（环境工程专业论文）桂林市桃花江桥梁建设工程的防洪影响研究.pdf

桂林工学院硕士学位论文 摘要 随着“两江四湖”工程的启动，桃花江已经成为桂林市著名的旅游景点之 一，为了人们交通的便利，在桃花江上进行了修建康桥和改建胜利桥的工程。 本文即针对工程建设前后其上下游河段的河势进行模拟、预测，评价工程对防 洪的影响 该河段位于桃花江下游两个小“s ”形的河道上，对河道历史与近期演变 情况进行分析表明，河床没有明显的变迁和漂移情况，河床稳定；由于存在凹 岸冲刷，凸岸淤积的现象，凹岸的水位比凸岸的水位高，两处“s ”形河段凹岸 水位增高值分别为0 0 3 4 m 和0 0 2 4 m ；河道演变趋势分析表明，河床的纵向稳 定系数为3 3 3 5 o o ，横向稳定系数为0 6 l o 6 7 ，综合的稳定指标为1 2 1 1 8 1 ，该工程河段的河床稳定，利于工程建设。 在防洪评价计算中，由于工程的进行，所建桥梁对过其断面的水流有一定 的阻碍作用，因而在其断面上游一定距离的范匿内水面会有所壅高。胜利桥重 建后洪水水位的壅高值为0 0 4 0 m o 0 8 0 m ，桥位断面水位壅高值为0 0 2 0 m 0 0 4 0 r e ；康桥建后洪水水位的壅高值为0 0 4 6 m 0 0 8 7 m ，桥位断面水位壅高值 为0 0 2 3 m 0 0 4 4 m ，由于桥梁占用一定的过水面积，致使桥下的水流速度增加， 因而水流对河床和桥墩的冲刷会增强，经计算胜利桥断面河床最大冲刷深度为 1 0 9 1 m ，桥墩的冲刷深度为1 5 5 ；康桥断面河床最大冲刷深度为1 1 1 l m ，桥 墩的冲刷深度为1 2 2 m 。 在对给定河段进行的模拟分析中，应用r i v e r 一2 d 软件对5 频率下的洪水 进行模拟分析。根据模拟的结果可知，各种情况下的模拟结果总体上表明了模 型合理反映了天然河道的行洪规律。河道中央流速大，两岸流速小；河道凹岸 水位高，凸岸水位低。从建桥前后对比，建桥后能够引起桥位断面河水流速和 河流主流线的流速稍有增大，但均不明显。因此，建桥对河势的影响很小。 该论文的研究意义在于将软件应用于实际的模拟之中，对河势的变化有一 个直观的了解，还在于判断河道工程对河势的影响。 关键词：稳定系数；壅高：冲刷：模拟：河势 桂林工学院硕士学位论文 a b s t r a c t w i t hs t a r t u po f “d r e a m so nw a r e r p r o j e c t t a o h u af i v e rh a sb e c o m eo n eo f f a m o u st r a v e li n d u s t r ys i t e s p r o j e c tt h a ta r ek a n g q i a ob r i d g e - b u i l da n ds h e n g l i q i a o b r i d g e r e b u i l di sg o i n ga l o n gf o rt h es a k eo ft r a f f i cc o n v e n i e n c ef o rp e o p l e t h i s t e x ts i m u l a t e sw a t e r - s t a t ei nt a o h u ar i v e ru n d e rp r e - p r o j e c ta n dp o s t - p r o j e c t ，t h e n e v a l u a t e se f f e c to f p r o j e c to np r e v e n t i n gf l o o d 1 1 矗sr e a c hs i t u a t e sw a t e r e o 峨t h a tf o r m s si nl o w e rr e a c h e so f t a o b ur u i v e r b ya n a l y z i n gi n s t a n c eo fh i s t o r i c a le v o l v e m e n t ，w ek n o wt h a tr i v e r b e dd i dn o t o b v i o u s l yo c c u ri l l s t a r l c co fv a r i a n c ea n de x c u r s i o n , a n dr i v e r b e dw a ss t a b l e b y a n a l y z i n gi n s t a n c eo fp r e s e n te v o l v e m e n t ，w ek n o wt h e ea r ep h e n o m e n at h a t h o l l o wr i v e r s i d ei se r o d e d a n dp r o t r u d e n tr i v e r s i d ei sf i l l e du p w a t e rl e v e ri sh i g h e r a lh o l l o wr i v e r s i d et h a na tp r o t r u d e n tr i v e r s i d e ，v a l u ea r e0 0 3 4 ma n d0 0 2 4 m , r e s p e c t i v e l y b ya n a l y z i n gi n s t a u c eo ff u t u r ee v o l v e m e n lw ek n o wt h a tl e n g t h w a y s s t e a d y - t o e f f i c i e n to fr i v e r b e di s3 3 3 5 0 0 。a n dt r a n s v e r s t e a d y - o o e f f i c i e n ti s o 6 1 o 6 7 ，t h e ns y n t h e t i c a ls t e a d y - i n d e xi s1 2 l 1 8 1 r i v e r b e di ss t e a d yi nt h i s r e a c hb ya n a l y z i n ga n dc a l c u l a t i n g a n di ti si nf a v o ro f p r o j 毗 i np r e v e n t i n g - f l o o de v a l u a t i n ga n dc a l c u l a t i n g , b r i d g e sb l o c kc u r r e n tt h a tg e t a c r o s sb r i d g e p o s i t i o n s ow a t e rl e v e rm a y b er i s et o $ o m ee x t e n to fu p r i v e ro f b r i d g e - p o s i t i o n f l o o d w a t e rl e v e lw i l lf a r t h e s tr a i s eo 0 4 m o 0 8 ma f t e rr e b u i l d i n g s h e n g l i q i a ob r i d g e ，w a t e rl e v e lw i l lr a i s e0 0 2 m 0 0 4 mi nt h eb r i d g e - p o s i t i o n ； f l o o d w a t e rl e v e lw i l lf a r t h e s t r a i s e0 0 4 6 m 0 0 8 7 ma f t e rb u i l d i n gk a n g q i a o b r i d g e w a t e rl e v e lw i l lr a i s e0 0 2 3 m 0 0 4 4 mi nt h eb r i d g e p o s i t i o n v e l o c i t yo f f l o ww i l lr i s eb e c a u s ea r e at h a tw a t e rg e ta c r o s sw i l lr e d u c e ，s oc u r r e n tw i l lh e a v i l y e r o d er i v e r b e da n dp i e r , t h em a x i m a le r o s i v ed e p t ho fr i v e r b e di s1 0 0 7 m ，e r o s i v e d e p t ho f p i e ri s1 4 2 ma ts h e n g l i q i a ob r i d g e t h em a x i m a le r o s i v ed e p t ho f r i v e r b e d u 桂林工学院硕士学位论文 i s1 5 6 5 m , e r o s i v ed e p t ho f p i e ri s2 0 4 ma tk a n g q i a ob r i d g e t os i m u l a t ea n da n a l y s ef l o o d w a t e ra t5 f r e q u e n c yw ea p p l yf o rr i v c r - 2 d s o f t w a r e a c c o r d i n ga so u t c o m eo fs i m u l a t i o n , w ek n o w ，o u t c o m ei n d i e a t ct h a t m o d e ii sr e a s o n a b l e ，w h i c hr e f l e c tl a wo ff l o w - r u ni nn a t u r a lw a t e r c o u r s e v e l o c i t y o f f l o wi sh i 曲i nm i d d l eo f w a t e r c o u r s e ，v e l o c i t yi sl o wi ns i d e so fr i v e r ；w a t e rl e v e l i sh i 曲i nh o l l o wr i v e r s i d e , w a t e rl e v e li sl o wi np r o t m d c n tr i v e r s i d e a f t e rb u d d i n g b r i d g e ，v e l o c i t yo f f l o ww i l lr i s ei nb r i d g e - p o s i t i o na n di nm a i n s t r e a mo fc u i t e n tv s b e f o r eb u i l d i n gb r i d g e ，b u te l e v a t o r yr a n g ei sn o to b v i o u s s ob r i d g e - b u i m w i l l n o to b v i o u s l ya f f e c to i lw a t e r - s t a t e t h ei n t e n to ft h i st e x ti st oa p p l yf o rt h es o f t w a r ei np r a c t i c e ，a n di no r d e rt o a c q u a i n td i r e c t l yv a r i e t yo fr i v e r - s t a t e , t h e nh e l pe s t i m a t ee f f e c to fp r o j e c to i l f i v e r - s t a t e 。 k e yw o r d s ：s t e a d y - c o e f f i c i e n t ；r u n u p ：e r o s i o n ；s i m u l a t i o n ；w a t e r - s t a t e ： p r e v e n t i n g - f l o o d - e v a l u a t i o n i i i 桂林工学院硕士学位论文 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得桂林工学院或其它教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡 献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名；曼魅日期：塑亟： 关于论文使用授权的说明， 本人完全了解桂林工学院有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布论文的全部或 部分内容，可以采用影印、缩影或其它复制手段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 繇避导师繇丝日期：趔! 笸占 桂林工学院硕士学位论文 1 1 本文研究的背景 第1 章前言 桂林市位于广西壮族自治区东北部，1 9 8 2 年2 月被公布为国家历史文化名 城，1 9 9 7 年1 月，国务院将桂林市定名为全国重点风景旅游城市，早在一千五 百多年前的南朝。桂林就已经有了风景游览活动，唐宋时期尤为兴盛，除了不 断开拓沿岸的名山胜景外，城区中还疏挖河滩、栽花修路，构筑环城水路交通 与城防系统，并兼具游览功能。“两江四湖”是桂林市迄今为止规模最大的一 项环城水系通航工程该工程由桂林市委政府1 9 9 9 年提出整个构想，旨在把桂 林市中心城区建成一个大花园，即将桂林市中心区的江河湖塘与漓江、桃花江 贯通，连江接湖、清淤截污、显山露水、修路架桥、绿化荚化，2 0 0 2 年5 月， “两江四湖”一期工程全面贯通并胜利通航，如今，它己成为桂林旅游发展的 新亮点。为了提升桂林整个城市的防洪泄洪功能，“两江四湖”即将开始第二期 扩建工程的建设。该工程北起西环路桃花江大桥，南至象鼻山桃花江与漓江汇 合处，途经西门桥、南门桥、虹桥坝和文昌桥。为了人们交通的便利，在该河 段拟新建康桥和改建胜利桥。因而该桥梁工程对行洪的影响评价就显得格外的 重要。 鉴于此，本课题在对桃花江河段实地调查研究的基础上，根据桂林市防洪 总体规划的要求，通过运用r i v e r 一2 d 河流水力模拟软件对河流的洪水流态进行 模拟，得出在5 洪水频率下桥梁工程建设前后的断面理论水位，对拟建桥梁工 程进行防洪评价。 1 2 国内外研究的现状和进展 洪水不仅能够给人们的生命带来严重的威胁，给财产带来巨大的损失， 桂林工学院硕士学位论文 也能够给环境带来严重的破坏。因此为了减少洪水所带来的危害，必须对洪水 进行准确的预报。只有掌握了洪水的演变规律，2 j 。能正确进行防洪治理的规划， 这些实际要求的提出，客观上推动了洪水模拟的发展。 1 9 6 0 年前后计算机技术引发的数字革命，使水循环各过程模拟得以综合集 成，为水文数学模拟奠定了基础，而洪水的模拟是水文模拟的重要研究课题之 一。1 9 6 9 年，c u n g e “1 用t a y l o r 级数展开一种由偏心差分格式离散的差分方程， 导出了一种实用的洪水演算方法：m u s k i n g u m - c u n g e 法。7 0 年代初期，b o x j e n k i n s 脚从水文时间序列分析角度提出了自回归滑动平均模型和转移函数噪 声模型方法，从而将时间序列的方法引入洪水预报领域。自从7 0 年开始，计算 水力学问世以来，描述水流运动的圣维南方程组完全求解水力学洪水演算方法 得到了较快的发展。而水力学演算方法不仅理论严谨，而且适用性强，不受边 界条件限制，可解决受变动会水或顶托影响等各种上下边界条件任意组合情况 的天然河道洪水演算问题。尤其是计算机的发展方便了圣维南方程组求解，目 前对该方程组的求解大都是使用数值解法，如追赶法模型就是其中一种简单易 懂的求值解法9 但这种方法在求解的过程中会产生一些误差，因此在实际的 工程中也常用样条插值来处理，阿克玛插值法就是一种精度较高的方法“3 。赵 入俊鲫提出的新安江三水源模型是国内著名的概念性流域水文模型，在洪水预 报和水资源评估和管理中得到广泛的应用”1 。将圣维南方程组与新安江三水源 模型结合起来，形成流域洪水预报水文水力学模型，具有较强的通用性和实用 性，适合解决流域约防洪规划与河道整治，具有推广应用的价值。近二十几年 来，各种各样的数学技术在洪水预报模拟中都有所应用，早一点的如模糊数学， 随机模型，灰色系统，8 0 年代中期陈守煜”将模糊分析应用到径流长期模拟预 报中来。李正最嗍的文章中较早的出现了水文灰色模拟预报方法，同期夏军“”、 袁秀娟1 等人作了更为深入的研究由于受气象、下垫面等众多因素的综合影 响，洪水过程具有明显的随机性，极为复杂，因而随机模拟技术就成为研究洪 水过程时空统计变化特征的有力工具，并在此基础上建立随机模型，然后根据 2 桂林工学院硕士学位论文 随机模型模拟出大量的洪水系列供实际工程设计使用“4 。从6 0 年代后期开始洪 水随机模拟至今，已提出很多的洪水随机模型，如用概率模型“”、图解相关 模型、多元线性回归模型、自回归模型、自回归滑动平均模型、时间序列模型 等，其中回归模型的理论与方法的研究较为成熟，实践经验也较为丰富“9 ，最 近由出现了一类反映洪水非线性特性的非线性模型“”这些模型都是用有限 个参数的特定函数关系来描述洪水的，为了避免参数的假定，提出了一种不需 要识鄹参数的菲参数模型，这类模鍪f 特尉适合于复杂的水文水资源系统并具有 潜在的优势“”，并避开了模型选择和参数不确定性的问题。早在9 0 年代初美国 的j a ，s m i t h 啪1 就提出了广泛应用于中长期河川径流预测的非参数统计方法。 最近邻自晨模型屡于菲参数模型m 删，后来扭继有神经网络方法、混沌分析方 法、小波分析等方法也用到洪水模拟中来。随着人工神经网络的兴起，它的许 多诱人的特性，诸如容错性、并行处理、分布式记忆等“1 ，可以使其摆脱传统 方法和技术的约柬人工神经网络虽然是一种简单的处理方法，但它具有很强 的自调能力，它通过调节其内部的连接权向量去匹配输入、输出响应，这对于 高度非线性的水文现象具有很强的仿真能力。所以，在洪水模拟和洪水预测中 的应用也越来越广泛删，并取得了较好的效果。例如张翔将变结构神经网络 用于洪水的模拟预报，覃光华用敏感神经网络进行水文的模拟预报。“。也有 人将神经网络用于河道洪水演算嘲由于水文现象存在着确定性和不确定性两 个方面，因此充分考虑到水文系统的模糊不确定性，将人工神经网络与模糊 集理论褶结合，取长补短，使其更适合水文规律，是未来洪水模拟预报豹一个 趋势。傅军等1 人将混沌这一貌似随机的不规则运动现象用于洪水模拟和预测 中来。芮孝芳等瞄3 把单一河道洪水演算系统视作单输入一单输出系统，建立了自 由下边乔情况下的洪水演算基本方程式，而后芮孝芳等“1 把受下游回水顶托影 响的河道洪水演算系统视作多输入一单输出系统，建立了可考虑下游回水顶托影 响的洪水演算基本方程式。赵永龙等”1 人将混沌重建相空间论和小波网络相结 合来揭示水文动力系统复杂的线性结构李杰友等人将反映外部影响因素的 桂林工学院硕士学位论文 线性回归模型和反映时间序列的自回归模型和周期模型综合起来进行洪水的模 拟预报，邱林、陈守煜”3 也试图用陈守煜的模糊式识别神经网络，开拓了神经 网络拓扑结构建模的新思路。y o n a sb o i b i k e 等洲运用人工神经元网络将水文 数据转化为数学规则，开辟了一条从数据中探求洪水运动波规律知识的新途径。 基于流域下垫面各个因子空间分布不均匀的特点，开发出分布式流域的水文模 型模拟，这也是当前水文学研究的热点方向之一删，1 9 7 9 年b e v e n 和k i r k b y 提 出的以地形为基础的半分布式流域水文模型- - t o p m o d e l 模型已经在水文领域得 到了广泛的应用蛔。自2 0 世纪7 0 年代以来，水文学家已经提出了众多的分布 式水文模型“”科学技术进步也为洪水模拟提供了更为充分的观测数据和开发 手段，例如卫星遥感、地理信息系统、大地卫星定位系统的应用，使碍大面 积和人类难以到达地区的水文观测能力大为提高，雷达测雨等技术的成熟使降 雨空间分布的绘图能力大为增强，稳定同位素的应用则可以了解水循环的历史 情况，这些技术都使分布式模拟得到了长足的进步和广泛的研制、应用删， 并在逐步走向实用“。如欧洲以水动力为基础的s h e 模型噼1 ，美国的d h s v m 模型 删，德国的a r c e g m o 型咖，以及在国外已有广泛应用的t o p k a p i 模型删。这 种模型可以反映时空变化的过程，因而可以描述洪水的演进的时空变化。另外 模型的模拟精度与它所适用的时间、空间尺度紧密相关。所以，新一代模型 所选取模拟对象的时间和空问尺度与新观测技术相适应，而数据库技术和地理 信息系统的应用使水文模拟发生了“革命”性的进展 在洪水演迸模型的发展过程中，早在8 0 年代初就提出了基于水文学方法豹 大湖演进模型附1 。这种模型能够很好的反映洪水在河道的演变规律，但是模 型需要的边界条件太多。因而9 0 年代。一些高等院校和科研所提出了水文学与 水力学相结合的能够得到模型范围内任意点水位和流量的模型。删。在预测洪 水的水位和流量的研究中大量使用了线性扰动模型，并且已获得了成功。 在计算机蓬勃发展的条件下不恒定流的研究产生了一个极大的飞跃，许多计算 方法和模型应运而生，解决问题的范围也不断扩大，二维不恒定流数值模拟技 4 桂林工学院硕士学位论文 术删就是在这种条件下产生发展起来的，在此技术的基础上成功的研制了一系 列的应用软件，其中二维的洪水演进模拟技术”在实际中得到了广泛的应用， 这种技术不仅可以全面形象直观的反映洪水演进的动态过程，还可以进行洪灾 风险预测，同时河道洪水演进模拟也为水利工程的规划设计提供了防洪标准的 技术指标嘲。随着科技的进步，结合地理信息系统( g i s ) 技术和三维仿真图示 技术，对洪水演进进行三维模拟仿真，已经出现了一些以g i s 技术为主具备 初步的洪水淹没和演迸模拟等功能的商用软件包，这些为涣水演进仿真系统的 深层次开发提供了基础，但都不能够动态模拟流域洪水的三维淹没演进过程， 把遥感、全球定位系统、地理信息系统等空间信息技术与科学课时化、计算机 动画和虚拟现实等计算机图示技术相结合，是洪水模拟向数字信息化方向发展 的必然”。目前，在展开的三维洪水演进仿真模拟的可视化研制工作中，在 g i s 数据三维展示、河道边界自搜索、流域地形三维仿真、洪水淹没和推进的 动态三维模拟的计算机实现上取得了较好的三维可视化效果。2 0 世纪5 0 年代以 来，随着有限元方法的发展，有限元网格自动生成成为一个研究的热点，产生 了许多网格自动生成算法，网格生成技术m 1 又是计算流体力学发展的一个重要 的分支。由于有限元网格属于非结构网格，能够处理不规则边界，特别适合于 几何、物理条件比较复杂的问题，因而逐渐在流体力学中应用。但有限元方法 用于水流计算问题时存在一些局限，迄今在大尺度水体流动中尚未得到广泛应 用”】，有限体积法汲取了有限差分和有限元的优点，用有限体积法结合非结 构厢格模拟二维水流在2 0 世纪9 0 年代已呈明显优势，如何自动生成适用的两格， 是有限体积法应用的关键之。在洪水演进过程中，地形是主要影响因素之 一，根据计算区域内地形变化自动调整网格分布，在地形突变，形成阻水建筑 的地方，使计算网格边线与其严格重合，而对于地势变化比较连续的区域自动 控制网格密度，在地势平坦区域适当加大网格尺寸，这样阻水作用和影响可以 很好地进行模拟和概化，而在地形急剧变化区域则适当加密网格，从而使计算 模型和计算结果能更加细致和精确地反映客观地形地貌。计算网格自动生成技 桂林工学院硕士学位论文 术将为大范围和大尺度的洪水模拟奠定基础，同时也可以为洪水模拟通用商业 化软件的开发创造条件。洪水的淹没模型是一个比较复杂的系统模型阳1 ，洪水 淹没模拟与分析也是国内外研究的热点之一，它是一定流域内降雨、蒸发、入 渗、径流、汇流、洪水淹没等一系列连续物理过程的模拟，涉及到气象学、水 文资源学、地貌学、水动力学等多学科知识。随着计算机软件技术的发展以及 地图代数系统本身的发展，地图代数在洪水淹没模拟与分析中的应用会越来越 方便、高效 ， 本文就是利用圣维南方程组求解水力学洪水演算，并根据网格生成技术生 成有限元非结构网格，再输入入流和出流的边界条件，然后对洪水的演进过程 进行模拟，最后推求出模拟的结果。 1 3 本文研究的内容和技术路线 i 。3 1 内容 ( 1 ) 桃花江水深、河床高程的实地测量 测量桃花江不同断面的水深和在同一个断面上不同位置的水深，然后根据 河岸的高程，推算出不同断面的河床底部高程，绘出河床的截面图。 ( 2 ) 计算 根据实际测得的和已有的资料进行计算，求算出在不同洪水频率下所选取 的桃花江各个断面的水面线、洪水流量。 ( 3 ) 模拟评价 将实测的数据和根据资料求算出的结果输入到r i v e r - 2 d 的应用程序中去， 然后对5 频率下的洪水情况进行模拟根据模拟情况对桥梁的建设进行分析 评价。 6 桂林工学院硕士学位论文 1 3 2 技术路线 桂林工学院硕士学位论文 第2 章工程建设背景概况 2 1 工程建设位置与规模 2 。1 1 工程所在地理位置 桂林市胜利桥重建工程和康桥新建桥梁工程位于漓江一级支流桃花江下游 桂林市区，其中胜利桥南接中隐路，北与桃花江路成“t ”字型相交，附近有 刘三姐景观园、西山公园等；新建康桥机动车交通桥梁连接康桥半岛与九岗岭 路，西邻桃花江大桥( 西环路上，距桥位2 0 0 r e ) ，东邻春天湖船闸( 距离1 5 0 r e ) ， 南侧为康桥半岛，如附图1 2 1 2 工程建设规模 桂林市重建的胜利桥全长s o r e ，桥面宽3 6 m ，单跨径长4 s m ，引桥长1 5 m 。 设计桥面高程1 5 1 6 0 1 5 2 3 3 m ，梁底高程1 5 1 8 3 m ；桥梁纵坡2 5 ，竖曲线 半径7 0 0 m 。主拱圈为等截面悬链线无铰拱。如附图3 。 康桥半岛新建机动车桥梁横跨桃花江，桥体总长5 8m 。桥面宽6 m 设计 桥面高程1 5 1 4 8 1 5 2 6 1 m ，梁底高程1 5 1 4 8 m ：桥梁纵坡4 8 ，竖曲线半径 1 8 0 m 桥梁横坡1 5 。桥梁采用预应力钢筋混凝土变截面连续梁，跨径组合2 x 2 3 5 m ，主体总长5 8 0 4 m ，桥面宽6 m , 如附图4 。 2 2 建设工程流域概况 2 2 1 河流水系 漓江是评价区域内最大的干流，是珠江流域西江水系的桂江中上游河段的 通称，地处我国珠江流域西江水系桂贺江三级水资源分区。阳朔水文站以上流 域集水面积5 5 8 5 k m 。 漓江干流发源于桂林市兴安县西北部的越城蛉猫儿山八角l 丑高山沼泽带， 自北向南流穿过桂林市城区，流经桂林市区长4 9 3 0 k m 城区右岸有桃花江汇 桂林工学院硕士学位论文 入，桃花江入口以上漓江流域面积2 5 2 8 k d ，下游不远有桂林水文站，桂林水文 站以上漓江流域集水面积为2 8 6 0 k d ，河流总长1 0 5 k m 。漓江桂林至阳朔段是典 型的岩溶峰林峰丛地貌，山青水秀，洞奇石美：深潭险滩，流泉飞瀑，有享誉 天下的“百里画廊”之称，是中外游客观光游览的黄金水道。漓江桂林市区至 阳朔段长8 6 k m ，枯水落差4 0 m ，平均坡降0 4 8 ，共有险滩6 6 处，枯水期水 浅滩急，致使游船不能从桂林直达阳朔 2 2 2 气象水文 漓江流域桂林市城区地处低纬度，属亚热带季风气候区，气候温和、湿润、 雨量充沛，多年平均降雨量为1 8 8 9 4 m , 最大年降雨量为2 9 1 0 9 唧，最小年降 雨量为1 3 4 2 3 哪，降雨量分配不均，4 7 月份降雨量占全年降雨量的6 1 5 3 ， 秋冬气候温和干燥。多年平均相对湿度7 6 ，多年平均气温1 8 8 c ，最高气温 3 9 4 ，最低气温4 9 ，主导风向为北偏东，多年平均风速2 5 m s ，最大 风速为2 8 3 m s 。 桂林水文站实测多年平均降水量为1 8 4 4 m n 、多年平均流量为1 3 2 6 d s ， 降雨量和流量的丰枯相差悬殊。上游陆洞河、川江、小溶江和甘棠江一带是桂 北大暴雨中心区，多年平均降雨量在2 0 0 0 m 以上。暴雨洪水多出现在3 8 月， 尤以5 、6 月份最为频繁，洪水暴涨暴落；秋、冬季则干旱少雨，常导致桂林市 汛期洪水泛滥成灾。枯水期又面临水资源短缺，阻碍了桂林市经济和旅游业的 发展。 区域地下水以岩溶潜水为主，静止水位与河水面大致持平，静止水位高程 为1 4 6 0 m 1 4 6 3 m ，地下水年变幅一般为3 5 m ，地下水受大气降水和区域地 下水补给，与河水和下伏基岩中的岩溶地下水联系密切。 2 2 3 社会经济 漓江流域分布桂林市属的兴安县部分乡镇、灵川县、桂林市区( 五城区一 一七星区、叠彩区、秀峰区、象山区和雁山区) 、临桂县部分乡镇以及阳朔县， 以下称“四县一市区”该流域是桂林市政治、经济、文化中心，也是国际著名 桂林工学院硕士学位论文 旅游风景区 2 0 0 2 年漓江流域总人口1 6 0 9 3 万人，其中城镇人口6 8 3 1 万人，农村人 口9 2 6 2 万人；拥有大牲畜1 5 。4 0 万头，小牲畜7 4 6 5 万头。 改革开放以来，桂林市认真贯彻执行党中央关于以经济建设为中心的路线 方针，社会经济得到进一步的发展。特别是进入九十年代后，国民经济进入高 速发展阶段，经济建设取得了历史性的成就。“九五”期间，经济结构调整初见 成效，过去在交通、通信、能源等方面制约经济发展的瓶颈得以缓解，城市建 设与改革的步伐加快。2 0 0 4 年国内生产总值为4 5 7 8 6 亿元，比上年增长 1 3 1 ：全市完成财政总收入4 2 7 4 亿元，比上年增长1 3 2 ，全社会完成固 定资产投资1 4 6 9 0 亿元，比上年增长3 2 3 ，改革开放、经济建设和社会各项 事业协调健康发展。 2 3 建设河道概况 桃花江是漓江的一级支流，发源于临桂县五通乡和灵川县青狮潭乡交界的 中央岭东南侧，干流由北向南流经临桂县五通乡、至庙岭乡改向东流，在桂林 市郊五仙坝折向北，流经灵川县定江乡，经水南村又由北折向南流，在市郊甲 山乡政府附近穿入桂林市城区，在南门桥下游分别从象鼻山和萝卜洲汇入漓江， 其中流经市区1 8 4 5 k m 。桃花江流域的集水面积2 8 0 k m 2 。于流河长6 1 k m ，平均 坡降1 2 。 表卜1评价河段各横断面间距表单位：m 断面 l l 2 2 3 3 4 - 4 5 - 5 6 - 6 7 7 间距 1 0 01 1 31 1 78 46 06 2 断面 7 7 8 8 9 - 9 1 0 1 0 1 l 1 1 1 2 1 2 1 3 1 3 间距 9 74 79 03 7 12 8 l 2 3 5 断面 1 3 一1 3 1 4 1 4 1 5 1 5 1 6 1 6 1 7 一1 7 1 8 - 1 8 1 9 - 1 9 间距 2 2 91 4 06 66 22 4 2 2 6 0 1 0 桂林工学院硕士学位论文 本次研究用到的地形资料有：桃花江河段地形图( 1 ：1 0 0 0 0 ) ，以及评价河 段1 9 个河床横断面实测成果。 建设桥梁上下游河床高程，是采用g p s 定位和超声波测深仪测量，由野钋 实测。其中，河床实测断面平面布置见附图l ，实测河段总长2 6 7 6 m 。各横断面 间距见表卜l 。在此基础上，利用后面所采用的水动力模型单元网格插值功能， 绘出研究河段的河床高程分布情况，如附图5 。 2 3 1 地形地貌 桃花江流域地貌分为堆积地貌、侵蚀地貌及溶蚀地貌。堆积地貌有阶地、 洪积裙，主要分布于市区段；侵蚀地貌分布于定江至庙头一带，主要由碎屑岩 组成的中低山和缓丘；溶蚀地貌分为峰林平原与峰丛洼地。市区防洪区主要以 河谷堆积地貌与峰林平原为主 2 3 2 气候、水文、泥沙 桃花江流域属于亚热带季风气候区，四季分明，气候温和，多年平均气温 1 9 1 2 3 。流域雨量充沛，多年平均降雨量1 8 0 0 2 0 0 0 m ，多年平均年径流量3 6 3 亿一。该河流丰枯季流量相差较大，最大流量为8 4 0 0 0 0 m 3 s ，最小流量为 0 6 3 7 m 3 s ；多年平均悬移质输沙率1 0 4 k g s 。多年平均悬移质输沙量3 2 8 万t 。 2 3 3 地质概况 评价建设项目位于桂林漓江的支流桃花江上，从现场来看，桃花江护岸各 堤段均属于桃花江i 级阶地前缘与河漫滩连接地带。土层具二元结构，坡高在 3 4 m 左右，属缓坡，坡角1 5 2 5 度。从上到下依次为粉质粘土、粉土、细沙、 圆砾及卵石其中硬塑粉质粘土、可塑粉质粘土、圆砾、卵石层，具有较高强 度，是较好的天然地基持力层。地貌为河流堆积地貌，分河床、河漫滩和阶地 河床：上部主要出砂土、卵石组成，下伏基岩由石灰岩组成，基岩顶面高 程约1 2 5 o m 左右；胜利桥重建工程河段的河床宽度约6 0 3 m ：康桥新建工程河 段的河床宽度4 5 0 6 5 o m 。 桂林工学院硕士学位论文 阶地：顺岸分布冲积成因的i 级阶地，地面较平坦，宽1 2 o 2 5 0 m ，地 势相对较低，高程约1 4 9 o 1 5 1 0 m ，般高于河水面3 0 4 0 m ，洪水时部 分地段被淹没。 胜利桥和康桥桥位都处于河湾位置，推测南侧为堆积沉积土层，北岸易受 冲刷，附近都未发现基岩露头。附近河堤经过整治，场地土层主要有杂填土、 淤泥、含有有机质粉质粘土细砂、卵石及石灰岩组成。 根据 心 5 z 1 5 z l 一 1 1 1 5 1 ，2 21 5 1 6 51 5 2 0 01 5 1 2 01 5 1 6 51 5 2 0 0 2 2 1 5 1 ，2 41 5 1 6 71 5 2 0 21 5 1 2 51 5 1 6 71 5 2 0 2 3 3 1 5 1 2 61 5 1 7 01 5 2 ，0 51 5 1 2 81 5 1 7 01 5 2 0 5 4 4 1 5 1 3 01 5 1 7 41 5 2 0 91 5 1 3 01 5 1 7 41 5 2 0 9 5 - - 5 1 5 1 ，3 31 5 1 7 71 5 2 1 31 5 1 ，3 21 5 1 7 71 5 2 1 3 6 6 1 5 1 3 5 1 5 1 7 91 5 2 1 41 5 i 3 21 5 1 7 9 1 5 2 1 4 7 7 1 5 1 3 81 5 1 8 21 5 2 1 71 5 1 3 21 5 1 8 21 5 2 1 7 8 8 1 5 1 3 81 5 1 8 21 5 2 1 71 5 1 3 21 5 t 8 21 5 2 1 7 9 9 1 5 1 3 91 5 1 8 31 5 2 1 81 5 1 3 21 5 1 8 31 5 2 1 8 l o 一1 0 1 5 1 3 91 5 1 8 31 5 2 1 81 5 1 3 21 5 1 8 31 5 2 1 8 1 1 一1 1 1 5 1 4 41 5 1 9 01 5 2 3 41 5 1 3 61 5 1 9 01 5 2 3 4 1 2 一1 2 1 5 1 4 71 5 1 9 91 5 2 4 51 5 1 3 71 5 1 9 91 5 2 4 5 1 3 一1 3 1 5 1 4 91 5 2 ，0 91 5 2 5 61 5 1 3 71 5 2 0 91 5 2 5 6 1 4 一1 4 1 5 1 5 31 5 2 2 41 5 2 7 31 5 1 3 91 5 2 2 41 5 2 7 3 1 5 一1 5 1 5 1 ，5 61 5 2 3 41 5 2 8 31 5 1 4 01 5 2 ，3 41 5 2 ，8 3 1 6 一1 6 1 5 1 5 71 5 2 3 71 5 2 8 61 5 1 4 11 5 2 3 71 5 2 8 6 1 7 一1 7 1 5 1 5 9 1 5 2 4 1 1 5 2 9 01 5 1 4 2 1 5 2 4 11 5 2 9 0 1 8 一1 8 1 5 1 6 61 5 2 5 51 5 3 0 4 1 5 1 4 5 1 5 2 5 51 5 3 0 4 1 9 一1 9 1 5 1 7 61 5 2 6 81 5 3 0 71 5 1 4 71 5 2 6 81 5 3 0 7 注：表中部分上下断面水位值出现相同情况，与断面间距较短以及小数保留位数有关。 桂林工学院硕士学位论；文 心 设置文昌闸( 即漓江不顶托)设置文昌闸、疏浚 5 2 l 5 2 l 1 一l 1 5 0 ，5 11 5 0 8 91 5 1 2 21 5 0 3 21 5 0 3 51 5 0 4 5 2 2 1 5 0 5 51 5 1 0 6 1 5 1 4 4 1 5 0 3 51 5 0 4 11 5 0 5 6 3 3 7 1 5 0 5 7t 5 1 1 91 5 1 6 01 5 0 3 81 5 0 4 81 5 0 6 8 4 4 1 5 0 6 11 5 1 4 01 5 1 8 31 5 0 4 21 5 0 5 71 5 0 ，8 4 5 5 1 5 0 6 41 5 1 5 51 5 1 9 81 5 0 4 51 5 0 6 21 5 0 9 3 6 6 1 5 0 ，6 51 5 1 5 81 5 2 0 21 5 0 ，4 61 5 0 ，6 61 5 0 9 9 7 7 1 5 0 6 6 1 5 1 5 9 1 5 2 0 41 5 0 4 81 5 0 7 01 5 1 0 5 8 8 1 5 0 6 71 5 1 6 2 1 5 2 0 6 1 5 0 4 81 5 0 7 01 5 1 1 0 9 9 1 5 0 6 81 5 1 6 31 5 2 0 71 5 0 4 91 5 0 7 11 5 1 1 2 1 0 一l o 1 5 0 7 01 5 1 6 5 1 5 2 0 91 5 0 4 91 5 0 7 11 5 1 1 6 l l 1 1 1 5 0 ，8 81 5 1 8 71 5 2 ，3 41 5 0 5 51 5 1 0 61 5 1 4 5 1 2 1 2 1 5 1 0 01 5 1 9 8 1 5 2 4 51 5 0 5 61 5 1 1 4 1 5 1 5 2 1 3 1 3 1 5 1 1 l1 5 2 0 91 5 2 5 61 5 0 5 71 5 1 2 01 5 1 5 9 “一1 4 1 5 1 2 61 5 2 2 41 5 2 7 3 1 5 0 5 9 1 5 1 2 91 5 1 ，6 8 1 5 1 5 1 5 1 3 61 5 2 3 4 1 5 2 8 31 5 0 6 1 1 5 1 3 51 5 1 7 3 1 6 一1 6 1 5 1 ，4 01 5 2 3 71 5 2 8 61 5 0 6 2】5 l ，3 71 5 1 7 5 1 7 1 7 1 5 1 4 51 5 2 4 11 5 2 9 01 5 0 6 31 5 1 4 11 5 1 7 9 1 8 - - 1 8 1 5 1 6 21 5 2 5 51 5 3 0 4 1 5 0 6 9 1 5 1 5 91 5 1 9 3 1 9 一1 9 1 5 1 7 61 5 2 6 81 5 3 1 71 5 0 7 41 5 1 6 91 5 2 0 2 注：表中部分上下断面水位值出现相同情况，与断面间距较短以及小数保留位数有关。 桂林工学院硕士学位论文 4 2 壅水分析计算 4 ，2 i 行洪断面阻水面积计算 桃花江上桥梁建设后占用了天然河道部分过水断面面积，使桃花江该河段 水位在一定范围内有所壅高。经计算。三种频率洪水水位下，桥梁断面的原过 水断面与所占用的过水断面面积及比重，见表4 - 5 、4 - 6 。 表4 5胜利桥各频率洪水桥占用过水面积及比重成果表 洪水频率( ) 原过水面积( m 2 ) 占用过本面积( f ) 比重( ) 5 4 2 i 4 03