南水北调中线工程桥墩壅水特性研究

南水北调中线总干渠沿线设有阻水的槽墩、桥墩1 145座,合理分析槽墩、桥墩的壅水大小,对于准确复核总干渠水面线、分析渠道输水能力具有十分重要的意义。本文利用Flow3D软件模拟了南水北调中线工程中常见的圆柱型桥墩的壅水特性,计算体型包括单排、双排和三排桥墩,桥墩的阻水比为5.0%~7.14%。分析表明,单排桥墩壅水的数值模拟结果与Yarnell修正公式计算结果相近;多排桥墩联合壅水值随桥墩排数的增加而增加。     

南水北调中线工程总干渠水面线研究

南水北调中线工程总干渠设计需要3条特征水面线,即:设计水面线、设计流量水面线、加大流量水面线.合理地确定特征水面线,对于总干渠设计、工程投资及安全运行影响重大.就建立总干渠数字模型的必要性与可能性进行了研究,在数字模型上进行设计流量水面线和加大流量水面线的计算,并就过水建筑物的壅水特性及桥墩、渠道变截面对水面线的影响进行了分析.还就总干渠在运行过程中如糙率、建筑物渐变段水头损失系数发生变化时,可能对水面线的影响作了敏感性分析.     

桥墩壅水的计算方法比较

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乍影响。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，Yamell公式比较符合试验资料，可以用于计算壅水高度。     

南水北调中线总干渠桥墩壅水影响分析

桥梁建设多在天然河道进行,当桥墩阻水面积占河道过水面积的比例较小时,可以不考虑桥墩壅水影响.南水北调干渠经常高水位运行,流速低,纵坡缓,桥梁壅水可能造成上游交叉建筑物输水能力降低以及渠顶超高不足和安全度的降低等问题.现以某跨渠高速公路桥为例,以数值模拟为手段对桥墩的壅水影响进行分析,认为在缓纵坡渠道上桥墩壅水上游影响长度较大,如跨渠桥梁间距过小,可能引起连锁壅水.桥梁设计时应尽量减小桥墩数量并避免斜交.     

桥梁阻水壅高值计算方法分析

跨河桥梁由于在河道内布置桥墩、桥台,缩窄了天然河流行洪断面,造成桥位局部河段水位壅高,对沿河两岸防洪存在不利影响。该文以广河高速公路惠河段跨山区河流的路溪河一桥、二桥为例,采用桥墩阻水壅高计算经验公式与一维水动力数学模型,对桥墩阻水壅高值进行计算分析,并给出了经验公式适用程度的结论。     

城市行洪河道桥群阻水叠加效应量化研究

针对城市行洪河道桥梁群形成的叠加阻水效应问题,以南京市重要行洪通道秦淮河为例,考虑桥墩不过水边界等因素,建立了秦淮河涉水桥梁群的平面二维水流数学模型,对桥群阻水叠加效应进行量化分析。分析结果表明,河道上游水流受桥梁群阻水影响,水位壅高较为明显,壅水高度随桥墩数量的增加而增大。基于计算结果,推导出了桥梁群壅水高度计算公式,并通过滁河六合城区段桥群壅水叠加影响进行了验证,验证结果良好。同时,给出了桥墩在河道两侧及河道中心的位置影响系数值,阐明了桥群壅水叠加机理;所建立的壅水叠加公式较好地反映了河道桥群的阻水叠加效应,为城市河道桥群壅水叠加影响的量化分析研究提供了科学依据。     

河道糙率和桥墩壅水对宽浅河道行洪能力影响的研究

为研究宽浅型河道糙率和桥墩壅水对行洪能力的影响,本研究采用了物理模型试验、数值模拟和经验公式方法分别模拟其水力特性并进行比较分析。通过物理模型试验给出了河道糙率的模拟方法,分别采用4种材料模拟河道护坡:无植被、稀疏植被、稀疏植被中间种植灌木和密集植被。其中,糙率最大的密集植被和糙率最小的无植被护坡条件下各断面水位差均值为0.03 m。结果表明:对于宽浅河道,护坡糙率较大范围的变化对河道行洪能力影响不显著。复杂边界条件和水力条件下桥墩壅水模拟结果表明:二维数学模型比经验公式和一维数学模型能较真实地反映河道边界条件、桥梁长度、桥墩形状对桥墩壅水高度的影响,模拟结果同物理模型试验值较为接近。本研究为宽浅河道安全行洪中糙率评估和桥墩壅水计算提供可靠的参数和依据。     

秦淮河地铁桥物理模型试验研究

秦淮河地铁桥临近秦淮河大桥,主桥墩采用双壁墩形式,由于桥墩壅水与桥墩形状、桥墩尺寸、桥墩布置形式、阻水面积比、河道水流情况等诸多条件有关,而经验公式往往仅考虑其中的几个因素,没有普遍适用性.应用平面比尺为1∶100,垂直比尺为1∶50的变态物理模型试验,研究了地铁秦淮河大桥的桥墩壅水、河道水流流速、水面线、流态等内容.结果表明:河道水面线可分为3段,桥前壅水最大为0.02 m,壅水长度为桥梁上游500 m,墩间流速最大增加0.29 m/s.     

Hec－2方法在桥涵壅水水面线计算中的应用

Ｈｅｃ－２方法在桥涵壅水水面线计算中的应用赵渭军（浙江省河口海岸研究所）一、前言以往计算桥涵等壅水水面线大多简单地采用一个包括桥涵阻力和河床阻力的综合阻力系数来估算桥墩阻水引起的壅水水面线，这样不仅未揭示桥涵阻水的内在机理，而且计算的壅水水面线往往与...     

正江码头对河道壅水影响计算

河道内建筑物(例如码头、桥梁和拦河坝等)对河道行洪影响的评价其中一项主要任务是壅水计算,壅水计算有多种方法,该文根据码头工程实例采用水面线计算方法,通过对比码头建成前后河道洪水水面线的变化计算码头的壅水高度,评价码头对河道行洪的影响程度。     

非均质河床双排桥墩局部冲刷数值模拟研究

精确模拟山区河流非均匀沙质河床桥墩的局部冲刷对桥梁设计和安全运行具有重要的意义。以黑石渡大桥河床床沙特征为背景,采用Flow3D软件开展非均匀沙质河床上双排圆柱形桥墩冲刷三维数值模拟研究。为考虑河床非均匀泥沙的悬移质运动、泥沙挟带、推移质输运等过程,在数值模拟过程中,根据非均匀沙质河床的颗粒分布曲线,对所筛取的各个级配范围内的颗粒采用其对应的中值粒径来表征。模拟得到了双柱排桥墩局部流场结构、河床的冲淤变化和上下游桥墩周围冲刷坑形态。研究表明:受桥墩阻水作用影响,墩前壅水、墩后跌水现象明显。墩周冲刷坑基本贯通整个墩周区域,受上游墩保护作用影响,下游墩冲刷坑的发育深度和规模小于上游墩。将数值模拟结果与试验结果进行了对比分析,二者吻合较好。研究成果可为深入开展非均匀沙质河床桥墩局部冲刷研究提供参考。     

桩墩影响下的水动力数值模拟

建立平面二维数值水槽模型,将桩墩作为不透水边界处理,利用三角形加密网格精确模拟桩墩形状,计算分析缓流河道中单排桩墩影响下水位和流速的变化,并探讨了方墩与圆墩对水流变化的影响差异以及糙率与紊动黏性系数对壅水数值的敏感性。研究结果表明:①桩墩引起的水流变化沿纵、横向呈现出不同的分布形式,沿横向呈波状分布。墩身上游主要表现为水位壅高,流速减小;墩身下游则表现为水位跌落,流速在墩间区域增加,而在墩后区域减小。②方墩对水流变化的影响比圆墩大;上游壅水随糙率变化较小,但对紊动黏性系数的变化较为敏感。     

基于改进节点虚流量法的渠道工程施工期渗流场分析

利用求解有自由面渗流的改进节点虚流量法,对大型渠道工程施工期渗流场进行三维有限元模拟,得到不同条件下渠道渗流场的水头分布、浸润线、抽水量以及水力坡降。对施工期不同的降排水方案进行分析和评价,并在控制降水井水位的情况下对各方案进行分析,给出各方案下降水井抽水水位与渠底地下水位和单井抽水量的关系。结果表明,改进节点虚流量法能较好地模拟渠道渗流,可较为准确地判定方案是否满足工程实际要求,为实际工程提供理论和技术支撑。     

试验场地下水流的数值模拟

为研究某市建的试验场是否对周边地下水量造成影响,采用伽辽金有限单元法,建立试验场浅层地下水水流模型,使用Fortran语言对所建立模型进行编程,并对试验场地下水进行了数值模拟.本次计算共分为十二个阶段,每个阶段的时间步长为30 d.计算结果表明:在模型的识别阶段和验证阶段,所有观测孔水头的计算值与观测值,在各时段拟合相对误差率分别为66.28％和88.53％,所建模型基本可用于试验场地下水水流计算.周边地下水水位增加94.08 mm,试验工程建成后会对周边地区造成影响.     

坝垛工程根石走失数值模拟

为研究水流作用下坝垛根石的走失,基于Flow-3D软件中GMO模型和RNG k-ε紊流模型建立了根石走失特性研究的数值模型。进行了水流作用于立方块体的数值水槽试验,将水流对立方块体作用力的数值模拟值与公式计算值进行对比,发现两者基本一致,说明数值模型可用。随后对某一实际坝垛工程进行了根石走失的数值模拟计算,计算结果表明:坝垛周围根石走失最严重的区域为坝前头,上跨角次之,坝前头处根石起动的时间最早,拖曳力上升最快,走失的距离最远;上跨角靠近坝前头处的部分根石走失时间早,程度严重,靠近迎水面处根石走失时间较晚,在水流流速进一步加大时逐渐走失;迎水面与下跨角处的根石受水流作用力较小,基本无走失现象。根石走失后并未随水流持续运动,大部分根石散落在坝裆间。     

大型输水渠跨渠桥梁墩柱导流罩及现场试验研究

为解决南水北调中线工程在加大流量输水期间出现跨渠桥梁密集段水位壅高、影响工程输水能力问题，选 取双洎河倒虹吸-梅河倒虹吸约 13.233?km 渠段为输水试验段，以试验段内 5 座典型桥梁为试点，运用流体力学理 论进行流线型导流罩基础体型与结构设计并对设计方案进行比选优化，运用数值模拟及原型观测试验研究方法 进行桥梁墩柱导流罩应用效果研究。通过原型观测试验，分析验证 5 座桥梁加装导流罩后试验段的流态及过流 能力。结果表明：5 座桥梁安装导流罩后，桥梁墩柱附近流态显著改善，试验段水头损失减少 64.4%，综合糙率减 少 8.0%，试验段内过流能力提高 8.71%。研究成果可为长距离明渠输水工程中已建桥梁墩柱加装导流罩体型设 计以及附近流态原型观测方法提供参考与技术支撑。     

南水北调中线工程输水渠道桥梁影响分析

采用堰流公式对南水北调中线总干渠中的大量桥梁对渠首水位和水头损失的影响进行模拟计算和分析。计算结果表明,桥梁对渠首水位的影响不能用每座桥梁的水头损失进行简单叠加;在采用阻水能力较小的半圆头尾型桥墩时,设计和加大流量下由764座桥梁引起的渠首水位增加分别仅为0.194 m和0.238 m。通过对所有桥梁水头损失的计算比较发现,不同的桥墩形状造成的总水头损失相差较大,选用流线型、水流易于通过的桥墩形状可以节约相当部分的水头。     

堤防决口封堵的水力学特性

堤防决口抢险需以水流水力学特性为依据,封堵方法亦直接影响其封堵效率。首先对决口水流遇障碍物的洪水演进过程进行模拟,将水深计算结果与Biscarini等的试验数据进行对比,结果吻合较好,验证了数值模型的可靠性、准确性。以上饶市某一河道为例,基于FLOW-3D软件建立了堤防决口水流模拟的三维数值模型,对立堵法、平堵法封堵决口进行数值模拟,得到封堵过程中决口附近水位场和流速场分布规律。数值模拟结果显示:该堤防决口进口附近立堵法、平堵法块石前水位壅高明显,流速增大,最大水深分布在决口靠右位置,最大流速分布在决口靠左位置。根据决口附近流速分布规律,封堵时建议先对左侧决口堤脚进行裹头处理,而后可考虑采用大粒径块石单体抛投以降低流速,再采取群体抛投方式进占合龙。所用模拟方法和数值模型可为堤防抢险及制定堤防决口封堵方案提供参考。     

深水航道工程对长江口流场的影响

该文建立了一个长江口二维流场数值模型,分别对深水航道工程实施前后长江口流场进行计算,计算结果显示深水航道工程对长江口影响区域主要集中在北槽及工程施工地点附近,而对距离较远的测站影响小。通过对各测站水位、流速和断面潮量变化的分析,表明工程对长江口水位的影响较小而对流速和南北槽进口断面潮量的影响较大。