大桥防洪评价

推算工程阻水引起的水位壅高变化和壅水长度，目前采用的方法主要有水面曲线法和经验公式法。本次采用水面曲线法和两种经验公式法（湖南省常用经验公式）推求桥墩的阻水影响。 4.2.2.1 水面曲线法

天然河道兴建阻水建筑物后，除引起行洪断面面积的减小外，还会由于阻水建筑物造成水流边界形状的突然改变，使边界层发生离体并产生漩涡，消耗机械能，其水面曲线基本方程为：

2222aV下V下?V上aV上Q2?S?Z上??Z下????[]?he 22g2g2gK式中：Z上、Z下——上、下断面水位 V上、V下——上、下断面流速（m/s） Q——河段流量（m/s） Δs——上、下断面间距（m） α——动能校正系数：取α=1.1

22 K——河段平均流量模数，取K?(K上?K下)

212 ζ——河段平均局部水头损失系数 g——重力加速度

2/32/3 另K上?A上R上 K下?A下R下

1n1n n——河段糙率 A——过水面积（m2） R——水力半径（m）

he?——工程阻水造成的局部水头损失。

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工程阻水造成的局部水头损失he?，根据经验公式估算，用汉德逊（F .M.Henderson）公式：

2V下 h??2g?e式中：ζ——与桥墩形状有关的系数，因本桥址是圆端墩，取ζ=0.18。 4.2.2.2 经验公式

（1）用公式一计算

22?av?B??h????Z???? ?????2g?????b??h??Z???2式中：α——动能校正系数，取α=1.1 ε——过水断面收缩系数，取ε=0.90 B——无桥墩时水面宽

V——建桥前断面平均流速 H——建桥前断面平均水深 ΔZ——最大壅水高度 Σb——建桥后过水断面总宽

（2）用公式二计算（铁科院曹瑞章公式）

?Z?k22(Vm?Vom) 2g式中：Vm——桥下平均流速Vm=Qp/Aj Qp——设计流量 Aj——桥下净过水面积

Vom——天然状态下平均流速Vom?Qom/Aom

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Qom——天然状态下通过的设计流量 Aom——桥下过水面积 k——壅水系数 g——重力加速度

k?2Vm?1Vom

上述3种方法的计算成果见表4.2.2-1。

各方法计算桥墩阻水壅高值比较表

表4.2.2-1 频率（%） 50 20 10 5 2 1 水位（m） 245.39 246.39 247.00 247.74 248.86 249.75 各方法计算的壅高值 公式一 0.051 0.087 0.116 0.150 0.172 0.221 公式二 0.073 0.121 0.162 0.197 0.228 0.277 水面曲线法 0.045 0.082 0.105 0.130 0.161 0.192 从计算成果来看，以上几种方法中以水面曲线法计算值最小，以公式二成果最大。水面曲线法的计算值与经验系数的取值有较大关系，系数的取值对成果影响较大，且全断面平均流速代表性不强，其计算值往往偏小；但公式一主要考虑了建桥前后过水断面宽度变化，而没有考虑建桥后对天然河道过水断面减少的影响，有一定的局限性；公式二为桥梁壅水计算公式，考虑了建桥后对天然河道过水面积变化影响，并考虑了建桥后断面流速增加对河床的冲刷影响，其考虑因素较公式一相对全面；因此，本河段桥梁阻水壅高值采用公式二的计算成果。

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4.2.3 壅水范围 4.2.3.1 壅水长度计算

壅水长度公式为：

L?2?Z S式中：L——桥前壅水长度（m） ΔZ——桥前最大壅水高度（m） S——水面比降

各河段属山区性河流，因县城河段位于七里桥水电站的库区，故本河段洪水期水面坡降与电站回水线坡降一致，查七里桥水电站回水成果可知，本河段洪水时水面坡降在0.505～0.664‰之间，因而计算的壅水长度较小，成果见表4.2.3-1。

桥位壅水长度计算表

表4.2.3-1 频率（%） 50 20 10 5 2 1 天然水位(m) 245.39 246.39 247.00 247.74 248.86 249.75 壅高值(m) 0.073 0.121 0.162 0.197 0.228 0.277 水面坡降（‰） 0.505 0.626 0.664 0.654 0.575 0.537 壅水长度(m) 287 381 490 606 787 1024 4.2.4 壅高水面线计算

壅高水面线计算公式为：

S2Y??Z??X2

4Z式中：S——天然（回水）水面坡降

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