碼頭工程防洪評價中壅水計算公式淺析

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1、碼頭工程防洪評價中壅水計算公式淺析碼頭工程防洪評價中壅水計算公式淺析楊春瑞(安徽省淮河河道管理局,安徽蚌埠233000)摘要:碼頭工程壅水計算沒有專門的計算公式,作數(shù)學(xué)模型和物理模型均較繁瑣,通常是采用橋梁壅水經(jīng)驗公式進行計算.該文通過對多種橋梁壅水的經(jīng)驗公式的實例計算分別進行比較分析,并從經(jīng)驗公式推導(dǎo)原理,考慮的因素和適用條件,得出在碼頭壅水計算中有較好的應(yīng)用經(jīng)驗公式.關(guān)鍵詞:碼頭;壅水;計算;經(jīng)驗公式中圈分類號:U656.1;TV131.4文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1673—5781(2012)01—0054—03碼頭是供船

2、舶?？坎⒀b卸貨物和上下旅客的建筑物,修建碼頭是發(fā)展水運事業(yè)的先決條件.隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展,水運作為最經(jīng)濟的貨運方式,越來越受到人們青睞,故有關(guān)水運碼頭建筑物的修建不斷地增多.碼頭工程的修建可能減小河道斷面的有效過水?dāng)嗝婷娣e,雍高河道洪水水位,影響河道的行洪安全.為消弱碼頭工程建設(shè)對河道行洪的影響,按照水利部頒發(fā)的《河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項目防洪評價報告編制導(dǎo)則(試行)》的規(guī)定,需對涉河碼頭進行防洪影響評價,計算碼頭建設(shè)雍高河道洪水水位,作為采取影響處理設(shè)計的重要參考依據(jù)_l_.目前,國內(nèi)外有關(guān)涉河項目雍高洪水的計算公式很多,但未發(fā)

3、現(xiàn)專門用于碼頭工程壅水計算公式,在現(xiàn)有的建設(shè)項目防洪評價報告中有關(guān)碼頭壅水計算多采用橋梁壅水計算公式.橋梁壅水計算公式為經(jīng)驗公式,應(yīng)根據(jù)不同的河道邊界條件,水流流態(tài)特征進行選擇使用[.本文通過對多種橋梁壅水計算經(jīng)驗公式的實例計算對比,選取較為合理的適合內(nèi)河碼頭壅水計算的經(jīng)驗公式,為深人研究碼頭對河道行洪的影響及碼頭防洪影響處理提供參考.1壅水計算公式由于碼頭平臺和棧橋等占用了過水?dāng)嗝?阻礙了河道水流下泄,在擋水時水流受到壓縮,引起水流的能量損失,使得建筑物上游水面升高而引起壅水,同時局部地段流速加大,局部壅水影響主要計算水頭損

4、失(沿程+局部).本文對碼頭壅水分析用的主要經(jīng)驗公式進行(如下)分析計算.(1)陸浩公式.該公式系1998年獲得鐵道部課題成果,根據(jù)我國模型試驗和40余座橋梁調(diào)查資料,經(jīng)多年不斷完善和檢驗而制定的,目前已被列入最新《公路工程水文設(shè)計指南》推薦使用的公式.陸浩公式于20世紀(jì)8O年代在開展橋梁壅水計算研究的基礎(chǔ)上,并根據(jù)我國已建橋梁資料建立起來的新一代公式,該式適用于各類跨河橋梁.而在碼頭工程中的應(yīng)用卻沒有研究分析,為此本文對陸浩公式在碼頭壅水方面與其他經(jīng)驗公式進行比較分析[.陸浩根據(jù)對已有橋梁壅水計算公式,實橋以及模型試驗資料進

5、行分析研究之后,提出了相應(yīng)的計算公式為△Z=K～K㈩其中,為建橋后橋下斷面實際流速;為橋軸斷面平均流速;KN為定床壅水系數(shù),與建橋前后橋下斷面流速變化有關(guān),KⅣ一=;一;Kv為與建qfV一.0橋后橋下水流流態(tài)有關(guān)的系數(shù),K一—_;Vq/4g一【】?l為建橋后設(shè)計水位下橋下斷面的實際流速,vq—KQ;為天然狀態(tài)時設(shè)計水位下橋下斷面范圍內(nèi)的平均流速(m/s),一/WG.其中,Qs為設(shè)計流量(m./S);∽為有限過水面積(m.);K為反映橋下流速隨河床沖刷斷面增大而減小的系數(shù),K一1/El+A(戶一1)],對于巖石河床K一1.0(A

6、為河床粒徑系數(shù),A一0.5×d.一0.25;d.為中值粒徑(ram);P為沖刷系數(shù));.為沖刷前橋下凈過水收稿日期:201卜11—29;修改日期:2011—12—09作者簡介:楊春瑞(1985一),男,安徽潁上人,安徽省淮河河道管理局助理工程師54CF程與建設(shè)》2012年第26卷第1期面積(m).(2)利用水力學(xué)建立能量方程公式.該公式是根據(jù)《水力學(xué)》中實際液體恒定總流能量方程進行簡化而得.碼頭工程所造成的水頭損失主要為局部損失,主要表現(xiàn)為水工建筑物上游斷面的水位變化,忽略沿程損失,根據(jù)工程前后流態(tài)建立的能量方程_4_為△Z—

7、H一/2g(2)其中,△Z為壅水高度(m);Hj為局部損失(m);為局部損失系數(shù)(根據(jù)壅水試驗,透空式碼頭不淹沒時,一50,淹沒時,一130.?;一△A/Al,為面積壓縮比;△A為碼頭阻水面積(m);A為工程前碼頭位置的河道斷面面積(m.);V2為碼頭位置工程后的壓縮流速(m/s),一Q/A;A為工程后碼頭位置的河道斷面面積(m2);Q為相應(yīng)設(shè)計水位條件下的斷面流量(m./s);g為重力加速度.(3)D,Aubuioson公式.該公式是D,Aubuioso(道布松,法國)1840年根據(jù)能量平衡原理首先導(dǎo)出的E,曾列入前蘇聯(lián)19

8、48年,1961年橋渡設(shè)計規(guī)范.建國初期引入我國公路,鐵路工程,使用3o余年,推薦的公式如下[.△Z=(一vg)(3)其中,△Z為壅水高度(m);為橋下平均流速(m/s);為斷面平均流速(m/s);77為系數(shù),與水流進人橋孔的阻力有關(guān).(4)Henderson公式.該公式是美