計算結(jié)果與實際貼合程度有一定的提高。