奚　望　宋為威

（揚州大學　揚州　225009）

淮河入江水道歸江建筑物下游大橋對過流影響的分析

奚望宋為威

（揚州大學揚州225009）

本文就淮河入江水道控制建筑物——萬福閘下游新建的萬福大橋，從泄流速度變化和橋墩對河道流態(tài)的影響，以及河床可能產生的演變幾個方面對泄洪河道大橋橋墩的過流影響進行了初步分析，提出了萬福閘運行過程中要注意監(jiān)控下游新萬福大橋對河道河床的影響，通過開閘方式控制橋墩下游流態(tài)，保持下游河床的穩(wěn)定。

橋墩過流流態(tài)流速

萬福閘位于江蘇省揚州市區(qū)東郊，處于揚州城區(qū)和江都城區(qū)之間，曾是揚州市區(qū)至江都區(qū)的重要通道之一，是聯(lián)通江都與揚州的樞紐。1960年建成，是淮河入江水道的主要控制工程，設計最大泄洪流量7460m3/s，校核流量8820m3/s，65孔，每孔凈寬6m，是一座以泄洪為主，兼有灌溉、航運、城市供水等多功能的大型水閘。1991年淮河流域發(fā)生特大洪水，經加固后的萬福閘排洪7600m3/s，當年排入長江水量4.70×1010m3。為確?；春恿饔虬矠憽⒏纳粕鄄睾貐^(qū)灌溉用水條件發(fā)揮了顯著的作用。

隨著城市建設發(fā)展，原有利用萬福閘上交通橋聯(lián)系揚州城區(qū)和江都鎮(zhèn)的設計滿足不了交通發(fā)展的需要，于是建設新萬福大橋，新建萬福大橋位于萬福閘下游，連接揚州城區(qū)重要的東西走向的大通道——新萬福路，橋寬22m，萬福大橋建于萬福閘以南240m處、跨越寬度在500m左右的廖家溝。

新萬福大橋由于是自錨式懸索式橋，除4個靠近河岸的小橋樁外，還有兩個巨大的錨塔下橋墩，這些大型橋墩的出現(xiàn)，改變了原有過流水流環(huán)境，除對泄洪流量產生影響外，還對河道建橋處水流流態(tài)、流速等產生影響。文章擬從泄流速度、過流流態(tài)、河床穩(wěn)定三個方面分析其對周邊水流環(huán)境的影響。

1　橋墩對過流速的影響分析

根據(jù)有關資料，結合萬福大橋處過流斷面CAD圖，可以算出無橋時建橋位置的過流面積為4030m2，對應校核流量8820m3/s的斷面平均流速為2.18m/s，圖1（b）部分為無橋墩的過流斷面；有橋時，由于有墩的阻水影響，其對應位置的過流面積變?yōu)?822m2，相應于校核流量8820m3/s的斷面平均流速為2.3m/s，圖1（a）部分為建橋后同一位置泄流斷面?？梢缘贸鲇袠蚝蜔o橋時，校核流量對應的斷面平均流速之差為0.12m/s，建橋斷面的斷面平均流速增大了6%。

河流斷面流速分布正常情況下是河道中間流速大一些，靠兩側岸邊流速小一些。未建橋時，該斷面流速分布僅有一個河中間大流速區(qū)；建橋后，在兩個主橋墩的分隔之下，形成3個中心大流速區(qū)，由于過流斷面的減小，流速會進一步增加，在近岸大流速區(qū)的帶動之下，河道近岸處流速有著明顯的增大，近岸處流速的增大，會對河岸產生沖刷，斷面流速分布不均，還會引起河底形態(tài)發(fā)生改變。

萬福大橋橋墩還會引起萬福閘和萬福橋之間泄流期水位的變化，如果泄流量小，橋上游壅水低，流速變化小，橋墩引發(fā)的渦流小，則沖刷作用相對弱；如果泄流量大，橋上游壅水高，上、下游水位差變大，泄流流速提高，橋墩下游渦流的強度增大，對河岸和河床可能產生的沖刷作用增強。如橋后水流不斷沖刷河床、河岸，下游堤岸有可能會受破壞，河床也因此失去原有的穩(wěn)定狀態(tài)。

2　橋墩周邊流態(tài)對河道影響的分析

萬福大橋建成后，大橋墩將過流斷面水流分成三部分，橋墩兩側流速和橋墩墩后的流速不一樣，兩側水流流速大，墩后中間部位流速較小，這樣的斷面流速分布，就會引發(fā)兩塔墩后漩渦流。萬福大橋橋墩最寬處約為8m，這個寬度足以在橋墩墩后引發(fā)較大渦流，且渦流隨泄流量增大而增強，這種不穩(wěn)定的漩渦徹底改變了未建大橋前該斷面的流場分布，會對下游的河岸、河床穩(wěn)定造成很大的影響。

根據(jù)實測資料制作的萬福閘下游河道的模型實景圖可以看出，在萬福閘下游未建萬福大橋前，幾十年泄流沖刷，雖使下游河床變得溝壑縱橫，河岸蜿蜒彎曲，但河道的河岸、河床也形成了穩(wěn)定的形態(tài)。新萬福大橋的建成，橋墩后的渦流和分割的新的流速區(qū)，在橋墩斷面處產生了新的水流流態(tài)，這將不僅改變了原有的泄流流態(tài)，使一些原先流速較大的區(qū)域流速變小，而一些流速小的區(qū)域流速變大，而且增加了墩后渦流區(qū)，進而使多年來沖刷穩(wěn)定的該區(qū)域穩(wěn)定失衡，改變河岸、河床原有的穩(wěn)定形態(tài)。新的斷面流態(tài)引起的河床、河岸穩(wěn)定失衡，會產生連鎖效應，新的河床地形地貌，又會引發(fā)新的流態(tài)變化，新的流速場變化。如此往復，下游河床在新橋墩作用下，要形成一個穩(wěn)定形態(tài)，需通過一個連鎖形成的復雜的流場作用，經過一個漫長的河床的遷徙穩(wěn)定過程，達到一個新的河岸、河床穩(wěn)定期。

3　大橋對下游河床穩(wěn)定的影響分析

新萬福大橋的興建，打破了原有的萬福閘下游流場的分布，下游河床、堤岸在新的流場作用下會產生變化，以適應新流場。未建大橋前萬福閘下游240m處的河床高程在-2m左右，而800m處的河床高程驟降至-20m，圖2是萬福閘下游的復雜河床形態(tài)的CAD圖。這一河床高程變化較大的地貌，是多年泄洪形成的穩(wěn)定沖刷形態(tài)。現(xiàn)在由于新建橋墩的阻流，水流在其下游產生強烈渦流，渦流一方面減小有效過流斷面，增加過流速度；另一方面會擾動河床，引起沖刷。如果新流速臨近或大于泥沙啟動速度時，河床泥沙會移向下游，出現(xiàn)沖刷坑。從資料中可以知道，萬福大橋下游沖刷范圍內既有軟土又有砂土，均是不利于水利工程穩(wěn)定的土層，淤土承載能力弱，不利于河岸穩(wěn)定，砂土抗沖能力較弱，行洪時經常造成坍岸，河床沖刷。一系列新的不穩(wěn)定因素決定了在新建大橋流場作用下，大橋下游河床穩(wěn)定會產生變化，經過多年演變下游河床目前已穩(wěn)定，而新沖刷流態(tài)的出現(xiàn)，勢必對下游河床的穩(wěn)定產生破壞。

概括起來，大橋對下游河床穩(wěn)定的影響主要在兩個方面：一方面是橋墩引發(fā)的泄流新流態(tài)使建橋前斷面下游河床河岸產生新的沖刷問題；另一方面，新的沖刷會引發(fā)河床河岸失穩(wěn)，而要形成穩(wěn)定的形態(tài)，需要較長的時間和過程同時這個過程極易產生河岸變形危害。

4　結語

新萬福大橋的興建不僅對泄洪過流量產生影響，也會對橋位下游河流泄洪的流速、流態(tài)、流床河岸沖刷穩(wěn)定產生很大的影響，因此在新建萬福大橋后，必須加強對大橋下游河床、河岸穩(wěn)定的監(jiān)測工作，做好應對預案，保障泄洪河道安全泄流。同時對泄洪河道上新建的類似寬墩大橋，設計運行管理過程中，不僅要在泄流量上考慮其影響，還要分析其對下游河床河岸穩(wěn)定的影響

（專欄編輯：顧梅）