桥梁防洪评价壅水计算方法浅析

［中图分类号］V412.3+3
［文献标识码］C
［文章编号］1004-7042（2010）11-0009-02
1 问题的提出 根据《中华人民共和国防洪法》等有关规定，跨河
道修建桥梁等建筑物时，应就洪水对建设项目可能产 生的影响和建设项目对防洪可能产生的影响作出评 价，编制防洪评价报告，提出防御措施。按照《河道管 理规范内建设项目防洪评价报告编制导则 （试行）》， 防洪评价报告包括六大内容，其中作为防洪评价报告 重要组成部分的防洪评价计算，主要包括水文分析计 算、壅水分析计算、冲刷和淤积分析计算、河势影响分 析计算等内容。根据目前山西省编制的防洪评价报告 来看，大部分防洪评价计算都有较成熟和统一的计算 方法，但桥梁的壅水分析计算方法种类繁多，计算结 果差距较大，因此有必要提出较为合理的壅水计算方 法。常用的壅水计算公式主要有水面曲线公式、无底 坎宽顶堰公式和公路桥涵设计手册《桥位设计》中的 两个壅水计算公式，下面着重分析上述四种方法的优 缺点和适用条件。 2 壅水计算作用
通过对河道内修建桥梁前后的水面曲线分析，计 算出建桥后最大壅水高度、壅水位置和壅水长度，由 此不仅可以复核桥梁的建设高度和两岸堤防的高度 是否满足行洪要求，还可分析得出建桥后对防汛抢险 和桥址河段上下游其他河道及建筑物的影响程度，在 此基础上提出相应的防治和补救措施，作出防洪综合 评价。 3 壅水计算方法比较
Z1
+
α21 +gv12=Z2
+
α2 +v22 2g
+hf +hj .
（1）
式中：Z1，Z2— ——上下游断面的水位，m； v1，v2—— —上下游断面的流速，m/s； α1，α2 — ——上下游断面的动能修正系数； hf，hj— ——沿程水头损失和局部水头损失，m。
一般河道均为缓流，水面曲线应从下游向上游通 过试算推求。为了分析建桥后的壅水情况，天然河道 水面曲线计算分段时，除按公式应用要求确定计算断 面外，还必须将桥址处和初估最大壅水高度位置作为 计算断面。对于建桥后桥梁的壅水计算，常用的公式 有以下四种： 3.1 水面曲线公式
（4）
σ— ——淹没系数；
m— ——流量系数；
b— ——桥净长度，m；
H0— ——上游流速水头，m。 根据上游流速水头和上游断面即可计算出上游
水深，得出壅水高度。该方法的优点是计算简单，缺点
是必须满足使用条件，即桥宽与上游水深的比值必须
在 0.67～2.5 之间；壅水位置在 3～5 倍的上游水深之
间，但具体位置难以确定，一般仅用于矩形断面，而不
计算公式仍采用式（1），通过对建桥前后水位的 比较可得出壅水高度，但需考虑因桥梁阻水产生的局 部水头损失。在实际计算中，采用该方法的优点是：该 公式作为水力学水面曲线计算中的基本公式，在各行 业中得到普遍应用，特别是在河道规划等计算精度要 求不高的工程中，计算过程较为简便。缺点是：局部水 头损失较难确定，如桥墩长宽比不等于 4 时，局部水 头损失系数无明确取值，另外河槽内新建桥墩对原过 水面积的减小、桥下回流区域产生的无效过水面积与 湿周、桥墩方向与水流方向夹角不同等因素也会影响 局部水头损失系数的取值，但这些因素在该公式中得 不到直接体现，虽然上述部分参数可参照《桥梁水力 学》等资料中的有关公式确定，但计算过程较为繁琐。
山西水利
防灾减灾·2010 年第 11 期
桥梁防洪评价壅水计算方法浅析
李江海
（吕梁市横泉水库建设管理局，山西 吕梁市 033000）
［摘要］阐述了防洪评价中壅水计算的作用，针对目前防洪评价壅水计算方法不统一、计算结果差距较大的情
况，通过对常用公式的优缺点分析，提出了各公式的适用条件。
［关键词］防洪评价；壅水计算；精度；桥梁
壅水高度可根据该规范按下述方法确定：一般采用最 少与实际情况有所不同，因此，对于所在河段有重要
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大壅水高度的 1/2；当河床坚实不易冲刷时，可采用桥 防洪任务或对河势稳定可能产生较大影响的桥梁，在
前最大壅水高度值；当河床松软易冲刷时，桥下壅水 采用上述公式进行防洪评价壅水分析时还应通过数
高度可以不计。壅水曲线全长采用公式：L=2Δz/I，其中 I 为水面比降，对于壅水曲线计算精度要求较高的工 程，应以最大壅水高度为控制断面，根据式（1）采用从
式中：Δz— ——桥前最大壅水高度，m；
参数较多，一般难以满足，故防洪评价计算中要慎用；
K— ——壅水系数；
对于矩形过水断面的小桥涵可采用式（2）；对于资料
V軍0M2 — ——天然状态下桥下平均流速，m/s； V軍M2 — ——桥下平均流速，m/s。
比较齐全的工程可采用式（3）；对于资料不全、精度要 求不是很高的工程可采用式（4）。上述桥梁壅水计算 公式主要适用于缓坡河道，陡坡河道一般不会出现很
市区的防洪工程建设。
作。 四是建立一支河道专业管理队伍，平时对河道进
4.5 落实非工程防洪措施
行日常维护、管理和保护，汛期可进行抢险作战。
由于财力、物力所限，使所有的防洪工程达到较 高的防洪标准一时难以实现，所以采取非工程防洪措
［作者简介］闫志菊（1964-），女，1984 年毕业于山西省水 利学校农田水利专业，工程师。
（上接第 8 页）后把商业开发与城市防洪治理有机结 合起来，依据防洪工程建成后会提升土地价值的市场
最行之有效的措施。一是要编制城市防洪预案，落实 各项责任制；二是加强与气象、水文部门的联系，为防
要素，采取“以地抵资”“招商引资”的方式从市场上多 汛决策提供技术支持；三是建立统一的城市防汛指挥
方筹资，按照防洪规划中分期实施的目标，逐步启动 机构，统一指挥调度全市的防洪、清障和救灾等项工
施来预防或减轻洪灾损失，是目前解决市区防汛问题
［收稿日期］2010-08-29；［修回日期］2010-09-26
10 山西水利
学模型计算或物理模型试验复核计算结果。
［作者简介］李江海（1969-），男，1991 年毕业于太原工业 大学农田水利工程专业，高级工程师。
下游向上游推求水面曲线的方法确定壅水曲线。
［收稿日期］2010-09-18；［修回日期］2010-10-24
軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍軍
9 2010 年 11 月
防灾减灾
SHANXI WATER RESOURCES
3.2 无底坎宽顶堰公式 无底坎宽顶堰公式计算公式为：
3/2
Q=σmb姨2g H0 . 式中：Q— ——过桥流量，m3/s；
（2）
3.4 《桥位设计》公式之二 Δz=η（V軍M2 -V軍02） .
式中：Δz—— —桥前最大壅水高度，m； η—— —系数；
规则的天然河床断面计算相当复杂。所以式（2）多用
于影响不大且过水断面为矩形的小桥涵壅水计算。
3.3 《桥位设计》公式之一
Δz=
K 2g
（V軍M2
-V軍0M2）.
（3）
V軍M2 — ——桥下平均流速，m/s； V軍02 — ——断面平均流速，m/s。 该计算方法的优点是：需要的已知参数较少，计 算过程简单；缺点是计算精度不高。虽然该计算方法 的精度不太高，但完全能够满足一般工程的要求，因 此该公式在防洪评价的壅水计算中应用较多。 4 结语 通过对以上四种壅水计算公式的分析可知：在推 求整个河道水面曲线计算中，对最高壅水位与桥墩的 准确距离等要求不是很高，所以部分因素可以忽略， 此时采用水面曲线计算公式较为简单，但对于防洪评 价中的桥梁壅水计算，精度要求相对较高，若采用该 公式进行计算，不仅计算过程复杂，而且要求的计算
该计算方法的优点是：考虑到河道水流方向、桥 墩阻水、河床粒径等影响因素，计算精度较高；缺点是
长的壅水，主要应考虑桥墩的水流冲击高度。由于桥 梁实际水流非常复杂，目前壅水计算中有的公式是对
需要的参数多，计算复杂。最大壅水高度可采用该规 许多影响水流的因素进行了简化甚至予以忽略，大多
范中最大壅水高度至桥轴线的距离公式来确定。桥下 属于理论与经验相结合的公式，使得计算结果或多或
为计算建桥后河道的壅水情况，首先需计算建桥 前的天然河道水面曲线，以便与建桥后的水面曲线进 行比较，确定壅水高度。关于建桥前的天然河道水面 曲线计算，在各类防洪评价报告中方法较为统一，即
对于比较顺直的河道采用明渠均匀流公式，而绝大多 数天然河道由于形状不规则，且调蓄作用不明显，一 般采用下列恒定流水面曲线公式进行计算：