桥墩对沱江二维流场影响研究

彭永勤，彭 涛

(1.重庆西南水运工程科学研究所，重庆400016;2.中煤科工集团重庆设计研究院，重庆400016)

跨越河流的桥梁工程主要由于桥墩、桥台对水流的束窄阻水作用，使局部水流流态发生变化，引起相应的河床调整，这种调整主要表现为:在桥墩上游，因桥墩阻水而产生壅水，流速减小，泥沙淤积;在桥墩之间因桥墩束水，水位降低，流速增大，造成局部冲刷［1－5］;在桥位下游，则因水流扩散，流速降低，再一次引起河道的泥沙淤积。同时，由于桥墩的分流和导流作用，可引起水流流向的局部改变，也可能引起主流的摆动和河床的演变。笔者应用流场计算分析软件SMS，利用成渝客运专线沱江吴家坝双线特大桥实测资料对数值模型进行验证，并计算河流流场，分析建桥前后桥墩对河流流场的影响。

1 二维水流数学模型［6－8］

1.1 守恒型浅水方程的基本方程

1.1.1 水流连续方程

1.1.2 X 方向动量方程

1.1.3 Y 方向动量方程

以上各式中:t为时间;x，y为空间坐标;z为水位;h为水深，h=z－zb(zb为河床高程);u，v分别为沿x，y方向的垂线平均流速;g为重力加速度;n为糙率系数;νt为湍流动能扩散系数。

1.2 FVM离散基本方程

本二维水流数学模型采用基于结构网格的有限体积法，变量布置采用部分变量布置在网格节点，部分变量布置在单元质心的方法，在网格的节点布置水位和高程z，zb，在单元的质心布置垂线平均流速u，v。

1.3 连续方程的离散

在以三角形节点为中心，由周围三角形单元的质心和边中心形成的多边形内，对连续方程(1)进行面积积分，具体的积分过程可以离散为: