复式河道的桥梁壅水计算

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1、复式河道的桥梁壅水计算摘要：本文应用复式河道的桥梁壅水实验资料对拱桥法进行了验证,发现拱桥法计算值往往过高。提出了可用于复式河道的边滩等价河宽的概念和计算方法,并与实测资料进行了对比。关键词：复式河道桥梁壅水.L.编辑。1前言　　所谓复式河道是指有河漫滩的河道，在洪水期，河漫滩将会被淹没。由于主槽和滩地有不同的水深和糙率，水位流量关系将和单道有所不同。当水流漫滩时，由于主槽水流与滩地水流的相互作用，断面过水能力通常会降低。特别是水流刚刚漫滩时，由于断面形状的突变，加上滩地糙率一般与主槽不一样，使估算过水能力变得非常困难。然而正确的估计给定

2、水位下的流量以及已知流量如何确定水位等问题对于洪水预报、防洪规划又是必不可少的。为了系统地研究复式河道的水力学问题，增进合作、交流、避免重复研究，由英国科学与工程研究委员会资助，在英国瓦灵弗水力学研究所（HydraulicsResearchLimitedsoNormalstyle="TEXT-ALIGN:center"align=center>图1水槽平面示意图Planesketchoftheflume图2模型桥梁尺寸(单位mm)Dimensionsofthemodelbridges　　实验是在英国伯明翰大学的水槽上进行的，图1为水槽平面

3、布置示意图。水槽长22m，宽1.213m，深4.4m。水槽上用PVC材料做成了一个复杂河道，主槽宽398mm，河漫滩宽407.3mm，主槽深50mm，水槽底坡为2.024‰。水槽设有两个水循环系统，一个循环管道用文丘里流量计测流量，另一个用电磁流量计测量。对于一个给定流量，通常把流量按一定分配规则分为一大一小两部分，大的一部分用文丘里流量计所在管道进行粗调，剩余部分用电磁流量计所在管道精调。实验前，先用进水管放水进入循环系统，然后开启两套循环系统，使水流开始流动，最后调整尾门使水流在水槽中为均匀流。实验过程中，如发现循环系统水量过多，可通

4、过尾水池的排水管放出一定水，使尾水闸出流不为淹没出流。水槽实验一直是研究水力学的基本手段。由于天然河道断面形状的不规则性以及量测的困难性，所以不适合研究水力学的基本规律。水槽的边壁一般是均匀光滑的，使得水槽中糙率的调整比较困难。用三角形的铁丝网架在水槽上，并通过调整铁丝网架的间距λ来实现不同的糙率值是一种经济实用的方法。很明显，糙率由水位和铁丝网间距λ决定，必须通过实验来率定这种函数关系。桥梁的形状如图2所示，有半圆拱桥，双孔半圆拱桥和椭圆拱桥，桥梁放置在编号为59＃的断面上，此断面距主槽进口7m。共有三种不同的糙率组合情况，分别为　　第

5、一种情况：光滑边界　　第二种情况：主槽光滑、边滩上λ1=500mm　　第三种情况：主槽λ2=2000mm，边滩λ1=500mm　　对于每一种糙率情况，进行了几个流量、测量出桥梁上下游的水位差。实验结果列于表1中。3拱桥法的验证　　拱桥法(ArchMethod)由英国瓦灵弗水力学研究实验室1985年提出[2]。拱桥法建立在动量守恒定理和水流连续性方程基础之上，导出如下关系式式中下标3表示桥梁下游断面，CD为桥梁阻力系数，J3为桥梁下游堵塞率,dh为壅水高度，h3为下游水深，Fr3为下游弗汝德数。　　最后用实验数据建立了桥梁壅水高度和下游弗汝

6、德数和下游堵塞率的关系，从而可由下游水力要素计算桥梁壅水。应用拱桥法计算的壅水和实测壅水的对比如表1所示。由表1可以看出，拱桥法往往过高估计桥梁壅水。表1拱桥法验证表Validatetableofarchmethod糙率情况流量(m3/s)单孔拱桥双孔拱桥椭圆拱桥实测计算实测计算实测计算0.02129.72734.03230.1270.02438.64342.35137.84310.02744.86450.37145.6640.03050.27457.37451.7740.03559.87969.57962.9790.01816.6251

7、9.92916.3250.02117.83121.83517.8310.02417.53722.94117.83720.03019.64526.25719.8450.03521.86231.27323.7620.04022.27138.68132.1730.04523.98050.99344.4850.05027.68271.510869.21020.0156.9157.9176.7150.0187.9199.6208.0190.0219.42413.12911.02430.02410.42913.33311.7290.02711.433

8、16.03814.5340.03013.13820.44418.6400.03515.94332.65531.4524边滩等价河宽　　桥梁壅水是以通过桥洞时，由于上游的流线收缩以及下游的流线扩