二維水流數(shù)學模型在鷹潭信江特大橋防洪評價中的應用

根據(jù)江蘇灌河(鹽城與連云港兩市交界河)天然潮汐河道特點,結(jié)合船舶修造行業(yè)舾裝碼頭建設要求,采用平面二維水流數(shù)學模型,對擬建碼頭處的潮位、流速、潮形等水力因素,利用上下游實測資料進行求解和率定,通過分析和計算,能夠更加準確地反映碼頭等涉水構(gòu)筑物產(chǎn)生的壅水影響及潮流場變化情況,為科學合理地評價船舶修造項目的行洪影響提供依據(jù)。

依據(jù)《防洪法》等有關(guān)規(guī)定,對河道管理范圍內(nèi)的建設項目和位于河流影響范圍內(nèi)的重要建設項目應進行防洪影響評價,重要的防洪工程應運用數(shù)學模型分析計算。選用數(shù)學模型時,可根據(jù)實際情況,在滿足工程實際的需要條件下,適當?shù)倪x用一維或二維數(shù)學模型。本文運用二維數(shù)學模型對吉林油田新民采油廠擬在河道灘地內(nèi)新建油井工程進行壅水計算,并采用經(jīng)驗公式法進行校核。結(jié)果表明:對于河道內(nèi)復雜地形及建筑物的防洪評價壅水計算,相比二維模型計算結(jié)果,經(jīng)驗公式計算結(jié)果偏小,采用二維模型計算結(jié)果進行防洪評價,結(jié)論更安全、可靠。

建立了基于有限體積法的平面二維非恒定流數(shù)學模型,采用黎曼近似解通量差分裂(fds)格式計算通過各單元邊的水流法向數(shù)值通量,并應用相關(guān)的懸移質(zhì)、推移質(zhì)河床變形計算公式計算沖淤變化。模型應用于浙江省49省道溫溪至鶴城段改建工程河道水流狀況的模擬,結(jié)果表明工程修建后工程段的中間部位以上以及外側(cè)附近水位略有壅高,最大壅高值0.03m;工程區(qū)附近流速減緩、靠近河道中央流速略微增大,最大增幅約0.12m/s,河道沖淤幅度在0.3m以內(nèi)。

在研讀近年來眾多優(yōu)秀防洪影響評價報告的基礎上,通過仔細對比、研究,歸納二維非恒定流數(shù)學模型的應用條件、方法和范圍:總結(jié)模型應用的具體情況,包括參數(shù)率定、工程概化、結(jié)果統(tǒng)計與分析;最后,探討二維非恒定流數(shù)學模型在防洪評價實際應用中的問題。為今后更好地進行防洪影響評價提供良好的理論依據(jù)和實際解決方法。

本文介紹了二維非恒定流數(shù)學模型的控制方程、定解條件、邊界條件、模型剖分、模型調(diào)試、計算過程,以及二維非恒定流數(shù)學模型在鄭武鐵路防洪影響評價中的應用實例等。

為分析橋梁工程的修建對原河道水文情勢的影響,以小龍門大橋工程為例,采用平面二維數(shù)學模型,模擬了5a一遇設計洪水條件下工程修建前后河道內(nèi)水位和流場分布特征的變化。結(jié)果表明,橋梁工程修建后在橋墩附近產(chǎn)生了一定的壅水與流場變化,有局部性的影響。

數(shù)學模型是防洪評價的一個重要技術(shù)手段。介紹了廣州水道某碼頭工程局部水域平面二維水沙數(shù)學模型的建立和驗證及實際應用效果,結(jié)果表明,模型能較好地模擬工程附近水流泥沙運動以及河床沖淤變化規(guī)律,為預測分析工程建設對河道河床沖淤演變影響以及量化分析提供了一種手段和途徑。

文章以跨遼河的某座大型橋梁為例,對5a一遇設計洪水條件下的河道流場分布特征和水位變化情況,利用平面二維數(shù)學模型進行了模擬分析,并對比分析了流場變化和雍水。研究表明:在5a一遇設計洪水條件下的橋墩附近,跨遼河的某座大型橋梁的橋墩出存在一定的流場變化和雍水,工程建設可對遼河產(chǎn)生局部的影響作用。

碼頭建設會對河道行洪、堤防及其他防洪工程的安全造成不利影響.防洪影響分析是碼頭工程設計中一項重要技術(shù)工作.采用平面二維潮流數(shù)學模型,對長江鎮(zhèn)揚河段水流運動以及擬建碼頭工程對防洪的影響進行了數(shù)值模擬計算.結(jié)果表明,在防洪設計洪水、平灘水位流量和多年平均流量3種水流條件下,工程興建后水位壅高最大值約1.2cm,水位降低最大值約1.5cm,流速最大增幅約0.05m/s,最大減幅約0.23m/s.碼頭興建后對工程河段的水位和流場影響較小,不會對河段的行洪帶來不利影響.

為研究河道橋梁阻水問題,運用二維水流數(shù)學模型及其求解方法,建立了河道平面二維潮流數(shù)學模型并進行求解。經(jīng)對3座已建橋梁阻水的計算表明,模型計算精度經(jīng)驗證能滿足應用要求。最后,應用該模型進行了某擬建橋梁工程對河道的壅水、流場變化模擬計算,為橋梁阻水影響提供了較為準確的評價。

通過建立的基于有限體積法的平面二維非恒定流數(shù)學模型,對馬家咀航道整治一期工程建設前后的河道水流運動進行模擬計算。結(jié)果表明:工程建設前后工程河段水位變化較小,工程附近河段水流流態(tài)及水流流速分布無明顯變化。研究建立的二維水流數(shù)學模型可準確模擬工程河段水流運動,能在防洪影響評價中對工程前后河道水流、水位變化變提供較為可靠的依據(jù),具有實用價值。

采用河道平面二維水流數(shù)學模型,對襄樊河段水流運動以及襄樊電廠二期工程大件碼頭和取水口工程對防洪的影響進行了數(shù)值模擬計算。結(jié)果表明:工程修建后上游河段最大壅水高度約0.02m,最大壅水長度約為630m,水流流態(tài)及水流流速分布無明顯變化,對防洪影響不大。

文中將一維、二維模型的待求變量用邊界水位的線性方程表示,在一、二維模型連接斷面處,利用節(jié)點處流量守恒條件,實現(xiàn)一、二維模型的耦合。以大港獨流減河為例,采用該耦合模型分析了鉆井平臺對河道水流的影響,模擬結(jié)果表明該模型設計合理,具有一定可靠性和實用性,可用于防洪評價中工程建設項目對水流的影響分析。

介紹了hec-ras模型計算橋梁壅水的基本原理和主要步驟,并以吉林市至琿春市高速鐵路客運專線密江特大橋的壅水計算為實例,采用hec-ras模型,模擬了300年一遇、100年一遇、50年一遇、20年一遇以及10年一遇設計洪水頻率下建橋前后的河道水面線,進而求得橋梁阻水壅高值和壅水長度。計算結(jié)果表明,hec-ras模型在分析計算橋梁對河道的阻水壅高影響時方便實用,工程適用性較好,可供防洪工程決策制定的參考。

在山區(qū)河流上修建涉水工程需考慮其對河道水流特性的影響,而山區(qū)河流水流運動的復雜性使此研究變得較為困難。該文建立了基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的平面二維水流運動數(shù)學模型,并驗證了其可靠性。采用該模型對岷江河段模擬計算,計算結(jié)果表明河段上擬建大橋的存在對河段水流特性無明顯影響。

規(guī)劃中的四川江安長江第二過江公路橋采用鉆石形串排圓柱型主塔，為了研究其主塔橋墩對該橋區(qū)河段各通航水力要素的影響程度，通過建立平面二維水流數(shù)學模型，模擬該河段方案實施前后的水流流場，從工程應用的角度分析串列圓柱橋墩對河段水流條件的影響。分析數(shù)模仿真結(jié)果得知：在各級流量下橋區(qū)河段水位、流速在工程實施前后變化較小，橋軸線橫向流速較小，橋梁的建設對通航水流條件影響較小，不會對船舶安全通過橋區(qū)產(chǎn)生影響。

采用二維數(shù)學模型計算并分析了某擬建橋梁和某電廠取水建筑物興建前后對河道水位及河勢的影響情況,與采用橋渡設計規(guī)范的經(jīng)驗公式計算結(jié)果比較,兩種計算結(jié)果比較接近,表明二維數(shù)學模型能較準確地計算涉河工程興建引起的工程局部水位及流場變化情況,且能生動地表現(xiàn)其平面形態(tài)。該技術(shù)已成為當前研究涉水工程防洪影響情況最常用的一種技術(shù)手段和方法。

通過建立二維水動力學數(shù)學模型,對阿什河珍珠島圍堤擴建進行了防洪影響分析及評價,分析表明圍堤擴建引起的河道水位最大壅高0.19m,流速最大增加0.25m/s,局部河段將不再滿足防洪規(guī)劃堤頂安全超高要求,但不會影響其它防洪規(guī)劃的安排與實施、防洪規(guī)劃的總體要求和整體目標,對本河段的防洪、河勢穩(wěn)定、防汛搶險以及第三方合法的水事權(quán)益也無明顯的不利影響。

鷹潭信江特大橋單壁無底鋼圍堰設計與施工技術(shù) 摘要：結(jié)合鷹潭信江特大橋設計與施工的工程實踐，簡要介紹大型單壁無底鋼 圍堰的設計，對其中的導向架、內(nèi)支撐轉(zhuǎn)換、鋼圍堰下沉與封底的施工難點進行 了重點分析。 關(guān)鍵詞：鋼圍堰；單壁無底；導向架；內(nèi)支撐；滑移、下沉；封底 1、工程簡介 鷹潭信江特大橋是中交股份滬昆客專三標的控制性工程之一，起訖里程為 dk444+220.410～dk460+210.385，全長15.99km，位于鷹潭市北側(cè)及滬昆高速公 路南側(cè)之間，在68#～73#墩采用1-（72+3×116+76）m連續(xù)梁跨越信江。 跨信江連續(xù)梁水中主墩為69#～72#墩，下部基礎采用14根φ2.0m鉆孔灌注 樁，梅花型布置，嵌巖樁設計，樁頂接大體積整體鋼筋混凝土承臺。樁長分別為 41m，51m、46m、51m；承臺采用半徑為950cm的圓形結(jié)構(gòu)，高4m，2m加臺。 信江

本文以橫沙東灘促淤圈圍（四期）工程為例，采用平面二維水流數(shù)學模型，根據(jù)工程的總平面布置，結(jié)合工程的特點和難點，分析不同施工順序下各堤段水動力條件的變化情況，從而制定出對各堤段及周邊水域影響最小的工程施工順序，為工程的順利實施提供技術(shù)支撐，同時也為類似中低灘促淤工程提供參考。

采用平面二維非恒定全沙數(shù)學模型,結(jié)合滹沱河倒虹吸工程附近河道進行了模型驗證,得到了較好的結(jié)果。

針對長江中游宜昌至枝城河段卵石夾沙河床級配分布寬等特點,建立了非均勻懸沙、底沙二維數(shù)學模型,尤其是考慮了底沙的不平衡輸移及沖淤過程中床沙的級配調(diào)整問題,對計算中的關(guān)鍵問題提出了處理方法,利用水文、泥沙及河床變形資料對模型進行了水面線、流速分布及沖淤過程的詳細驗證,尤其是進行了葛洲壩水利樞紐運用后、1998年洪水前后及三峽工程運用后的驗證。在此基礎上,根據(jù)設計單位一維數(shù)模提供的水沙邊界條件,預測了三峽工程蓄水初期該河段的沖刷量、分布及床沙粗化過程。