[发明专利]基于桥梁上下游水位差的桥墩绕流阻力等效糙率概化方法

权利要求书

1.基于桥梁上下游水位差的桥墩绕流阻力等效糙率概化方法，其特征在于：所述桥墩绕流阻力等效糙率概化方法中，在桥墩的上游建立1号观测断面，在桥墩处建立2号观测断面，在桥墩的下游建立3号观测断面，通过1号观测断面、2号观测断面和3号观测断面的桥梁上游水位Z₁、桥址水位Z₂、下游水位Z₃、Z₁对应过水断面面积A₁、Z₂对应过水断面面积A₂、Z₃对应过水断面面积A₃、天然河道糙率n、实测流量Q，首先推求桥前水流收缩、桥下水流束窄引起的局部水头损失系数ζ_s、桥后水流扩散引起的局部水头损失ζ_e和沿程水头损失h_f，然后取1号至3号观测断面总局部水头损失h_j＝Z₃-Z₁-h_f来计算桥墩绕流阻力引起的局部水头损失h_jF，再根据沿程水头损失h_f公式，反推获得桥墩绕流阻力等效糙率n_t，用于桥梁集群后叠加壅水的经验计算、数值模拟和物理模型试验，其计算公式为：

其中，为加糙区域河道长度，取桥梁顺水流方向工程区宽度L的3～10倍；

A_1-3为1号观测断面和3号观测断面之间的平均过水断面面积；R为水力半径(m)；

1号至3号观测断面总局部水头损失h_j确定方法为：

其中，h_jF为桥墩绕流阻力引起的局部水头损失；

u₂为桥址处断面平均流速，u₂＝Q/A₂，g为重力加速度；

ζ_s是桥前水流收缩、桥下水流束窄引起的局部水头损失系数，ζ_s的水力学近似计算公式为：ζ_s＝0.5(1-A₂/A₁)；

ζ_e是桥后水流扩散引起的局部水头损失，ζ_e的水力学计算公式为：ζ_e＝(1-A₂/A₃)²；

其中，A₁为1号观测断面的过水断面面积，A₂为2号观测断面的过水断面面积，A₃为3号观测断面的过水断面面积；

根据谢才公式和曼宁公式得到用天然河道糙率表达的1号观测断面和3号观测断面之间沿程水头损失计算公式为：

其中，Q为实测流量(m³/s)；n为天然河道糙率；A_1-3为1号观测断面和3号观测断面之间的平均过水断面面积(m²)；R_1-3＝A_1-3/χ_1-3为1号观测断面和3号观测断面之间的平均水力半径(m)，χ_1-3为1号观测断面和3号观测断面之间的平均河道断面湿周；Δs表示1号观测断面和3号观测断面之间的河道长度(m)。

2.根据权利要求1所述的基于桥梁上下游水位差的桥墩绕流阻力等效糙率概化方法，其特征在于：所述1号至3号观测断面总局部水头损失包括桥墩阻水、桥前水流收缩、桥下水流束窄、桥后水流扩散引起的局部水头损失。

3.根据权利要求1所述的基于桥梁上下游水位差的桥墩绕流阻力等效糙率概化方法，其特征在于：在对1号至3号观测断面总局部水头损失h_j进行确定时考虑桥址处断面收缩以及桥墩绕流阻力的影响。