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1、第4卷第6期南水北调与水利科技Vol.4No.62006年12月South2to2NorthWaterTransfersandWaterScience&TechnologyDec2006桥墩壅水的计算方法比较王开,傅旭东,王光谦(清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京100084)摘要: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生影响。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,Yarnell公式比较符
2、合试验资料,可以用于计算壅水高度。关键词:桥墩;壅水;缓流;Yarnell公式中图分类号:TV131.4文献标识码:A文章编号:167221683(2006)0620053203ComparisonofExistingBackwaterModelsforBridgePiersinSubcriticalFlowsWANGKai,FUXu2dong,WANGGuang2qian(StateKeyLaboratoryofHydroscienceandEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)Abstract:Bridgep
3、iersinwater2diversionopenchannelswillobstructtheflowandmaycauseanincreaseinwaterlevelsupstreamofthebridgestructure.Thewaterlevelincreasecausedbythepresenceofbridgepiersiscalledbackwater.Themaximumbackwaterisaffectedbytheratiooftheflowareaobstructedbythepierstothetotalflowareadownstreamofthe
4、piers,theFroudenumber,thepiershapeandconfiguration,andthechannelgeometryandfrictionfactor.Thispaperexaminedseveralexistingmodelsforbridgebackwaterthroughusingexperimentaldatafromphysicalmodels.Yarnell'sequationshowsagoodagreementwithexperimentaldata,andcanbeappliedforcalculatingbridgebackwa
5、terinsub2criticalflowswithlargeflowrate.Keyword:Bridgepier;Backwater;Subcriticalflow;Yarnell'sequation式的计算结果往往差别较大。在现阶段,桥梁阻水的可靠成1前言果往往还需要通过模型试验得出。只是模型试验仅针对特定由于桥墩的阻碍和束窄作用,水流经过桥墩时需要克服渠段和桥墩,且水流条件有限,试验成果的推广应用具有一定桥墩施加的阻力,从而在桥墩前形成一定的水位壅高,并损失经验性。对于如南水北调中线总干渠这样桥梁众多的大型输一定的水头。在长距离输水工程和交通工程中,桥墩壅水高水工程,
6、一个可行的方法是用模型试验结果分析不同计算公度的确定对工程防洪设计和水头损失分析等具有重要意式的合理性,将相对合理的公式用于计算全线的桥梁水头损[122]失、分析桥梁对输水能力的影响。义。例如,南水北调中线工程总干渠全长约1270km,受地形高程条件的限制,总可利用水头不到100m,水头十分宝为此,本文以试验资料为基础,比较分析了桥墩壅水高度贵。但总干渠上除了大量的渡槽、倒虹吸、隧洞、暗涵等过水的不同计算公式,比较结果对南水北调等大型输水工程的桥建筑物外,初定的公路、铁路桥梁就有700多座,再加上众多梁水力学计算具有重要参考意义。的生产农用桥,桥墩引起的水头损失可能影响到中线
7、总干渠2桥墩壅水高度的计算方法输水能力,桥梁阻水问题因此也成为南水北调中线工程总干渠水力学问题中的一个迫切问题[325]。对于Froude数较小的明渠缓流,在经过桥墩时形成桥前壅通常而言,桥墩阻水的影响因素复杂,包括上游来流条水、墩间水位降落和桥后水位回升,如图1所示。其中,壅水高度ΔZ即为桥前水位h1与桥后水位h3之差,v1、v2和v3分别为桥件、渠道的几何尺寸及沿程糙率、桥墩形状及布置形式等。前前流速、桥下流速和桥后流速。桥墩引起的水头损失Δh为:人通过大量的试验研究和理论分析,已经取得了丰富成果,
