复式河道的桥梁壅水计算(1)程力学毕业论文(2)

3 拱桥法的验证

　　拱桥法(arch method)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，c_d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validate table of arch method

4 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散都会引起水头损失，这些损失加上桥梁的摩擦损失就是总的水头损失。摩擦损失用水流速度，或fr反映，收缩和扩散损失用阻塞率来反映。然而由于复式河道的水流结构与单一河道并不一样，主槽流速比滩地大，从而使流线密集于主槽，有利于水流通过桥梁，所以传统方法不适用于复式河道，会过高地估计壅水高度。由于传统方法如拱桥法、美国公路局法(usbpr)等以得到广泛应用，并以很多商业软件（如isis）所使用，如果能对这些方法加以修正，自然是很经济的解决方案。

　　通过计算发现在光滑情况（糙率情况1）下，由于糙率为0.01，流速过大，等价河宽并不存在。而在其他情况下等价河宽与等流速河宽大至成比例。边滩等流速河宽是指：把边滩流量除以主槽的流速和水深所得的河宽(b_ev),Ъ扑闶轿

b_ev=b_fv_fh_f/v_ch_c

如果b_ea用来表示边滩等价河宽，则b_ea可表示为

b_ea=kb_ev

根据目前的资料情况，k可取0.5。图3是用等价河宽计算的壅水高验证图。从图中可以看出等价河宽法与实测值较为吻合，而且方法简单、实用，可用于复式河道的桥梁壅水计算。

5 小结

　　桥梁壅水的危害，在大流量高水位的洪水时尤为突出，而天然河道在洪水期间，一般水流漫上了河滩，过流断面为复式断面，而桥梁壅水的公式多是在单一河道中建立的，目前对复式断面的桥梁壅水问题的研究还不多见。应用实验资料对拱桥法进行了验证，发现拱桥法往往过高估计桥梁壅水。提出了计算复式河道桥梁壅水的边滩等价河宽的概念和计算方法，计算出的桥梁壅水与实验数据吻合良好。

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