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水利水电工程泥沙设计规范范文1
关键词：旺峪河；水电站；防洪；洪水
中图分类号：S688文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
旺峪河一级水电站工程位于嘉陵江左岸一级支流旺峪河的中游段，地处宝鸡市凤县南星镇与温江寺乡境内，一级电站坝址距离凤县县城22km。
根据旺峪河流域梯级开发规划，结合凤县电力系统的现状和国民经济的发展要求以及工程的具体情况，本工程的任务是发电。旺峪河一级电站采用设计净水头34.25m，设计引用流量为4.18m3/s,选用装机容量为320+2×500kw,年利用小时为4175小时。
2流域概况
旺峪河是嘉陵江左岸的一级支流，发源于凤县南部三岔镇的三宫殿。流域面积689.5km2，河流长57.8km，河床平均比降6.8%,流域多年平均降水量610.5mm，多年平均径流量1.685亿m3，多年平均流量8.49m3/s。多年平均输沙量9.1kg/m3。河流呈东西流向，主要支流有杜家河、东沟河、碾子坝河、瓦房坝河和麻峪河等，干流从凤县南星镇和温江寺乡境内川流而过，于甘肃省两当县西坡镇茨坝村汇入嘉陵江。
旺峪河流域地处秦岭土石山区，林木茂密，植被好，地表沙土层覆盖，暴雨期间洪水冲刷山坡表面泥沙，河床质主要为推移质及少量悬移质。由于河床覆盖层较厚，基底为砂砾石冲积河床，河床内淤积了较厚的片砾、粗砂，随着地形的变化在宽谷左右移动，河床在汛期冲刷，非汛期淤积，河床多年冲淤基本平衡。
3防洪标准计算
3.1水文分析计算
旺峪河流域内未设水文观测站，因此无实测流量资料。流域内南星镇设有南星雨量站，可作为设计流域的雨量站。嘉陵江干流设有凤州、茨坝、略阳等水文站，凤州站为源头站，设立于1982年3月，控制流域面688km2，观测项目主要有水位、流量、泥沙、雨量、水温等，目前已积累了25年的水文系列资料。旺峪河距离凤州水文站水平距离14.8km，处于同一个水文气象分区，流域水文气象及地型地貌条件相似，可作为旺峪河水电站水文设计参证及代表站。河道横断面采用坝址上游450m内的6个实测大断面资料。
3.1.1设计洪水的确定
参证站洪水频率分析确定
根据凤州水文站1983～2006年共23年洪峰流量系列，按照《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-2006）推荐的方法，采用皮Ⅲ型。Cs值采用与Cv值的倍比适线求得。经过适线，求得凤州水文站洪水频率计算成果及统计参数详见表3.1。
表3.1 凤州水文站洪水频率计算成果表
3.1.2坝址处设计洪水的确定
凤州水文站控制流域面积688km2，一级站枢纽控制流域面积434km2。本次计算以凤州水文站设计洪水为根据，采用面积比拟法推求引水枢纽处的设计洪水。
式中：
QP设—设计断面的设计洪峰流量
QP参—参证站设计洪峰流量
FP设—设计断面控制流域面积
FP参—参证站流域面积
旺峪河一级站引水枢纽断面设计洪水成果详见表3.2。
表3.2 旺峪河一级站引水枢纽设计洪水成果表
3.1.3坝前设计洪水位的确定
坝前设计洪水位决定于坝顶高程及设计水头，一级引水坝坝顶高程为1073.10m，求出后，即可确定坝前设计洪水位。根据《水力计算手册》，溢洪坝设计水头可用堰流基本方程计算，因式中，ε及σ均与有关，故采用试算法求解。
1、设计水头计算
假设设计水头=1.8米，则坝前水位为1074.90m，相应坝前断面过水面积为228m2，又知设计洪水流量Q=338m³/s，则
＝1.48m/s
＝0.111m
=+=1.80+0.111=1.91m
按设计洪水流量Q，查相应坝下水位为1072.84m（见图4-3）,则有：
=1072.84－1073.10=-0.26m
=0.136＜0.15；
下游坝高
=1073.10—1070.31=2.79m
=1.46＜2.0；
因不能完全满足实用堰自由出流条件:≤0.15及≥2.0,故为实用堰淹没出流。
根据及值由《水力计算手册》曲线型实用堰的淹没系数图查得σ=0.999。因溢流坝为单孔堰，溢流孔数n=1；溢流宽度B=b=60米。按圆弧形翼墙由边墩系数表查得边墩系数ζk为0.7，则侧收缩系数：
=1－0.2×0.7×=0.955
对于WES型实用堰，当水头为设计水头时，流量系数==0.502，即溢流坝流量：
=0.999×0.955×0.502×60=336m³/s
计算结果与设计洪水流量基本相符，说明假设的值是正确的，故取设计水头=1.80m。
坝前设计洪水位为坝顶高程与设计水头之和1074.90m。
按照上述计算思路，仍按照堰流基本方程计算不同水头H的溢流坝流量，计算成果详见表3.3，根据表3.3的水位流量数据绘制水位流量关系图，由坝前不同频率设计流量推求相应洪水位详见表3.4。
表3.3 坝前水位流量计算成果表
表3.4 坝前不同频率设计洪水位成果表
3.1.4坝下水位流量关系曲线计算
从实测大断面来看，坝下断面形状基本较为规则，河床相对稳定，可以利用曼宁公式计算坝下断面水位流量关系，由设计流量推求设计洪水位。计算成果见表4.5。
表3.5天然河道坝下断面设计洪水位成果表
3.2参数确定：
3.2.1河道断面
本次计算断面采用2007年3月实测的天然河道大断面,断面测量及水文计算中所使用的高程系统和设计单位采用的高程系统一致。
3.2.2水面比降
根据实测的河床比降，结合1981年历史调查洪水资料综合分析，确定坝址洪水比降为7.0‰。
3.2.3河道糙率
河段河床质主要是砂卵石，单一河槽。根据桥位断面河床组成、河段特征，查找有关资料选用经验糙率，并参考凤州水文站实测糙率资料，综合确定糙率为0.035。
3.3设计洪水计算成果的合理性检查
3.3.1设计洪水成果的合理性检查
由于旺峪河流域内无实测观测资料。与处于同一个水文气象分区的凤州水文站的流域水文气象及地型地貌条件相似，凤州水文站水文资料系列长，有可靠的历史调查资料，系列代表性较好。因此本次评价以凤州水文站作为参证站采用面积比拟法推求设计洪水，计算方法是合理的。
通过与《凤县旺峪河一级水电站初步设计报告》中设计洪水成果进行对比，其10年一遇洪水设计值相差40m3/s,50年一遇设计洪水相差17m3/s，分析主要是由于采用凤州站集水面积不同所导致。因此，本次设计洪水计算的成果基本合理。
3.3.2设计洪水位计算的合理性检查
引水坝前设计洪水位采用堰流基本公式进行计算，符合规范要求。坝下断面设计洪水位采用曼宁公式计算，现场查勘可知，坝址上下游500m范围内河段顺直、断面规整，符合规范规定的曼宁公式使用条件。经比较，建坝后坝前设计洪水位与坝下洪水位相差2.06m，与溢流坝设计水头1.91m相差0.15m，由此可见设计洪水位的计算成果基本合理。
4.结论
旺峪河一级径流式引水电站工程等级为Ⅴ等小二型工程，主要水工建筑物级别为5级。引水枢纽工程按10年一遇洪水标准设防，50年一遇洪水校核。电站厂房按30年一遇洪水标准设防，50年一遇洪水标准校核，经过计算，坝址10年一遇设计洪水为338m3/s,相应水位为1074.90m。50年一遇校核洪水为625m3/s，相应水位为1075.70m。符合《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）及国家《防洪标准》（GB50201-94）的规定。
5.建议
5.1建议在左右岸300m范围新建河道防护工程，防护工程高程不低于1076.12m，要委托具有水利工程设计资质单位根据河段的河势变化情况作出专项设计经河道主管部门批准后实施。
5.2建议在引水枢纽工程建设和运用初期，应对坝址河段的河势变化进行观测，其观测时间一般不应少于5年。
参考资料：
《水利水电工程等级划分及洪水标准》
《小型水力发电站水文计算规范》
《水利水电工程水利动能设计规范》；
《水利水电工程水文计算规范》；
水利水电工程泥沙设计规范范文2
【关键词】水电水利工程；环境保护；设计规范
前 言
水能资源是我国可再生能源中既清洁又没有污染的一种资源，随着我国对生态文明社会建设的深入，水电水利工程建设逐渐成为促进我国经济建设的又一大工程。在我国，水资源有着十分丰富的储藏，长江流域及其以南地区，水资源占全国的82%以上，耕地占36%，水多地少；长江以北地区，耕地占64%，水资源不足18%，地多水少，共中粮食增产潜力最大的黄淮海流域的耕地占全国的41.8%，而水资源不到5.7%。在水电水利工程的建设中一定不能“先污染、后治理”的道路。
1、水电水利工程建设对环境的促进作用
1.1对经济的促进。利用水力发电是近年来我国供应电的一种新型手段，对自然界中的地下水和地表水进行利用和发电水水电水利工程建设的本质目的。水电水利工程的建设不仅使我国的水资源得到充分的利用，实现了南水北调等大批水利工程，还使得我国的电能得以保证。从古代开始，我国就开始兴建了水利工程，水利工程的建设不仅可以供电、供水、防洪，还为我国的航运和港口发展提供了便利条件，为我国经济的发展和人们生活水平的提高起到了良好的促进作用例如，在许多水资源丰富的地区，我国修建了许多大坝，大坝的建成促进了当地的发电工程，也带动了当地旅游业和养殖业的发展，从整体上提高了当地人们的生活水平。
1.2对生态环境的促进。水电水利工程是一项非污染的工程建设，水电开发自古以来就在水利建设中发挥很大的比重，因此水力发电开发出的是一种既不会枯竭也不会污染的清洁能源，与其他工程建设相比，水电水利工程建设对生态环境的影响可以说是很小，在今后的发展中，水电水利工程很有可能会取代不可再生的化石燃料。此外，与我国传统的发电模式――建火电站相比，水电水利建设具有十分显著的特点，如污染环境小、可以在很大程度上减缓温室效应和酸雨危害、可以很好的平衡我国煤炭资源北多南少的使用压力。
2、水电水利工程建设引发的环境思考
水电水利工程的大力兴建，使我们看到了它带来的巨大利益，同时也使我们看到了水电水利兴建之后的一些隐患。
2.1对水电水利可能会对生态环境造成的负面影响认识不够。由于大气环流的影响，我国是河流始终存在着一种矛盾，那就是丰枯径流。因此，在很早的时候，人们就意识到要充分的利用水资源就必须兴建大坝，目的是为了提高某一地区的水位，使当地水的库存量满足生活和生产的需求。然而，兴建大坝却也给我国带来了另一种问题，即兴建大坝就必须占用到大量的土地资源，使原来的河流改变流向，这就有可能引发一些新的环境危机，而人们对这些危机的认识还不够。
2.2对水电水利工程建设引起的环境问题进行影响评价的工作不到位。目前，在全国各地兴起的水电水利工程项目如雨后春笋般出现，但是更多的人把焦点聚集在水电水利工程建设可能带来的利益上，却少对其可能会对环境造成的影响进行评价工作。此外，还存在这样的情况，即即使有些人对水电水利工程做了环境影响评价的工作，也都是发表一些报喜不报忧的事情。对于水电水利工程可能造成的坏影响不愿意深究。
2.3没有制定详细的环境设计保护规范。在我国，水电水利工程的开发已经进入了一个全新的时期，但是就其发展来说还是不太完善的，许多地区的水电水利工程没有制定详细的环境设计保护规范。随着十以及十八届三中全会的召开，我国更是把经济发展与环境保护并重的方针提上日程。对于水电水利工程的环境设计保护规范应该涉及到水电工程环境经济学、改善水电工程环境经济的动力分析、水电工程环境保护费用与效益分析、水能稀缺资源与环境保护动态费用分析等一些重要内容和课程。只有制定了完善的保护制度，人们才能更好的遵守这些设计保护规范。
2.4决策者和执行者缺乏长远的目光。一般水电水利工程的决策者是政府部门的人员，而政府部门在进行水电水利工程项目建设的决策中，往往对全局的发展看不清，其下达的关于建设的法律法规等并不具有长远性，而执行者在建设的过程也缺乏同样的敏锐性，所以直到目前为止，我国的水电水利工程环境保护设计规范还是存在一定的漏洞。
3、完善水电水利工程环境保护设计规范
2006年，张光斗、钱正英两院士对三门峡水利枢纽泥沙问题的影响做了令人震惊的报告，在报告中，两院士指出了三门峡水利枢纽对潼关的负面影响。虽然两院士只是很浅层面的提出了若干问题，这却在我过掀起了不小的风浪。人们从这些细微飞可能中看到了水电水利工程可能存在的更大隐患。因此，针对水电水利工程中存在的以上问题，我国制定出了更加完善的水电水利环境保护设计规范。包括施工中的设计规范和环境评价体系的设计规范。
3.1水电水利工程施工中应遵守的环境设计规范。按照事前规划的土地范围进行严格的施工，施工中的拆卸前提是不对环境造成污染，完工后要尽量恢复当地的土地；对于污水的排放要按照水资源保护的标准，进行合理的处理，杜绝未经处理直接向水中排放污染物的行为；有计划的对施工中的弃渣进行掩埋和处理；合理分配施工时间，尽量减小施工对周围人们带来的不便影响；对于施工中可能产生的有害气体，要利用消烟除尘的方式加以解决和排放，例如施工中对设备或车辆汽车尾气的处理，可以在车辆后端安全尾气处理净化器；水电水利工程兴建之前，要事先考察附近有无重要文物古迹，如果有的话要与当地的文物保护局做好沟通，做好对文物古迹的保护。
3.2加强水电水利工程的环境影响评价工作。与国外的水电水利工程环境影响评价工作相比，我国在这方面还有很大的差别。为了加强该项工作就要加强对施工过程中的环境影响评价制度建设和对水利水电工程建设环境影响的评价。目前，随着科技的进步，我国的水电水利环境影响评价体系也在逐年规范，因此对工程建设前期阶段进行的环境影响评价、竣工后进行评估是十分必要的。在今后的水电水利工程建设里，人们应该严格按照环境设计规范来进行施工和建设，对于施工中出现的不利因素和想象要及时的报备并加以解决，对于工程建设完后可能出现的环境问题要预先设想，并提出行之有效的解决方案，为以后的水电水利工程更好的建设提供借鉴和经验。
结 语
水电水利工程建设与环境建设是息息相关的，水电水利工程的开展和建设，在很大程度上促进了我国经济的发展和环境的建设，但是多多少少也对周围的生态环境造成了不小的影响。为了规范水电水利工程的建设对环境可能造成的影响，在逐渐的发展中，我国制定了一些水电水利工程环境保护设计规范。除了要在工程建设的过程中加强监督和管理之外，重要的一点是要加强施工人员的环境保护意识，只有在此基础上，才能完善我国的水电水利工程建设。
【参考文献】
[1]贾洪涛，张鹏飞，李光辉.水利工程建设与生态环境保护浅析[J].科技致富向导，2012（17）.
水利水电工程泥沙设计规范范文3
【关键词】水库，除险加固，改造工程，金属结构，设计
中图分类号：S611文献标识码： A
一.前言
水闸加固施工技术是水利工程施工中的重要组成部分，加固方案要体现先进性、科学性和经水闸加固济性的原则，从勘测、设计、施工、管理等各方面，重视采用病险水闸水闸加固除险加固新技术、新方法、新材料、新工艺。 针对水库除险加固改造工程金属结构设计进行深入的研究和探讨。
二.病险水闸的现状分析
1.建筑物结构老化损害严重。混凝土结构设计强度等级低，配筋量不足，造成大量混凝土碳化、开裂、松散、脱落、钢筋锈蚀等损害。
2.闸门锈蚀、启闭设施和电气设施老化。金属闸门和金属结构锈蚀，启闭设施和电气设施老化、失灵或超过安全使用年限，无法正常使用。
3.水闸抗震不满足规范要求。处于地震设防区的水闸，原设计未考虑地震设防或设计烈度偏低，结构不满足抗震要求。
4.上下游淤积及闸室磨蚀严重。多泥沙河流上的部分水闸因选址欠佳或引水冲沙设施设计不当，引起水闸上下游河道严重淤积，影响泄水和引水，闸室结构磨蚀现象突出。
5.闸基和两岸渗流破坏。闸基和两岸产生管涌、塌坑、冒水、滑坡等现象，发生渗透破坏。
6.管理设施问题。大多数病险水闸存在安全监测设施缺失，难以满足运行管理需求。
7.防洪标准偏低。防洪标准偏低造成超标准泄流、闸前水位超高甚至洪水漫溢。
8.防渗铺盖、翼墙、堤岸护坡损坏，管理房年久失修房、防汛道路损坏、缺乏备用电源和通除险加固讯工具等问题。
9.闸室稳定不满足规范规定的要求。闸室的抗滑、抗倾、抗浮安全系数以及基底应力不均匀系数不满足规范要求，沉降、不均匀沉陷超标，导致承载能力不足、基础破坏，影响整体稳定。
10.闸下消能防冲设施损坏。闸下消能防冲设施损毁严重，不适应设计过闸流量的要求，或闸下未设消能防冲设施，危及主体工程安全。
三.以案例对水库除险加固改造工程金属结构设计进行分析
1.黑河三道湾水电站地处甘肃省肃南裕固族自治县境内，是黑河水能规划的第六座梯级电站，距张掖市约150km。工程于2005年5月正式开工建设，2009年5月竣工发电。
工程的主要任务是发电，采用引水式开发。本电站由泄洪系统、引水发电系统及发电厂区三部分建筑物组成。电站总装机容量112MW，单机容量2×45＋22MW。本工程为中型三等工程。
黑河三道湾水电站在泄洪系统、引水发电系统等建筑物上布置金属结构设备共计有闸门、拦污栅13扇，闸、栅槽埋件14套，启闭、检修设备10台(套)，金属结构设备工程量约1556t。
本电站水库各特征水位分别为：校核洪水位：2372.41m，设计洪水位：2368.21m，正常蓄水位：2370.00m。
2 泄洪系统金属结构设计
泄洪系统由1孔正常溢洪洞、1孔非常溢洪洞和1孔泄洪排沙洞组成。在正常溢洪洞前设工作闸门1扇。为运行后维修工作闸门、埋件和水道考虑，工作闸门前设1扇叠梁检修闸门；在非常溢洪洞前设工作闸门1扇。因非常溢洪洞不经常工作，故不设检修闸门，如需检修工作闸门时，将水库水位放至堰顶以下进行检修；在泄洪排沙洞进口设工作闸门1扇。为预防工作闸门发生事故时无法闭门，导致水库放空，在工作闸门前设事故检修闸门1扇。泄洪系统所有工作闸门均由液压启闭机操作，一门一机；正常溢洪洞叠梁检修闸门由1台坝顶单向门机配自动抓梁操作；泄洪排沙洞事故检修闸门由1台固定卷扬式启闭机操作。
泄洪系统各闸门均以正常蓄水位2370.00m做为设计荷载进行结构设计。各闸门构件强度计算中考虑了地震动水压力荷载，以预留不大于20％的强度裕度的方法来保证构件的强度安全。
3.引水发电系统金属结构设计
引水发电系统在大坝右岸，发电洞全长约9316 m，后接发电厂房。在引水进水口的水道上设一道一字排列的3孔潜孔式拦污栅，栅后水道渐收窄，至竖井处设1扇潜孔式事故检修门。事故检修门可在洞中有事故时切断水流，避免事故扩大，在检修期为检查、检修洞身提供条件。
4.金属结构及电气设施更新改造
针对黑河三道湾水库金属结构及电气设施老化严重的问题，更换泄洪洞及灌溉洞进、出13共4扇钢闸门，配合闸门更换，凿除门槽二期混凝土重新浇筑。更换两洞进口闸门配电及操作设备，增加两洞出口闸门配电及操作设备。主要完成10kV架空线路0.7km，安装75kVA变压器l台，低压配电屏1面，动力配电箱1面，电力电缆(VV1kV3x25+1xlO)20m，电力电缆(VVlkV2xl0)360m，照明电线(BVV0.5kV2x4)150m等。
5 金属结构设计总结及评价
黑河三道湾水电站工程金属结构设备中的闸门、拦污栅及埋件设计遵循的规范为《水利水电钢闸门设计规范》(SL74―95)。启闭机、清污机要求制造厂按照《水利水电工程启闭机设计规范》(SL41―93)进行设计制造。
承担该工程所有金属结构设备的制造厂具有水利水电工程闸门生产许可证并有多年工程使用的实例。
金属结构设备中的闸门、拦污栅设计已在前面作了介绍，构件设计、校核荷载两种工况均满足规范的要求。按平面结构体系的方法进行计算，闸门的结构设计是安全的，经济合理的。泄洪系统、发电系统的闸门设计考虑了各种泄洪工况，能满足水工建筑物在泄洪时水道控制的各项要求。按规范要求闸门不得承受静冰压力，故泄洪系统的正常溢洪洞、非常溢洪洞工作闸门冬季应采取人工开凿冰沟的方法，使闸门与冰层隔开。正常溢洪洞叠梁检修闸门平时隐藏存放在门机交通桥下专设的门库内，设计构思巧妙、紧凑，节省工程投资。
四.除险加固的对策
综上所述, 为了能进一步了解病险库的现状, 为以后的治理提供可靠的依据, 必须抓住西部大开发、国家支助投入这个良好机遇。按国家的统一布置, 做好如下工作: 1.在原始资料方面
主管部门应统揽全局,做好如下几个方面的工作:认真做好水库的安全鉴定工作水库的安全鉴定是水库除险加固的最基础的工作, 是水库进行安全分类的依据。首先, 水库安全鉴定应符合《大坝安全鉴定》和国家现行有关规范、标准的规定; 其次, 水库的安全鉴定, 应由水库管理单位按上述规定和相关的程序进行鉴定并上报备案。
2.做好水库除险加固规划编制工作
在水库安全鉴定的基础上, 针对水库存在的主要问题, 按照先急后缓、重点突出的原则, 做好三、四类水库的除险加固规划, 做到有计划、分期分批进行除险加固。
3.积极筹措资金, 分期分批完成除险加固对中、小型水库进行除险加固, 除积极争取国家支助投资外, 还应采取“政府投资, 群众投工, 用足用好水利基金”的方式, 并落实好配套资金。同时, 加强施工管理, 严格落实“三制”, 保工程质量。在目前这种情况下, 一方面要抓住机遇,争取国家支助, 另一方面要加强施工管理, 调动一切尽可能的技术力量, 加大前期工作力度和投入, 建议简化和压缩中间的咨询、审查、审批环节, 为方案实施赢得宝贵的时间。
4.在设计施工方面
应积极采用新技术、新材料、新工艺, 努力提高除险加固科技水平针对拦河坝、溢洪道、放水洞存在的不同问题,采取科学、经济、合理的方法进行除险加固; 积极采用新技术、新材料、新工艺, 努力提高除险加固科技水平。拦河坝上游护坡翻新时, 建议死水位以下采用抛石护坡, 坡比1∶3.0～1∶4.0; 死水位以上采用钢砼框格干砌石护坡。
坝体、坝基防渗采用砼、复合土工膜等技术可靠, 防渗效果好的材料和方法防渗。坝体内软弱夹层含水量高、干容重小、抗剪强度低、承载力小, 对坝体稳定不利; 当软弱夹层分布范围不大, 埋藏较浅, 宜全部清除; 当软弱夹层较薄, 能在短时间内固结的, 可不必清除, 坝坡也不一定放缓; 若软弱夹层分布范围较大、埋藏较深, 可用坝体灌水泥粘土浆, 并设置砂井排水, 促使软弱夹层固结。
五.结束语
通过对病险水库进行除险加固，消除了头屯河水库运行中的安全隐患，充分发挥了水库的设计供水效益，为农业生产提供灌溉水源，也为人民生活用水和工业用水提供水源，同时为防御洪水灾害发挥了重要作用，为本区域的经济发展做出了重要贡献。
参考文献：
[1]刘志林．小型水库土石坝的除险加固措施[J]．技术与市场，2011年05期．
[2]满广生.水闸设计及闸室结构设计研究[J].科技资讯，2012.
[3]李红斌．浅谈如何做好中小型水库除险加固工程项目建设管理[J]．水利建设与管理，2009年10期．
[4]袁勤国，陈思翌．湖北省中小型水库土石坝渗漏原因及防渗处理[J]．长江科学院院报，2009年S1期．
水利水电工程泥沙设计规范范文4
一、屋面梁、板结构施工中，对混凝土浇捣的质量控制主要有五个要点：
1．严格控制原材料质量，尤其是砂的含泥量不大于3％；
2．严格控制商品混凝土的施工配合比，送到现场的混凝土，必须由材料员监督签收；
3．混凝土浇捣过程中不留施工缝，屋面板混凝土浇捣一气呵成；
4．加强混凝土震捣，插入式振动器插点均匀，柱、梁、板交接部位仔细震捣，避免漏振，平板式振动器纵横方向各震捣一次，此过程施工员应旁站指挥监督。
5．由于混凝土的干缩而产生的非结构性的表面裂缝，必须在混凝土终凝前，通过木蟹抹光彻底予以修整，目前普遍采用圆盘磨光机对混凝土表面进行二次磨光，抗裂效果更加理想。
二、找平层、隔汽层及找坡的质量控制
1．水泥砂浆找平层，按3m×6.5m轴线处设置分格缝，缝宽2cm，其中嵌填油膏密实。找平层抹压光洁平整，不起砂。四周女儿墙等泛水处抹成圆孤状，R=120mm。
2．一毡两油隔汽层的施工，按找坡层的厚度及坡度，再提高50mm来控制女儿墙等泛水处返高的高度。屋面拐角、周边等部分仔细处理，认真检查，这些地方往往是渗漏的多发部位。
3．憎水型膨胀珍珠岩板找坡层按3m×6.5m轴线处排汽道，40mm宽与排汽道相交处排汽管开孔40×40mm，确保排汽通畅。
三、三元乙丙橡胶防水卷材铺贴的质量控制
1．施工工艺流程：基层表面清理，修补―涂刷基层处理剂―节点附加增强处理―定位、弹性、试铺―满粘法铺贴卷材―收头处理、节点密封―清理、检查、修整
2．对屋面汽水、阴阳角、排汽管等处增铺一层卷材作为附加层，对屋面排水集中部位：如水落口周围500mm，天沟转角处每边宽度100mm，先用氰凝防水涂料封涂，待干燥后再增铺一层卷材作为附加层。
3．控制胶粘剂与卷材铺贴的间隔时间，此控制是冷粘贴施工的难点，对粘结力和粘结的可靠性影响甚大。施工中以指触不粘手即胶粘剂达到表干程度来控制铺贴时间。
4．铺贴卷材采用抬铺法。操作过程中对折（涂胶粘剂一面朝外）―抬起卷材―对准粉线―翻平卷材―滚压卷材等工序，几均应同时进行。
四、细石混凝土保护层的质量控制
1．按设计要求，于防水卷材上铺设隔离层一层油毡，并按3m×6.5m轴线处设置分格缝，缝宽20mm，缝边应做到平直、整齐、光洁。
2．严格控制砂石料及混凝土搅拌质量。瓜子片全部用水冲洗干净，黄砂选用含泥量低的安吉中粗砂，投料顺序得当，搅拌充分均匀。塔吊吊运至浇筑点的过程中防止漏浆和离析。
3．每一个分格缝范围内的混凝土一次浇捣完成。混凝土摊铺均匀后先用铁辊来回滚压密实，后面铁抹子分三次压实抹光，做到表面平光、不起砂、起层，无抹板压痕为止。为避免表面色差，抹压时不随意洒干水泥和干水泥砂浆。
4．待混凝土终凝后，立即进行养护。应根据施工期间气候、温度、天晴等具体条件，合理安排施工顺序，防止下雨、潮湿等不良因素的影响。现场要有应急措施，如采用盖麻袋再覆盖薄膜等方法。混凝土屋面应派专人负责浇水10天，禁止闲杂人员在屋面走动，防止在屋面上继续施工。
5．混凝土养护完后，将分格缝清理干净，仔细填嵌密封材料，并骑缝粘贴300mm宽三元乙丙橡胶。
采用上述方法施工，一般不会发生渗漏情况，屋面的表面观感也较好，施工的总体质量能达到验收规范优良标准。
规划思路：统一规划、因地制宜，分步实施；突出重点，统筹兼顾；按轻重缓急，保主保重；改造后工程等级不变。
规划原则：泵站机组台数原则上不变；机组型号力求统一；按泵站设计规范要求配置备用机组；恢复提水能力。
5 泵站更新改造规划内容
白银市规划更新改造大型泵站7处，分别为：靖会工程，兴电工程，刘川工程，中堡工程，工农渠工程，中泉工程，旱坪川工程，共更新改造泵站145座，机电设备864台套，装机功率23.7万kw。
5.1泵站主机组、电气设备及金属结构更新改造内容
白银市大型泵站工程规划将具有机电设备严重老化、功能下降、技术落后，部分损坏严重，无法修复的水机设备及输、配电设备全部更新，采用既具备高效率低能耗性能，又符合计算机自动化监控要求的现代化新型设备。
（1）主水泵选用新型水力模型的泵型，具有较高的抗汽蚀、泥沙、磨损能力，并有较高的效率。按GB/T50265-97《泵站设计规范》要求配备台数。为方便维修管理工作，选用水泵的规格尽可能一致。
（2）电动机选用高效节能异步电动机，同时选配一定比例的同步电动机，以提高功率因数，达到泵站机组无功补偿自行平衡；另在多梯级串联工作的泵站系统中，在技术经济论证的基础上，每级泵站选配一至二台变频调速系统。
（3）大型泵站配电控制设备选用新型成套设备，具备微机综合自动保护功能。直流电源应采用环保型免维护直流装置。控制方式采用“计算机集中控制”方式。为适应梯级泵站之间的流量调节，经技术经济论证，每级泵站装配1～2。
（4）配电变压器选用新型高效节能设备。
（5）将锈蚀、老化严重的泵站压力管道、闸门、拦污栅等拆除更新，并设置清污装置；阀门采用技术先进、性能优良、集关闭、逆止、水锤消除于一身的一体化新型产品；更新起吊、通风、排污等辅属设备。
5.2 泵站建筑物更新改造内容
（1）对已接近寿命末期，难以维修，规划中予以拆除重建，厂房上部布置桥式起重机，建筑专用拦污清污桥。
（2）对钢筋混凝土结构，主要通过加固、改造和装修，以改善主机组工作环境，降噪降温，并注重改善值班人员的工作条件。
（3）对大型泵站进、出水建筑物工程进行加固改造，对上下游翼墙护底、护坡进行加固、整修。
（4）对依山而建的泵站，规划对泵站四周边坡及管坡加固改造。
5.3泵站信息化建设规划
白银市大型泵站中，除兴电、靖会工程已具有一定的基础外，其它5处大型泵站均没有自动化信息化设施基础。规划建设中心计算机监控管理总站5个，在大型泵站或水管站建设运行监控子站，20座变电站建设运行监控子站。架设或埋设光纤路200km。
（1）通信组网形式
采用光纤网络通信系统，在调度中心安装数字程控交换机和光收发中心总站，光设备的复用系统与程控交换机联接，光发射接收系统与光缆线路相联，至泵站变电站子站，再由末级泵站用光缆与各水管所子站相联，子站与子站之间采用链路方式与光缆联结，再联至中心总站，从结构上看是点对点的链路形式，但通过复用技术可形成逻辑上的点对多点的星形结构。
（2）各子站的网络结构规划
各泵站、变电站内部形成一个链接子网络，由传感器采集数据，通过屏蔽信号线传送到各自的测控前端，再由屏蔽网线将各测控前端链接起来，把不同的信号数据传送到测控网卡进入后台工控机；各微机保护控制装置、直流屏、励磁装置通过信号线链接进入后台工控机，组成现场级的总线型网络结构。
（3）整个系统网络结构规划
工程监控系统采用多层、分布式、集散结构，分设现场级、监控级、决策管理级。现场级完成机组主机、辅机设备、变电站等的数据测量、信号采集、监督、控制和运行保护；监控级负责整个泵站的集中监控操作、信号和管理；决策管理级负责收集整个现场级、监控级的运行数据，对数座泵站进行运行调度控制。各泵站、变电站、调度中心的计算机局域网通过高速通信网桥、数据接口连接到光纤网络，利用光纤网络集成。实现系统的连锁监控，使系统成为一个连贯统一的整体。
（4）自动化监控系统组成
①泵站计算机监控系统：购置泵站远程控制单元和调度中心计算机，利用光纤通信技术，在可能的最大范围，根据下达的供水计划，计算机自动开停机组和级间流量调节。
②干、支自动控制系统：干、支口闸门，节制闸安装就地测控单元，安装闸门传动装置及闸门控制系统，调节干、支口供水流量，以达到按计划均衡供水的目标。
③泵站图像监控系统：图像监控系统，配合泵站计算机监控系统，可以实现泵站无人值守，少人管护，在总干泵站安装图像监控系统，通过光纤通信系统传输到调度中心，在无人值守的情况下，保证输水系统的安全、可靠运行。
④灌区信息自动化采集系统：灌区信息自动化采集系统是利用计算机、通信技术自动采集支、斗口流量和供水量，使供水公平、公正、合理，提高工程供水管理水平。
⑤灌区用水信息管理系统：灌区用水信息管理系统包括渠系及用户信息建立、用水计划、用水统计、水费管理、灌溉进度、数据传递、信息查询等功能。便于快捷合理地制定供水计划。
⑥决策支持系统：在泵站计算机监控及灌区信息自动化采集系统、灌区用水信息管理系统的基础上，综合集成和建立交互式人机界面，实现决策方案的查询、评估，并付诸实施。
6 泵站更新改造规划投资
本规划7处大型泵站148066.95万元，其中：建筑物工程投资33954.74万元，机电设备及安装工程费55138.35万元，金属结构制作及安装18493.55万元，临时工程3875.85万元，独立费用9255.3万元，预备费27349.16万元。
工程总投资中国家和地方采用9:1比例分摊，即由国家在泵站更新改造专项资金中安排90%，解决13.33亿元，地方财政配套10%，解决1.47亿元。
7 结语
白银市共有大型泵站7处，更新改造规划以渠首水源枢纽泵站和干、支渠梯级大中型泵站工程更新改造为重点，兼顾支渠小型泵站更新改造，以老化机电设备更新升级换代为目标，同时兼顾病险急需工程的改造，实事求是，先主后次、先急后缓、先大后小、保主保重，逐步实施的原则进行，计划用5年时间完成本项目的全面更新改造。
白银市7处大型泵站更新改造总设计流量达到55.06m3/s，更新改造泵站总座数达到145座，总功率达到23.7万kW，更新改造机组864台套。泵站更新改造后将有效地改善灌区生态环境，大幅度提高灌区的供水能力，确保农田灌溉用水、人畜饮水和企业用水安全，确保粮食生产安全，农村稳定、农业增产、农民增收，确保泵站所处地区社会经济以高增长率持续发展。更新改造后的大型泵站采用先进的设备，实现计算机自动化监控，逐步实施“无人值班、少人值守”的现代化管理模式，对加速大型泵站工程现代化水平将起到很大推动和促进作用，对白银市土地大开发将产生长久而深远的重大影响。
参考文献：
[1] 水利水电工程等级划分及洪水标准.SL252-2000
[2] 防洪标准.GB50201-94
[3] 泵站设计规范.GB/T50265-86
[4] 泵站技术改造规程.SL254-2000
[5] 水利水电工程水文计算规范.SL278-2002
水利水电工程泥沙设计规范范文5
关键词：荒地排河；现状；问题；治理；实施方案
1河道概况及存在的问题
1.1河道概况
1.1.1河道现状。荒地排河开挖于1970年，位于独流减河以北，起自石化泵站(乙烯泵站)，沿独流减河左堤北侧，经大港发电厂，穿津歧公路，在大港发电厂循环河北侧，东至挡潮闸入海，全长16.7km，负责独流减河以北、北环路及上高路以南、八米河以东、海滨大道以西范围内的排水。排水范围内主要有天津石化公司、100万t乙烯、油建公司、大港发电厂、新泉海水淡化公司、古林街、石化园区、开发区、生活区、港东新城，正在建设的南港轻纺园，排水面积61.39km2。
1.1.2水利设施情况。现有六米河、十米河、城排明渠、板桥河4条河道汇入荒地排河；沿河座落石化泵站(16m3/s)、大乙烯排水泵站(13.8m3/s)、十米河泵站(16m3/s)、城排泵站(6m3/s)，4座泵站的排水能力为51.8m3/s。南港轻纺园的雨水、污水的排水规划正在编制，如果不开辟新的入海河道，其雨水、污水只能入荒地排河。
1.1.3历年治理情况。荒地排河从开挖至今，对解决该区域的排水问题发挥了很大作用。近几年来，虽然先后建设了大港发电厂节制闸、海口挡潮闸，并对险堤段和入海口淤积进行了治理，但河道治理与大港经济社会的发展相比仍较为滞后。
1.2存在的问题
1.2.1设计断面小，排水标准低。原河道负责排除荒地、农田的积水，排水采取自流形式，设计标准低，排水时间长[1-2]。
1.2.2地权与河道管理分置，年久失修。该河上段占地属津南区，由三角地指挥部管理，长3.3km；中段占地属大港管理，长6.47km；下段占地属塘沽，由盐场管理，长5.43km。由于种种原因，3个行政区没有对河道实施有效管理，造成堤防及沿河水利设施破烂不堪。
1.2.3淤积严重，排水不畅。由于水土流失和海潮挟带泥沙沉积的影响，河道的淤积深度在1.5~2.5m之间；另外，汛期多发位时，河道水位被潮水顶托持高不下，水位抬高，雨水不但不能入海，反而会造成漫溢，淹泡临河低洼的区域。
1.2.4排水面积加大，增加了排水压力。由于沿河企业、园区、城区的快速建设，使地面截留、渗漏减少，而企业的外排水标准高，导致排水量大幅增加[3-4]。
2治理的必要性、目标及规模
2.1治理的必要性
2.1.1城区排水的需要。天津石化100万t乙烯、南港轻纺园、陆港橡胶等一批大项目相继落户大港，东部城区建设正在加速，原先的农田、荒地、坑塘，正在快速转变为工业园区和现代化城市。由于用地性质改变，排水标准也应相应提高。初步测算，荒地排河的流量达到70m3/s时，才能满足排水要求，而现状荒地排河的最大排水能力只有10m3/s，远远满足不了城区发展对排水的要求。大港城区附近另一条入海河道是独流减河。独流减河全长68km，是大清河主要入海河道，担负着保卫天津市区防洪安全、渲泄大清河洪水入海的重要任务，大港段河道还担负着引黄济津和南水北调的引水任务，排水压力比较大。
根据有关规定和河道上下游的实际情况，大港城区及企业的雨水不能向独流减河排水。一是独流减河水质要求。根据天津市人民政府津政函[2008]9号《关于对海河流域天津市水功能区划的批复》的要求，万家码头至十里横河段日常期间2010年应达到Ⅴ类水水质目标(饮用水输水期间2010年应达到Ⅲ类水水质目标)，十里横河至南北腰闸段2010年应达Ⅴ类水水质目标。由于各单位排水不能保证达到Ⅲ类或Ⅴ类水质要求，因此向独流减河排水不符合天津市水功能区划的要求。同时，该段河道是引黄济津和南水北调的重要引水河道，一旦入独流减河的水质影响引水水质，不但影响市区居民的引水安全，而且将产生极其不好的政治影响。二是独流减河汛期行洪要求。独流减河负责大清河水系的泄洪，遇有上游洪水经独流减河泄洪时，设在独流减河左堤的口门必须封堵，避免发生险情，以确保天津市区安全。三是对沿河企业单位的影响：
①对大港油田和北京地下储气库的影响。自大港电厂南北腰闸建成后，为保证大港电厂安全生产(水位要求、水中无杂物)，除上游洪水下泄外，北腰闸不允许开启。因此，排入独流减河的水无法入海，只能囤积在河道内，抬高河道水位，造成漫滩现象，直接影响大港油田油井和北京地下储气库的正常生产。
②对大港发电厂的影响。由于大港发电厂机组按海水冷却设计，冷却水中若有大量的污水对机组的腐蚀非常严重，不利于机组设备的正常运行。
③对沿河生产单位的影响。沿河自然养殖户较多，苇地鱼池数千公顷，若排水造成污染，养殖户索赔损失，引起群众上访事件，引发社会不稳定。因此，荒地排河成为大港城区雨水排外的唯一河道，具有保证城区排水安全的重要意义。
2.1.2水环境治理的需要。当前，滨海新区快速发展，城市面貌日新月异，而荒地排河做为城区唯一的入海河道，河道的水环境与城市发展不协调。因此，必须对荒地排河进行综合治理。
2.2治理目标
完善设施，提高功能，确保区域排水安全；推进水环境治理，创造良好的水生态环境，实现人水和谐[5]。
2.3治理规模
2.3.1工程任务。全面治理荒地排河石化泵站(大乙烯泵站)至入海口16.7km河道。
2.3.2治理规模。根据企业排沥标准及各排水口入河流量，兼顾长远发展，进行分段设计：
①十米河以上段工程治理规模：石化泵站排水流量16m3/s，乙烯泵站排水流量13.8m3/s，河道排水流量按30m3/s考虑。
②十米河至板桥河段工程治理规模：十米河以上排水流量30m3/s，十米河泵站排水流量16m3/s(正常运行12m3/s)，城排泵站排水流量6m3/s，该段排水流量按50m3/s考虑。
③T型河口至挡潮闸段工程治理规模：T型河口以上河段排水流量50m3/s，板桥河汇入排水流量20m3/s，该段排水流量按70m3/s考虑。
3工程实施方案
3.1设计依据
工程等级和排沥标准参照《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)，荒地排河治理工程按Ⅳ等工程进行治理。遵循的主要规范、标准及文件有：《堤防工程设计规范》(GB50286-98)《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)《天津市大港区河道综合治理工程项目建议书》。基本资料来源是2008年12月实测带状地形图和纵横断面图地面附着物调查成果。
3.2河道纵向布置
(1)石化泵站(乙烯泵站)至电厂铁路涵洞(0+000~6+820)段：按现状河道的走向进行布置。
(2)铁路涵洞至板桥河(6+820~8+450)段：按新挖河道进行考虑。
(3)T型河口至挡潮闸(8+450~15+200)段：按现状河道的走向进行布置。
(4)挡潮闸以下2km段：按现状河道走向进行布置。
3.3横断面设计
(1)石化泵站至城排泵站(0+000~3+800)：长3800m，按规划部门的要求，河道南侧预留10m宽用地，北侧预留60m宽用地，采用矩形断面，河道上口宽45m，占地宽55m。
(2)城排泵站至电厂铁路涵洞(3+800~6+820)：长3020m，该段地形较为宽阔，采用宽浅式断面，河道上口宽80m，占地宽110m。
(3)电厂铁路涵洞至板桥河(6+820~8+450)：长1630m，南侧为电厂住宅楼，北侧是建国村住宅区，建议采用矩形断面，河道上口宽60m，占地宽80m。
(4)T型河口至油田桁架(8+450~9+770)：长1320m，河道向西侧扩挖，采用宽浅式断面，河道上口宽75m，占地宽100m。
(5)油田桁架至挡潮闸(9+770~15+200)：长5530m，河道向北侧扩挖，采用宽浅式断面，河道上口宽95m，占地宽110m。
(6)挡潮闸到入海口(15+200~17+200)：长2000m，以清淤疏浚为主。
3.4建筑物改造
沿途建筑物改造17处，其中：铁路方涵5处，需扩建3处，改建为桥1处，拆除1处；扩建节制闸2处；扩建导虹1处；左右堤需新建闸涵7处；新建交通桥1处、桁架1处。
3.5管道切改
需要切改管道19处、89条。其中沿河管道20条，跨越河道管道64条，穿越河道管道5条。
3.6工程占地
工程共计占地140.08hm2，其中利用原河道37.96hm2，新增占地102.12hm2。石化泵站至城排泵站共占地2.75hm2，新增乙烯项目部0.21hm2，新增津南区1.29hm2；城排泵站至电厂铁路涵洞共占地18.15hm2，新增津南区11.55hm2；电厂铁路涵洞至板桥河共占地33.22hm2，新增大港24.16hm2；T型河口至油田桁架共占地13.04hm2，新增占地13.04hm2，古林街上古林村、建国村12.19hm2，大港电厂0.85hm2；油田桁架至挡潮闸共占地13.19hm2，新增建国村9.23hm2；挡潮闸至入海口共占地59.73hm2，新增塘沽42.64hm2。
3.7工程投资估算
3.7.1主要工程量。河道治理：清淤土方92.47万m3，挖土方78.96万m3，浆砌石21.46万m3，砼1.08万m3，复堤土方65.04万m3。建筑物改造：沿途建筑物共17处，其中：铁路方涵5处，需扩建3处，改建为桥1处，拆除1处；扩建节制闸2处；扩建导虹1处；左右堤需新建闸涵7处；新建交通桥1处、桁架1处。管道切改19处、89条。
3.7.2投资估算。工程总投资约6.08亿元，其中，河道扩挖、堤防加固1.35亿元，建筑物改造0.47亿元，管道切改0.44亿元，地上物赔偿0.11亿元，工程占地2.95亿元(新增占地102.12hm2)，绿化、景观0.32亿元，临时工程0.15亿元，独立费用0.29亿元(设计费0.04亿，建设管理费0.05亿，预备费0.20亿)。
3.7.3工程治理计划。分2期实施：一期工程投资4.85亿元，主要实施河道清淤、扩挖、筑堤，管线切改，建筑物改造，土地占用赔偿。二期工程投资1.23亿元，主要实施堤防护砌、绿化及景观建设。
3.8实施计划及投资匹配
按照谁受益谁出资的原则，根据区域内各单位排水面积占总面积的比例进行资金分配筹集，按排水面积计算，各单位需投入的资金情况在工程实施前另行计算统计。
4效益与管理
4.1效益
荒地排河治理工程实施后，可以带来多方面的效益，主要有以下几点：为各大企业的排水提供可靠的保障；完善原排水系统的功能，有效提高排水能力，最大程度减少洪涝灾害带来的损失；保持生活生产的正常秩序，维护社会和谐稳定；打造宜居的城市水生态环境，达到绿化、美化、环保的目的，实现人水和谐。
4.2工程管理
治理工程完工后，由大港水务局按照《天津市河道管理条例》的规定统一管理，并做好日常维护，以保持河道的设计排水能力；依法行政，严格控制排水口门，确保排水安全。
参考文献：
[1]周兵.试论淮河流域污染治理的对策及其改进[J].北京电力高等专科学校学报：自然科学版，2010，27(5)：194-195.
[2]李明生，肖仲凯，董小涛.石化行业排污口设置论证报告特点与对策[J].黑龙江水利科技，2010(2)：7-8.
水利水电工程泥沙设计规范范文6
P键词：跨海大桥；数值模拟；壅水高度；流态；冲刷
中图分类号：TV87 文献标识码：A 文章编号：1672-1683（2017）03-0164-07
Given that the construction of sea-crossing bridges may have adverse effects on rivers，a plane two-dimensional hydrodynamic numerical model was established.The model was tested and proven to be valid with the measured data of tide water，and was used to analyze the effects of the engineering on the rise of water level，the changes of flow regime，as well as the depth of riverbed scour.The study indicated that the sea-crossing bridge engineering will cause a slight rise in the backwater height of the rivers.The maximum backwater height is only 6 cm.But the flow regime will vary greatly as numerous vortices will emerge at the vicinity of the bridge location.These influences will result in local scour of the riverbed，and the maximum scour depth is 0.83 m.
Key words：sea-crossing bridge；numerical simulation；backwater height；flow regime；scour
随着我国工业化、现代化进程的加快以及国家对基础设施建设投入的加大，跨河跨海桥梁等建筑物逐渐增多。由于桥梁的墩台阻水，将减小桥墩之间的有效过水面积，增加桥位下的单宽流量，使桥梁上游水面升高形成桥前壅水；同时水流流速加大，经过桥孔的水流冲走桥孔上下游床面的泥沙，形成桥孔附近河床的冲刷；水流在桥墩周围被迫产生绕流，流速、流向急剧变化，引起涡旋和较大的床面剪切力，随着时间的推移，会形成局部冲刷坑[1]。这些影响都会威胁桥梁的安全及河道行洪安全。因此，分析涉水桥梁工程对河道各方面的影响是至关重要的。
近年来，国内外关于桥梁建造对河道的影响研究成果很多，并且随着计算机技术的发展，数值模拟技术被越来越多的应用到该领域。针对不同条件下桥墩对河道壅水影响的问题，有大量学者曾应用经验公式法和一维[2-3]、二维[4]、三维[5]数值模拟方法来进行分析讨论，研究内容涵盖桥墩壅水特性[2，5]、壅水回水计算方法[3]和河道水位流速变化[4]等；此外，对于不同桥梁工程对河流流态以及冲刷影响方面的研究也不在少数，主要研究方向包括桥墩对流场的扰动情况[6-7]和桥梁所在河道的水位流速变化情况[8，9]等。这些研究所涉及到的桥梁均为正交桥，但受地形、水文条件和公路走向的制约，许多桥梁桥位往往不得不设计成与河渠斜交的形式[10]。关于斜交桥对河道的影响，国内外也有部分研究。Erduran K S 等[11]模拟了四种不同类型斜交桥所在河道的三维流动，可以用于预测河道上下游剖面的水位变化。张大茹等[12]通过平面二维水流数学模型考虑桥梁结构、斜交角度和漫水桥高度等影响因素，分析了桥梁工程对河道水位、流速及淹没范围的影响；李大鸣等[13]为考察斜跨桥梁桥墩形状和布设方位对水流的阻碍作用和桥墩的局部冲刷深度，用集中质量的有限元方法建立了数学模型，并应用于西河特大桥防洪影响计算中。
现如今，新建或规划的涉河桥梁纵轴线与水流的夹角越来越大，甚至出现了顺河桥。何彬[14]就曾以盐窝峡库两座顺河桥为例，对冲淤平衡河道进行了壅水和冲刷计算。与普通跨河桥梁相比，顺河桥桥墩的布置形式与水流流动方向平行，其阻水作用会更加明显，桥位周围的水流流态及河床边界条件也与正交桥有很大的不同，因此有必要对顺河桥工程影响进行模拟分析。
本文以连接某人工岛的顺河跨海大桥拟建工程为例，基于张扬所建的人工岛水动力数值模型[15]，对顺河桥进行合理概化，在模型中加载桥墩并进行不过水处理，从而建立一个新的包含桥梁工程的平面二维水动力数值模型，以研究顺河跨海大桥工程对河道壅水情况、河流流态以及河床冲刷的影响。
1 工程概况
跨海大桥工程区位于河流甲和河流乙的入海口处（图1）。为了保证人工岛对外交通联系的顺畅，拟在河流乙西岸线位修建一条顺河跨海桥，大桥起点接河流乙西侧，并自北向南入海。桥身全长1.74 km，桥宽约22 m，共计有桥墩180个，桥墩直径为1.2 m。桥墩大体上呈规则分布，大桥起点处，桥墩分布比较密集，每排横向分布4至6个桥墩，其余每排均横向分布3个桥墩。
2 二维水动力数值模型的建立与验证
2.1 基本控制方程
工程区属于河口沿岸浅海地区，区域内水平尺度远大于垂向尺度，可忽略各个水力参数在垂向上的变化，并假设沿水深方向动水压强符合静水压强分布规律，因此可以采用平面二维浅水方程作为模型基本控制方程。二维浅水方程守恒型通式为
2.2 数学方程求解
水动力模型采用有限体积法（FVM），以守恒型二维浅水方程式（1）为出发点，将方程在任意控制体积作体积分，并利用Gauss原理将体积分化成面积分。重写方程组为
由于Fx，Fy具有旋转不变性，可将Fx（U），Fy（U）在法向上的投影转换为先投影U到法向上，即将U投影到n得到，且=T（θ）-1・，再将其代入F得到F（），并根据公式Fn（U）=T（θ）-1F（）进一步求得Fn（U），从而将二维法向量计算问题转化为一维局部坐标下的黎曼问题进行求解。经旋转变换之后的FVM体积法半离散化方程式为
式（3）和（5）是等价的，都是有限体积法离散的基本方程，但式（5）把二维问题法向量计算转化为求解一维局部坐标系统下的黎曼问题，使得确定数值通量更为便捷。
2.3 数值模型的验证
平面二维水动力数值模型采用大、小两重模型嵌套进行计算（图2）。其中，大模型包含研究区域附近3个海湾，开边界位于两个沿海城市A、B的潮位观测站连线上；小模型是以人工岛为中心、沿岸宽33 km的扇形区域，开边界设置在河流甲、乙的入河口处以及弧形外边界。大模型与小模型之g主要的数据交换是潮位过程，即通过大模型模拟整个流场，为小模型的弧形边界提供符合流场整体物理特征的潮位过程。
根据有限体积法，采用三角形网格对模型进行离散（图3），其中大模型共计网格节点2 283个，计算时间步长10 s，小模型网格节点6 153个，最大空间步长1 000 m，最小空间步长10 m，计算时间步长为0.5 s。
涡黏系数直接影响模型计算的稳定性。在小模型中，为准确描述各种涡的形成，采用Samagorinsky亚网格尺度模型来计算涡黏系数，其公式为：
在数值模拟计算中，河床糙率系数的作用很关键，它反映了边界粗糙程度、河床条件等对水流阻力的综合影响，文中小模型计算时底部糙率取值在0.012～0.022之间。
采用入海口处冬季2011年2月25日9：00-26日13：00的大潮和3月5日8：00-6日12：00的小潮水文观测资料对模型计算出的潮位、流速和流向进行了验证[15]。验证内容包括图4所示的H1、H2两个潮位点和V1至V8共8个潮流点的潮位、流速、流向。限于篇幅，本文只给出了H1、H2点的潮位验证图和V1、V2点的流速和流向验证图，见图5、图6。
从图5和图6中可以定性地看出潮位、流速和流向的模拟值与实测值吻合较好，模型计算较为准确。为了定量地评价模型的性能，本文采用基础统计量均方根误差（root-mean-squared error，RMSE）
经计算，得出各观测点潮位模拟值与实测值的均方根误差在3.3～6.4 cm之间，流速模拟值与实测值的均方根误差在0.03～0.04 m/s之间。可见，误差较小，说明模型可以较好地模拟人工岛附近海域的流动规律，能够为跨海大桥工程的模拟提供必要的水动力条件。3 跨海大桥工程对河道的影响分析
桥梁工程势必对河道行洪产生影响。考虑到顺河跨海大桥纵轴线方向与河岸平行这一特殊性，本文将从河道壅水、河流流态以及河床冲刷三个方面分析工程对河道的影响。
3.1 河道壅水影响分析
依据上述平面二维水动力模型，模拟了河流甲、乙在跨海大桥工程建设前、后洪峰时刻的河道水位，见图7。
根据两种工况的模拟结果，可以发现在建造跨海大桥后，甲、乙河流的水位均有升高趋势，其中河流甲水位最大上升高度为5 cm，平均上升高度仅为1.65 cm，河流乙水位最大上升高度为6 cm，平均上升高度为3 cm。这是由于桥墩的存在使河道的过水断面减小，水流在上游收缩，下游扩散，加上桥墩本身的阻力作用，使河道产生壅水。在两条河的交汇段，由桥梁工程造成的河道壅水现象不明显，这主要是因为在河流交汇后，过流断面突然增大，加上河流乙因壅水使得过流能力有所减小所致。
综上所述，顺河跨海大桥工程对河道壅水的影响不大。
3.2 河流流态影响分析
当河道中的水流遇到阻水建筑物时，水流就会从建筑物两侧或缝隙中通过，从而导致河流多处处于紊动状态，流态发生很大的改变，产生一系列脉动、涡旋等运动形态。在桥梁工程的建设中，桥墩常呈圆柱形，水流流至桥墩正前方时，墩柱前沿会受到水流高压影响，且水流遇到桥墩后分向两侧，导致桥墩两侧壅水，局部流速加大，桥墩后形成回流区，并产生涡旋[16-17]。涡旋在一定程度上影响了水工建筑物的桩基稳固以及河道的航运安全，有必要对其造成的影响进行分析。
本文利用上述数值模型，模拟了河道遭遇50年一遇洪水时，桥墩附近在洪峰时刻的平面流场情况，分析了人工岛和顺河跨海大桥工程对河道涡旋产生的影响。
图8分别为无桥有岛（a）、有桥无岛（b）和有桥有岛（c）三种工况下，河流的局部平面流场模拟结果。根据图（a）和图（c）的对比，可以明显看出，在没有跨海大桥的工况下，虽然受人工岛的影响，水流具有分流现象，但并未产生涡旋；而修建跨海大桥后，由于桥墩的阻水作用，墩台周围产生了具有高紊动和高流速特性的局部水流，水流在桥墩圆壁上产生边界层流动而损耗能量，当紊动逐渐加剧时，水流会在临界点发生分离，速度由正向变为负向，形成墩后回流，而另一部分水流则继续向下游流动并形成自由剪切层，由于该桥为顺河桥，向下游流动的水流会继续遭遇桥墩，做圆柱绕流，因此在每个桥墩周围都会产生许多小涡旋，并不停地向下游传播和发展。由此可知，跨海大桥的建立是导致河道涡旋产生的直接原因。根据图（b）和图（c）的对比，可以发现，在有桥无岛的工况下，河道内的涡旋仅为桥墩附近的小涡旋；而在人工岛和桥梁工程的双重影响下，整体桥梁周围的河道流场上还形成了一个大涡旋。可见，人工岛的存在对涡旋具有一定影响。
综上所述，跨海大桥的建立会造成河流流态的显著变化，且桥梁的纵轴线方向使得产生的涡旋更加复杂。这些涡旋会对河床产生很大的切向力，并在桥墩周围形成局部河床冲刷，威胁桥梁的安全。因此有必要通过具体的计算来分析河床冲刷的影响（详见3.3节）。
3.3 河床冲刷影响分析
在天然状况下，由于流域的来水、来沙及河床边界条件的不断变化，河床形态总是处在不断的冲淤变化过程中，但在长时间内，冲淤量可以相互补偿，河道处于一个相对平衡的状态[18]。而由于跨海大桥工程的建立，该平衡会遭到破坏，桥墩的存在使得过流断面收缩，河流流速增大，水流挟沙能力增强，且桥墩受单方向作用的径流和周期变化的潮流两种水流形式共同作用，水文和河床变形较为复杂，会有一定冲刷作用。但当前国内对于潮流冲刷认识还不够深入，只是认为潮流的最大冲刷深度可借鉴单向流的冲刷深度，李梦龙[19]总结了前人在这方面研究的主要两种观点，第一种认为潮汐冲刷与单向流冲刷深度相同，只是发展速度缓慢，第二种认为潮汐冲刷比单向流冲刷深度小，并给出了折减范围。因此本文以百年一遇洪水作为前提条件，计算桥墩单向流冲刷深度，并以此作为最大冲刷深度。
桥梁的单向流冲刷包括自然演变冲刷、一般冲刷和局部冲刷，由于河流甲、乙的河床基本稳定，自然演变冲刷影响较小，因此采用一般冲刷和局部冲刷相叠加的结果对河床的冲刷影响进行分析。一般冲刷是指由于桥梁建筑物侵占河流的过水断面，使水流流速及挟沙能力增大而造成的河床冲刷，局部冲刷是指桥墩周围的马蹄型涡流造成的河床_刷[20]。
一般冲刷采用《公路工程水文勘测设计规范》JTGC 30-2002中规定的黏性土河床桥墩的一般冲刷公式：
式中：hp为桥下一般冲刷后的最大水深（m）；Ad为单宽流量集中系数；QP为频率为P%的设计流量（m3/s）；Q2为桥下河槽部分通过的设计流量（m3/s），当河槽能扩展至全桥时取QP；QC为天然状态下河槽部分设计流量（m3/s）；Qtl为天然状态下河滩部分设计流量（m3/s）；Bcj为河槽部分桥孔过水净宽（m）；μ为桥墩水流侧向压缩系数；hcm为河槽最大水深（m）；hcq为桥下河槽平均水深；IL为冲刷坑范围内黏性土液限指数，取0.17。
局部冲刷采用《公路工程水文勘测设计规范》JTGC 30-2015[21]中黏性土河床桥墩的局部冲刷公式计算桥墩的局部冲刷：
式中：hb为桥墩局部冲刷深度（m）；Kζ为墩形系数；B1为桥墩计算宽度；hp为桥下一般冲刷后的最大水深（m）；V为一般冲刷后墩前行进流速（m/s）；IL为冲刷坑范围内黏性土液限指数。
在桥址处沿河道顺流方向选取四个点，按照上述公式进行桥下河床冲刷深度计算。计算结果见表1。
从表1中可以看出，一般冲刷深度和局部冲刷深度各占50%左右；在设计流量相同的情况下，水位越高的地方，冲刷深度越大；河床最大冲刷深度为0.83m，未超过1 m。根据《公路工程水文勘测设计规范》JTC 30-2015[21]，特殊大桥基底埋深安全值为2 m，由于本工程桥梁基础较深，因此本工程满足桥梁基底埋深安全标准。冲刷深度对桥梁自身安全不会构成大的威胁。但对桥墩和附近的河道采取适当的保护措施是有必要的，如在桥墩周围河床铺设粗颗粒材料防护层或抛石；在桥墩周围设立护脚和沉箱，防止下冲流和马蹄形涡流直接冲击泥沙颗粒等。
4 结语
本文以连通某人工岛的顺河跨海大桥工程为范例，以该区域平面二维水动力数值模型为计算工具，分析了跨海大桥工程对河道的影响。
研究表明，跨海大桥工程的建立会导致河道的水位有所升高，最大壅高为6 cm，但整体河段并未出现大幅度的水面壅高现象；而工程产生的最大影响是引起了河流流态的改变，水流会在桥墩周围做圆柱绕流，形成许多小涡旋，对桥墩造成局部冲刷影响，且由于桥墩排列方向与河道水流方向一致，涡旋会向下游发展和延伸，并在人工岛和桥墩的双重作用下，形成一个河道局部大涡旋，这些影响会加大水流对河床及桥墩的冲刷作用；通过对桥梁一般冲刷和局部冲刷的计算，可知发生洪水时，河床最大冲刷深度为0.83 m，冲刷造成的影响不会对桥梁安全构成威胁。但与正交桥相比，这种顺河大桥会引起河流流态的改变，在桥墩周围形成涡旋，造成局部冲刷，产生较大范围的局部阻水现象。这样出于防洪安全考虑，应该尽量避免这种顺河大桥的建设。
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