[发明专利]河口桥梁工程阻水比测量方法及装置

说明书

本发明公开了一种河口桥梁工程阻水比测量方法及装置，测量方法包括以下步骤：S1、结合桥梁的桥轴线与河道主流方向，确定桥梁的投影断面的位置；S2、根据预设水位下投影断面附近的平面流场特征，确定桥梁各桥墩所在投影断面位置的流速V_i、桥墩处水流和河道主流之间的夹角θ_i；S3、结合预设水位和桥墩的形状，确定各个桥墩的阻水面积A_i；通过下式分别获得各个桥墩的阻水流量q_i＝A_iV_icosθ_i；所有桥墩的总阻水流量q＝Σq_i；S4、获得预设水位下的投影断面的流量Q，结合桥墩的总阻水流量q，得到阻水比α＝q/Q。本发明充分考虑河口复杂河道结构形式，可为桥梁工程设计提供更为科学的阻水比计算方法，为河口工程管理提供更为直接准确的技术指标。

技术领域

本发明涉及河口动力技术领域，尤其涉及一种河口桥梁工程阻水比测量方法及装置。

背景技术

河道桥梁工程中，桥墩及其承台等下部结构占用河道部分行洪过流面积，增大局部水流阻力，对河道水流产生阻碍作用。阻水比是指设计洪(潮)水位下，涉水建筑物桥墩在垂直于水流方向上的投影面积与工程建设前同一过水断面面积之比，以百分数统计。该意义下桥梁阻水比实际上反映的是桥墩障碍(或压缩)水流的程度，能够直接评估工程阻水效应，在一定程度上反映了桥梁工程的壅水影响程度，对于分析工程对河道行洪及河势稳定的影响具有十分重要的意义，是目前水行政主管部门加强河道管理范围内建设项目管理的定量控制指标，因而也是涉水桥梁工程设计需要关注的关键参数。

直接采用阻水面积比进行阻水比计算的方法是对于滩槽结构差异不大的河道而言，该河道断面流速分布相对均匀，桥梁工程沿线的流速、流向差异不大，阻水面积比基本能够反映工程的阻水效应。但对于河口而言，浅滩发育，浅滩和深槽相间，滩槽结构复杂，水流流速在断面分布不均，浅滩流速小，深槽流速大或各桥墩轴线与水流的夹角不同，二者相差数倍。根据相关学者对珠江河口一些桥梁工程的研究表明布置在浅滩和深槽不同部位的桥墩，阻水比在不同水位下的变化规律不尽相同(如图1所示)，因此，即使具有相同的阻水面积，其实际的阻水效应差别甚远，且面积阻水比常需使用水位雍高值作为阻水程度判别标准不够直接形象，导致现有的阻水比计算方法难以反映河口河道差异，阻水比指标出现失真。

桥梁阻水引起的局部水头损失可以近似表达如下：

ΔZ＝ζ·ν²/2g

式中：ζ为局部水头损失系数，v为桥墩附近的流速，g为重力加速度。从公式可以看出桥梁壅水与流速密切相关，流速越大，其引起的桥梁壅水越大。

涉水桥梁阻水比与上游水位壅高相关性水槽试验研究表明，在相同阻水比条件下，上游水位壅高值随流速的增加而增大，与流速近似成二次曲线关系，阻水比越大，曲线“上翘”的越快(如图2所示)，曲线斜率随流速增大的越快，水位壅高对流速越敏感。可见，桥梁工程实际阻水效应与阻水构筑物附近的流速密切相关。因此，如何更为准确地反映桥梁工程沿线流速、流向差异对桥梁阻水效应的影响，寻找一种适应于河口复杂滩槽结构的桥梁阻水比计算方法是一个亟待解决的关键问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种适用具有复杂滩槽结构河口的河口桥梁工程阻水比测量方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种河口桥梁工程阻水比测量方法，包括以下步骤：

S1、结合桥梁的桥轴线与河道主流方向，确定所述桥梁的投影断面的位置；所述投影断面的位置垂直于河道主流方向；

S2、根据预设水位下所述投影断面附近的平面流场特征，确定所述桥梁各桥墩所在投影断面位置的流速V_i、所述桥墩处水流和河道主流之间的夹角θ_i；