卡口河段桥梁建设对河道行洪的影响以渭河咸阳(2)
2.2.2 计算工况 本文拟定了3种计算工况,其中工况1与工况2仅在疏浚断面形式上有所差别,工况1采用单一断面,而工况2采用复式断面,疏浚量相比工况1也略小。同时计算了在施工过程中的最不利工况,即四桥并存而疏浚工程也未完成时期。
表3 计算工况列表编号工程布置简图工况简介工况1修建新桥同时,拆除原有桥梁,将桥位段按单一断面疏浚,疏浚参数:桥位断面375.6m,按河道自然婆降,河岸坡比1∶3,左岸以大桥桥位为中心上下游各150m、宽约37m范围,右岸以大桥桥位为中心向上游750m、往下游810m、宽约40~200m范围工况2在工况1基础上,将桥位断面定为滩槽分开,滩体高程为377.6m,其他疏浚参数、比降、岸坡比均与设计工况1一致最不利工况--为工况1,2实施过程中的最不利情况,即四桥并存工况
3 结果与分析
3.1 桥位处水力要素变化
图3为不同工况下桥位断面的过水面积、水面宽、断面平均流速等水力要素变化图,由图分析可知,在最不利工况下,新建桥梁产生一定的阻水作用,过水面积、水面宽度减小,断面平均流速增加,且流量越大,工程影响越大,在各水流条件下,侵占断面最大过水面积百分比为11.62%;工况1条件下,修建桥梁及疏浚左右侧滩地后,过水面积、水面宽度增大,断面平均流速大幅减小,在100年一遇洪水下,桥位过水面积增大百分比最大,为69.58%,100年一遇洪水的河宽增大了143 m;工况2条件下,由于疏浚量比工况1小,过水面积、水面宽的增幅、平均流速的减幅相对较小。
综上,从桥位处的水力要素变化来看,卡口河段新建桥梁会威胁河道防洪安全,而配合卡口疏浚工程后各项水力要素都有利于减轻防洪压力。
3.2 水位变化
图4为不同工况下桥位水位变化图,表4为不同工况下水位变化范围统计表,综合分析可知,在最不利工况下,工程修建引起的桥位处水位最大壅高值在300年一遇流量下为0.3 m,水位为386.97 m,100年一遇洪水下为0.25 m,水位为385.71 m,最大壅高值在5 a一遇流量下为0.2 m,水位为382.79 m,3个洪水频率下上游水位增大值大于0.1 m的范围分别在桥位上游540 m,450 m,35 m;工况1下,工程修建引起的工程附近水位降低值在100年一遇流量下为1.25 m,水位为384.21 m,300年一遇洪水下也为1.25 m,水位为385.06 m,最大降低值在5 a一遇流量下为1.10 m,水位为381.49 m,影响范围以100年一遇洪水位最大,水位降低值大于1.0 m范围在桥位上游200~2 200 m;工况2下水位变化趋势与工况1相同,但幅度均有所降低。
综上,从不同工况下桥位水位变化及其范围来看,卡口河段新建桥梁会继续增加该区域的壅水作用,壅水范围可达500 m以上,配合疏浚工程后,河道水位下降,且疏浚强度越大,水位下降幅度越大,有利于河道的防洪安全。
图4 不同工况下桥位水位变化图表4 水位变化范围水位变化范围频率P=0.33%P=1%P=20%桥位上游水位增大值大于0.1m范围/m最不利工况桥位上游水位降低值大于1.0m范围/m工况1280~~2200疏浚区域附近工况2500~~1600疏浚区域附近
4 结 论
(1) 卡口河段新建桥梁会壅高河道水位,威胁防洪安全,在最不利工况下,四桥并存引起桥位处水位最大壅高值为0.2~0.3 m。
(2) 工况1条件下的过水面积大于设计工况2约370 m2,桥位水位降低幅度也相对较大,300年一遇、100年一遇、5 a一遇洪水的桥位水位分别降低0.9 m,0.9 m,0.6 m,其原因在于设计工况1的疏浚量大于设计工况2。
(3) 卡口河段的桥梁建设宜结合适当的疏浚工程,以增加行洪河宽及过水面积,提升河道行洪能力。
河流平面形态宽窄相间,在局部区域由于地质条件或人为活动河宽急剧减小,壅高上游水位,成为河道行洪的卡口河段[1-4]。而该区域由于河宽较窄,也往往是桥梁修建的重要工程部位,桥梁建设更加缩窄卡口河段的行洪断面,威胁河道防洪安全,需要重点关注其影响[5-7]。开展涉水工程对河道行洪的影响研究,一般采用数学模型与河工模型两类方法,随着数值模拟技术的不断成熟,数学模型由于其便利性、经济性被更为广泛的应用[8-10]。由于卡口河段的特性一般表现为平面上的河宽束窄、断面上的形态窄深,因此,能够对河道平面形态准确刻画,对断面面积精确计算的平面二维数学模型成为卡口河段涉水工程防洪影响评估的重要工具[11,12]。本文以渭河咸阳段为例,采用平面二维数学模型,计算了陇海铁路桥改扩建工程不同工程方案在3种洪水频率下对河道行洪的影响,以期为卡口河段的桥梁建设提供技术支撑。
文章来源:《桥梁建设》 网址: http://www.qljszzs.cn/qikandaodu/2021/0525/808.html