HEC-RAS在跨河桥梁防洪壅水计算中的应用



HEC-RAS在跨河桥梁防洪壅水计算中的应用

主要研究水利工程。

李宗伟1，陈锋彪2

(1.长春工程学院，长春 130012； 2.山东省东明县水务局,山东 菏泽 274500)

摘要：利用HEC-RAS计算了两种洪水工况下跨河桥梁建设前后的水面线，确定了桥梁建设后引起壅水的高度，并利用规范的经验公式对计算结果进行了验证，结果表明两者的计算值相差均较小，HEC-RAS用于跨河桥梁的壅水计算是合适的。

关键词：HEC-RAS；防洪；壅水高度；水面线

0引言

跨河桥梁的建设侵占行洪断面[1]面积，给河道行洪和两岸堤防安全造成一定影响。同时桥梁设计本身也要考虑由于河道行洪断面的减少引起的壅水。为保证河道的行洪安全以及两岸堤防和桥梁本身的安全运行，需要开展跨河桥梁防洪影响评价[2]工作，研究由于跨河桥梁建设引起的水位壅高[3]。本文基于HEC-RAS[4]模型对跨河桥梁的壅水进行了研究。

1HEC-RAS计算原理

HEC-RAS是美国陆军工程兵团水文工程中心研发的一维河流分析系统，包括稳定流、非稳定流的水面线[5]计算，泥沙分析和水力设计功能。稳定流可对河网或单河段的各种流态进行水面线计算。计算原理基于一维能量方程，逐个断面的通过标准步进法求解。能量方程如下：

(1)

式中：Z1、Z2为主河道高程；Y1、Y2为断面水深；V1、V2为断面平均流速；α1、α2为流速系数；g为重力加速度；he为水头损失。

图1清晰地展示了能量方程中的各个参数的物理意义。

其中，水头损失包括沿程损失和局部损失。采用稳定流计算对防洪评价中的建筑物壅水进行计算。

图1　 能量方程中各参数意义

2工程实例

2.1工程概况

某大桥跨越珲春河干流，位于骆驼河口上游1 797m处，根据地形、地质、水文条件，本桥设置于桩号：K2+827。桥梁总长990m，共31孔，桥梁结构型式为5×30 m+6×40 m+20×30 m简支转连续T梁(箱梁)桥，其中30 m跨径采用箱梁结构，40 m跨径采用T梁结构，桥梁的起始端和末端采用跨越方式跨过堤防。

2.2计算参数的确定

根据河道实际情况选取7个断面作为本次计算的地形参数，断面布置情况见图2。其中，3号断面为拟建大桥的断面。

根据该地区的水文情况结合水利枢纽的调度运行情况确定50 a一遇和20 a一遇的洪峰流量分别为2 980 m3/s和1 600 m3/s。下游边界选取距离拟建桥3 km的7号断面。

图2计算断面布置图

2.3计算结果

输入地形断面参数及上下游边界条件用稳定流计算建桥前后的水面线，结果见表1。

表1　建桥前后河道水面线及壅高　m

大桥的建设使行洪宽度缩窄，导致水位壅高。可以看出，建桥前后，50 a一遇壅水高度为0.06 m，20 a一遇为0.05m。

根据《公路工程水文勘测设计规范》宣贯读本中关于壅水高度的推荐公式进行壅水高度计算，壅水计算公式如下。

(2)

(3)

(4)

式中：Ky为修正系数；KN为定床壅水系数；vM为桥下平均流速(m/s)；vOM为天然状态下桥下平均流速(m/s)。

表2　大桥壅水计算成果表

可以看出，HEC-RAS计算的壅水高度在两种洪水频率下均小于经验公式的壅水值，50 a一遇洪水频率下相差0.02 m，20 a一遇洪水频率下相差0.01 m，相差较小。

3结语

HEC-RAS可以较细致地考虑河道地形条件和建筑物参数等方面的因素，在跨河桥梁的河道水面线计算是适用的。下一步将研究HEC-RAS在跨河桥梁冲刷计算中的应用。

参考文献

[1] 张林，程琳，孙东坡，等. 铁路斜交桥对河道行洪的影响及对策[J]. 水利水运工程学报,2012(1):36-42.

[2] 董胜男. 跨河桥梁对河道防洪影响评价问题的研究[D].济南：山东大学,2010.

[3] 张金明,何用,何贞俊,等. 涉水桥梁阻水比与上游水位壅高相关性研究[J]. 人民珠江,2015(1):58-60.

[4] 李磊,李月玉,孙艳,等. Hec-Ras软件在桥梁防洪评价中的应用[J]. 水力发电,2008(3):103-105.

[5] 刘洋. 几种水面线推算方法的比较[J]. 人民黄河,2011(2):51-53.

The application of HEC-RAS in flood backwater computing to cross river bridge

LI Zong-wei, et al.

(ChangchunInstituteofTechnology,Changchun130012，China)

Abstract：：In this paper, the HEC-RAS is used to calculate the water line before and after the construction of Cross River Bridge under the two kinds of flooding conditions. The backwater height caused by the Bridge construction has been determined. The calculation results are verified by the empirical formula. The results show that the differences caused by calculated values are smaller, and the HEC-RAS used for the backwater calculation of cross river bridge is appropriate.

Key words：HEC-RAS; flood control; backwater height; the water line

文献标志码：A

文章编号：1009-8984(2015)04-0049-02

中图分类号：TV131.4

作者简介：李宗伟(1977-)，男(汉)，吉林德惠，实验师，硕士

收稿日期：2015-11-16

doi:10.3969/j.issn.1009-8984.2015.04.012