南宁市新村大道越江桥工程二维水流数学模型分析计算.docx
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1、南宁市新村大道越江桥工程二维水流数学模型分析计算摘要:本文通过对桥梁所在河段建立二维水流数学模型,计算桥梁建成后产生水位、流态变化,探讨利用二维水流数学模型分析建设项目对防洪工程的影响。关键词:二维水流数学模型, 壅水 ,流态变化引言 根据河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则(试行)要求,在河道管理范围内建设的项目须编制防洪评价报告,报告主要分析建设项目对河道产生流态变化以及壅水影响。通过对建设项目所在河段建立二维水流数学模型,可以计算出建设项目对河段产生的流态和水位变化,从而定量分析建设项目对现有的防洪工程产生影响。 一、概况 南宁市新村大道越江桥工程位于清川大桥(四桥)上游2.2km
2、处。桥南岸为陈坡村,桥北岸接西乡塘老街附近已建成的新村大道。 大桥结构形式为主桥独塔单索面斜拉桥,塔、梁、墩固结体系。桥梁采用的防洪标准为100年一遇,桥下构桥墩为主要阻水建筑物,河道中布置三个桥墩,其中主桥独塔下桥墩阻水较大,横向阻水宽10m,形式为双矩形柱式桥墩,其余两座引桥桥墩也为双矩形,纵向长3.75m,横向宽3.0m。 南宁市防洪工程防洪标准为50年一遇,右江上游百色水利枢纽建成后,南宁市防洪标准可达100年一遇;修建老口水利枢纽后,南宁市的防洪标准可达到200年一遇。新村大道越江桥两岸的堤防分别为江北西堤和河南西堤,两段堤防防洪标准均为50年一遇。 二、二维水流数学模型计算原理 (
3、一)控制方程 二维非恒定运动方程为: 式中:t时间坐标; x、y纵向、横向坐标; (1) g重力加速度; f柯氏系数; zy床面高程; h垂线水深; z水位; u、vx、y方向的垂线平均流速; n河床糙率; 紊动粘性系数。 (二)求解方法 采用边界拟合坐标技术对模拟区域进行坐标变换。坐标变换后可将XY平面上不规则的物理区域变换为坐标系下的矩形区域。变换关系如下: (2) 式中,P、Q为调节函数。坐标系下的水动力方程为: (3) 式中, 用有限差分解法对变换后的方程(3)进行离散,采用交错网格技术,采用ADI法对方程组进行数值求解,计算得到各个控制节点的水位、垂线平均流速。采用(Alternat
4、ing Direction Implicit)法求解。 三、模型的率定和计算方法 模型的上边界条件为流量,下边界条件为水位,模型糙率率定的方法一是根据一维数学模型选定的糙率作为初始值,计算河段长为1811m,通过计算其上边界条件水位的平均值与一维成果基本相同,绝对误差小于1cm;二是根据实测洪痕资料进行分析,本次以2001年邕江实测水位流速进行比对,模型计算出的水位成果和实测的一致,南宁水文(三)站位于本次分析计算河段范围内,模型计算出的相应断面水位和实测水位是一致的,计算的流速大小、分布和水文站实测值基本一致,误差均小于5%,由此率定出的河段糙率作为本次分析计算的依据。 四、计算单元网格划分
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