淮河入江水道归江建筑物下游大桥对过流影响的分析

奚　望　宋为威

（扬州大学　扬州　225009）

淮河入江水道归江建筑物下游大桥对过流影响的分析

奚望宋为威

（扬州大学扬州225009）

本文就淮河入江水道控制建筑物——万福闸下游新建的万福大桥，从泄流速度变化和桥墩对河道流态的影响，以及河床可能产生的演变几个方面对泄洪河道大桥桥墩的过流影响进行了初步分析，提出了万福闸运行过程中要注意监控下游新万福大桥对河道河床的影响，通过开闸方式控制桥墩下游流态，保持下游河床的稳定。

桥墩过流流态流速

万福闸位于江苏省扬州市区东郊，处于扬州城区和江都城区之间，曾是扬州市区至江都区的重要通道之一，是联通江都与扬州的枢纽。1960年建成，是淮河入江水道的主要控制工程，设计最大泄洪流量7460m3/s，校核流量8820m3/s，65孔，每孔净宽6m，是一座以泄洪为主，兼有灌溉、航运、城市供水等多功能的大型水闸。1991年淮河流域发生特大洪水，经加固后的万福闸排洪7600m3/s，当年排入长江水量4.70×1010m3。为确保淮河流域安澜、改善邵伯湖沿湖地区灌溉用水条件发挥了显著的作用。

随着城市建设发展，原有利用万福闸上交通桥联系扬州城区和江都镇的设计满足不了交通发展的需要，于是建设新万福大桥，新建万福大桥位于万福闸下游，连接扬州城区重要的东西走向的大通道——新万福路，桥宽22m，万福大桥建于万福闸以南240m处、跨越宽度在500m左右的廖家沟。

新万福大桥由于是自锚式悬索式桥，除4个靠近河岸的小桥桩外，还有两个巨大的锚塔下桥墩，这些大型桥墩的出现，改变了原有过流水流环境，除对泄洪流量产生影响外，还对河道建桥处水流流态、流速等产生影响。文章拟从泄流速度、过流流态、河床稳定三个方面分析其对周边水流环境的影响。

1　桥墩对过流速的影响分析

根据有关资料，结合万福大桥处过流断面CAD图，可以算出无桥时建桥位置的过流面积为4030m2，对应校核流量8820m3/s的断面平均流速为2.18m/s，图1（b）部分为无桥墩的过流断面；有桥时，由于有墩的阻水影响，其对应位置的过流面积变为3822m2，相应于校核流量8820m3/s的断面平均流速为2.3m/s，图1（a）部分为建桥后同一位置泄流断面。可以得出有桥和无桥时，校核流量对应的断面平均流速之差为0.12m/s，建桥断面的断面平均流速增大了6%。

河流断面流速分布正常情况下是河道中间流速大一些，靠两侧岸边流速小一些。未建桥时，该断面流速分布仅有一个河中间大流速区；建桥后，在两个主桥墩的分隔之下，形成3个中心大流速区，由于过流断面的减小，流速会进一步增加，在近岸大流速区的带动之下，河道近岸处流速有着明显的增大，近岸处流速的增大，会对河岸产生冲刷，断面流速分布不均，还会引起河底形态发生改变。

万福大桥桥墩还会引起万福闸和万福桥之间泄流期水位的变化，如果泄流量小，桥上游壅水低，流速变化小，桥墩引发的涡流小，则冲刷作用相对弱；如果泄流量大，桥上游壅水高，上、下游水位差变大，泄流流速提高，桥墩下游涡流的强度增大，对河岸和河床可能产生的冲刷作用增强。如桥后水流不断冲刷河床、河岸，下游堤岸有可能会受破坏，河床也因此失去原有的稳定状态。

2　桥墩周边流态对河道影响的分析

万福大桥建成后，大桥墩将过流断面水流分成三部分，桥墩两侧流速和桥墩墩后的流速不一样，两侧水流流速大，墩后中间部位流速较小，这样的断面流速分布，就会引发两塔墩后漩涡流。万福大桥桥墩最宽处约为8m，这个宽度足以在桥墩墩后引发较大涡流，且涡流随泄流量增大而增强，这种不稳定的漩涡彻底改变了未建大桥前该断面的流场分布，会对下游的河岸、河床稳定造成很大的影响。

根据实测资料制作的万福闸下游河道的模型实景图可以看出，在万福闸下游未建万福大桥前，几十年泄流冲刷，虽使下游河床变得沟壑纵横，河岸蜿蜒弯曲，但河道的河岸、河床也形成了稳定的形态。新万福大桥的建成，桥墩后的涡流和分割的新的流速区，在桥墩断面处产生了新的水流流态，这将不仅改变了原有的泄流流态，使一些原先流速较大的区域流速变小，而一些流速小的区域流速变大，而且增加了墩后涡流区，进而使多年来冲刷稳定的该区域稳定失衡，改变河岸、河床原有的稳定形态。新的断面流态引起的河床、河岸稳定失衡，会产生连锁效应，新的河床地形地貌，又会引发新的流态变化，新的流速场变化。如此往复，下游河床在新桥墩作用下，要形成一个稳定形态，需通过一个连锁形成的复杂的流场作用，经过一个漫长的河床的迁徙稳定过程，达到一个新的河岸、河床稳定期。

3　大桥对下游河床稳定的影响分析

新万福大桥的兴建，打破了原有的万福闸下游流场的分布，下游河床、堤岸在新的流场作用下会产生变化，以适应新流场。未建大桥前万福闸下游240m处的河床高程在-2m左右，而800m处的河床高程骤降至-20m，图2是万福闸下游的复杂河床形态的CAD图。这一河床高程变化较大的地貌，是多年泄洪形成的稳定冲刷形态。现在由于新建桥墩的阻流，水流在其下游产生强烈涡流，涡流一方面减小有效过流断面，增加过流速度；另一方面会扰动河床，引起冲刷。如果新流速临近或大于泥沙启动速度时，河床泥沙会移向下游，出现冲刷坑。从资料中可以知道，万福大桥下游冲刷范围内既有软土又有砂土，均是不利于水利工程稳定的土层，淤土承载能力弱，不利于河岸稳定，砂土抗冲能力较弱，行洪时经常造成坍岸，河床冲刷。一系列新的不稳定因素决定了在新建大桥流场作用下，大桥下游河床稳定会产生变化，经过多年演变下游河床目前已稳定，而新冲刷流态的出现，势必对下游河床的稳定产生破坏。

概括起来，大桥对下游河床稳定的影响主要在两个方面：一方面是桥墩引发的泄流新流态使建桥前断面下游河床河岸产生新的冲刷问题；另一方面，新的冲刷会引发河床河岸失稳，而要形成稳定的形态，需要较长的时间和过程同时这个过程极易产生河岸变形危害。

4　结语

新万福大桥的兴建不仅对泄洪过流量产生影响，也会对桥位下游河流泄洪的流速、流态、流床河岸冲刷稳定产生很大的影响，因此在新建万福大桥后，必须加强对大桥下游河床、河岸稳定的监测工作，做好应对预案，保障泄洪河道安全泄流。同时对泄洪河道上新建的类似宽墩大桥，设计运行管理过程中，不仅要在泄流量上考虑其影响，还要分析其对下游河床河岸稳定的影响

（专栏编辑：顾梅）