1拟建桥梁工程以及工程水域概况
拟建桥梁跨越富春江大源溪口和东洲岛，处在富春江和大源溪的交汇处，总长3．3km。工程水域位于富春江富阳鹳山卡口下游，富春江出富阳鹳山卡口后，江面渐宽，上游带来的沙砾石等粗颗粒物质易于在此停留，形成较多的沙洲。在富阳至闻家堰约26km的河段，分布有东洲岛、新沙岛、长安沙等沙洲［3］，见图1。富春江电站多年平均径流量952m3/s，年际分布不均，年内分配呈单峰型，3～6月(或4～7月)为丰水期，径流占全年的70%。梅汛期富春江洪水过程以复峰居多，历时长;台风期富春江洪水过程以单峰居多，历时较短。
2模型建立
2．1一维动床数学模型建立及验证
一维动床数学模型包括水流连续性方程、运动方程、悬沙输移方程以及河床变形方程。由于钱塘江河口段潮汐、径流、河床三者的非线性关系对河口段洪水位有显著影响，大洪水期间河床冲刷显著［4－5］，如利用动床和定床分别计算一场大洪水过程，洪水位差值最大可达2m。因此，采用考虑河床变形的一维动床数学模型是非常有必要的。一维数学模型范围从富春江电站至澉浦，并模拟了2011年6月16日洪水，验证结果见表1。由表可知，高水位验证良好，可以为二维数学模型闸口提供边界条件。
2．2二维数学模型建立及验证
二维数学模型包括包括水流连续方程、水流动量方程。各式中，z0为河床高程，m;u，v分别为x，y方向上的垂线平均流速分量，m/s;h为水深，m;g=9．8m/s2为重力加速度;Cz为谢才系数，取Cz=1nh1/6，n为糙率系数;εx，εy分别为x，y方向的涡动扩散系数;x，y为直角坐标;t为时间。在一定的初始和边界条件下，利用有限体积法可求得数值解［6］。其中，模型的主要参数为糙率系数n，取值为0．035～0．015，从电站到下游闸口依次减小。本次二维数学模型上边界取在富春江电站，下边界取在闸口断面，整个计算域的面积为111km2。计算域内的网格布设考虑了水流、地形梯度的差异，对水流、地形复杂河段以及工程附近区域的计算网格作了加密，以便更好地反映该地区水流、地形变化特征，保证流场模拟精度。整个计算域内共布设58566个三角形单元，31867个有效节点，最小空间步长为3m，水流计算的时间步长为0．2s，工程水域地形采用最新的实测地形资料，并且采用8个CPU进行并行处理［7］。若二维模型从富春江电站建至河口段澉浦，势必将增加2万～3万个三角形网格，影响整体计算速度。因此，一、二维模型结合能够提高计算效率。对于此平面二维数学模型仍采用2011年6月16日洪水进行验证。结果表明，无论水位还是流量，计算值和实测值均吻合较好，本文建立的模型能准确模型富春江水域的水流情况，结果可信。
3建桥对水域影响分析
采用等阻水面积法对桥墩进行了有效的模拟，桥梁在20a一遇水位下阻水率大概为5．3%。考虑到富春江主干流为Ⅲ级航道，最高通航水位为20a一遇，因此本文以25a一遇为例来分析建桥对富春江水域的影响。上游采用20a一遇电站洪峰流量的一个洪水过程，下游澉浦采用5%高潮位保证率的潮位过程，闸口以下地形为平均江道地形，利用一维模型求得闸口水位过程再提供给二维模型作为下边界。
3．1建桥对水位的影响
由20a一遇洪水作用下建桥引起的洪水位变化等值线可知，建桥引起的洪水位变化主要为桥墩附近及桥位上游，由于桥墩的阻水作用和河道过水面积的减小，上游洪水位雍高，在桥墩前沿10m处有0．05m的雍高，越靠近上游影响越小，下游侧水位呈现减小趋势，减幅小于0．01m。
3．2建桥对流速的影响
由20a一遇洪水作用下建桥引起的流速绝对值和相对值变化等值线可知，建桥对流速的影响主要发生在桥位附近，上游0．2km以外，下游1km以外，基本没任何影响。由于桥墩的压缩作用，大桥通航孔和桥墩间流速均有增加，最大幅度及变化最大百分比均出现在南主墩附近，绝对流速增幅最大为0．45m/s，其百分比增大最大为30%。此外，由于桥墩的隐蔽作用，墩后流速有较大幅度的减小，绝对值减小在0．5m/s以上，减幅可达50%，且表现为距离桥墩位置越远影响越小。
3．3建桥对通航孔流态影响分析
桥梁的建设将引起桥位附近通航孔流向发生变化，因此，需分析桥梁的建设对通航孔流态的影响，图2为航道线与桥梁工程相对位置示意图，由图可知，桥轴法线与Ⅲ级航道中心线基本一致，与Ⅳ级航道中心线夹角12°。Ⅲ级航道中心线距离北主墩129m，即A2点离北主墩距离;Ⅳ级航道中心线距离南主墩71m，即A4点离南主墩距离。在桥址处，工程前水流落急流向与航槽走向有一定夹角，见表2。在20a一遇洪水下，Ⅲ级航道内夹角约3．4°～5．4°。Ⅳ级航道内落急流向与航槽走向夹角较小，代表点A4为0．4°。工程后，受航槽南北两侧的桥墩共同挤压，对于Ⅲ级航道而言，尤其是受北主墩的挑流作用，航槽内水流大部分往南偏，与航槽走向夹角变小，工程后夹角为2．4°～5．4°。对于Ⅳ级航道而言，受南主墩导流作用明显，代表点A4与航槽夹角由原来的0．4°增大为1．7°。桥轴线上游0．2km以外，下游1km以外流向基本不变，总体上对航槽流态影响较小。从桥轴线与水流流向的关系来看，船舶过桥孔时最理想的情况是水流与桥轴线垂直，即水流与桥轴线法线方向夹角为0°，船舶要克服漂角过桥孔有一定难度，操作不好直冲桥墩，造成海事事故。桥位轴线与航道走向基本垂直，但与落急流向有一定夹角。从表3可知，拟建线位Ⅲ级航道处在20a一遇洪水下，工程前落急时刻水流与桥轴线法线夹角为4．6°～6．0°，平均夹角为5．4°，Ⅳ航道处代表点A4工程前落急时刻水流与桥轴线法线夹角为10．1°。工程后由于桥墩的挤压，Ⅲ级航道处落急时刻水流与桥轴线法线夹角为3．6°～6．0°，4．9°，Ⅳ航道处代表点A4工程后落急时刻水流与桥轴线法线夹角为8．0°，总体变化幅度相对较小。
3．4建桥对河床冲淤变化的影响
桥梁工程实施后，附近水域流速发生了一定程度的变化，流速的变化势必引起工程附近相应水域河床的冲淤变化。为了解工程的实施对附近水域河床的冲淤变化，在水流模型的计算基础上，根据经验对工程水域河床进行了相对冲淤估算(不考虑普遍冲刷和局部冲刷)。
4结论
(1)本文利用一维动床和二维定床结合的方法计算分析了近口段富春江水域上桥梁建设对周边水域的影响，避免了过大的计算模型范围，节省了计算时间;同时有效考虑了下游洪水期间河床变形的影响，且能利用无结构网格对桥梁工程进行无限加密来进行高精度模拟。值得进一步推广利用。(2)利用平面二维数学模型分析了建桥对水位、流速、河床冲淤以及对通航孔流态的影响宏观经济论文。总体来讲，建桥对周边水域的影响主要集中在桥位附近，对水位、流速、河床变形以及通航影响有限，离桥墩越远，影响越小。
作者：郑国诞 李志永 程文龙 凯华 单位：浙江省水利河口研究院
