二維水動力模型在分汊河段涉河工程防洪影響評價中的應(yīng)用

一、項目概況

中國物流合肥基地店埠河水陸聯(lián)運綜合碼頭工程位于合肥港南淝河港區(qū)循環(huán)園作業(yè)區(qū)，店埠河下游分汊河段進口左岸，上距合裕路公路橋約5.6km，下距三汊河口約1.6km。工程毗鄰店埠河冷板配套項目碼頭，擬新建500t級（水工結(jié)構(gòu)兼顧1000t級）散貨泊位3個，碼頭泊位長度為205m（見圖1）。

碼頭采用挖入式港池，港池底高程4.5m，碼頭前沿線平行于航道中心線布置，與上游冷板項目配套碼頭的前沿線在一條直線上，距離航道中心線為103m。前沿布置C30鋼筋混凝土扶壁式擋墻，頂高程14.0m，后方陸域頂高程14.0m，縱向長約270m，橫向長約310m（見圖2）。

二、上下游水利工程概況

工程位于店埠河三汊河口上游附近，該河段河道彎曲，店埠河航道升級改造工程中已經(jīng)對本河段裁彎取直，形成分汊河道，左汊為老河道，右汊為新河道。碼頭位于分汊河道上游入口左岸。

碼頭前沿河道順直，河底高程4.3～5.4m，兩岸堤距約120m。左岸為店埠河航道整治工程新退建堤防，堤頂寬6m，頂高程14.0m，迎水側(cè)邊坡1∶3，現(xiàn)狀為漿砌石護坡，背水側(cè)邊坡1∶3。

下游左汊為老河道，兩岸現(xiàn)狀堤頂高程約13.5～14.0m，堤距約80m，河底高程約 4.8～6.2m。

下游右汊為店埠河航道整治工程取直新河道，底寬45m，底高程4.5m，左右岸均筑堤，右岸分汊口以下為裁彎取直后河道堤防，頂寬6m，迎水側(cè)9.5m高程設(shè)10m寬平臺，平臺以上邊坡1∶3，以下1∶4；背水側(cè)邊坡1∶3。

三、其他設(shè)施概況

碼頭上游左岸為在建店埠河冷板配套項目碼頭，碼頭全長243m，通過退建堤防形成挖入式港池，港池底高程4.5m。

碼頭下游左汊老河道內(nèi)左岸為店埠河航道整治工程航行錨地，長300m，寬40m，底高程4.5m。

碼頭下游右岸為安徽中港港口集團有限公司綜合物流碼頭工程，碼頭全長260m，通過退建堤防形成挖入式港池，港池底高程4.5m。

四、水利規(guī)劃及設(shè)計洪水

該工程位于秦橋河口～三汊河段，根據(jù)《肥東縣店埠河治理建設(shè)規(guī)劃》，秦橋河口～三汊河段4.6km規(guī)劃河底高程4.0m，底寬45m，規(guī)劃對右岸河道堤防退建，規(guī)劃堤頂寬度6m，堤頂?shù)缆穼?m，內(nèi)外坡1∶3。

考慮到碼頭后方為循環(huán)產(chǎn)業(yè)園園區(qū)，屬于重要城市防護區(qū)，根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》，并結(jié)合《肥東縣店埠河治理建設(shè)規(guī)劃》，該段設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)取50年一遇，碼頭處50年一遇流量908m3/s，50年一遇洪水位13.20m。

五、二維水動力模型的建立

碼頭工程位于分汊河段入口處，通過后退左岸堤防形成挖入式港池，并與上游在建店埠河冷板項目配套碼頭工程港池連為一體，左岸堤防后退后，碼頭下游老河道進口行洪斷面增加，必然對分汊河段分流比、洪水位、流場產(chǎn)生影響，從而影響河勢，需結(jié)合二維水動力模型定量分析其影響程度（見圖3）。

1.計算范圍

圖1 碼頭上下游河段衛(wèi)星圖

圖2 碼頭總平面布置圖

根據(jù)工程位置及河段的河道特征，此次二維數(shù)學(xué)模型的范圍取合裕路橋～三汊河口7.5km的河段。模擬研究碼頭工程建設(shè)實施后對河道水流流場、水位變化、分流比等的影響。模型采用三角形網(wǎng)格，并對主河槽內(nèi)及碼頭工程區(qū)網(wǎng)格進行加密，網(wǎng)格尺寸為10m。

2.邊界條件

模型設(shè)置上下游2條開邊界，其中上游流量控制邊界、下游為水位控制邊界。

3.地形

該工程為2017年實測地形，結(jié)合規(guī)劃斷面及冷板項目配套碼頭設(shè)計對地形進行適當(dāng)修正。

4.有關(guān)參數(shù)的選取

結(jié)合相關(guān)研究成果，河槽的糙率取0.018～0.025，邊灘和近岸糙率值較大，取0.025～0.032。渦粘系數(shù)設(shè)定為0.28。時間步長1s。干水深0.01m，淹沒水深0.05m，濕水深度0.1m。

5.工況選取

此次計工況為50年一遇洪水。

六、模型計算成果

1.分流比變化

該工程后退左岸堤防形成挖入式港池，擴大左岸行洪面積，改變了下游新老河道分洪流量，根據(jù)二維水動力模型分析:50年一遇洪水條件下，工程前新開河道分洪702m3/s，老河道分洪206m3/s，分流比3.41∶1；工程后新開河道分洪656m3/s，老河道分洪252m3/s，分流比減小為 2.6∶1。

2.洪水位變化

圖3 計算河段網(wǎng)格劃分圖

由于碼頭工程建設(shè)導(dǎo)致下游左汊老河道行洪流量增加，老河道水位有所抬升，右汊新河道行洪流量減小，新河道水位有所下降。

根據(jù)二維水動力模型分析，碼頭前沿及碼頭上游河道50年一遇洪水位普遍下降，下降幅度約0.015～0.03m。

由于碼頭建設(shè)增加了左側(cè)下游老河道內(nèi)分洪流量，左側(cè)老河道內(nèi)水位普遍有所抬升，最大抬升幅度約0.03m，至老河道出口段，洪水位基本沒有變化。

碼頭下游裁彎取直新河道進口洪水有所下降，最大下降約0.004m，出口段洪水位基本沒有變化。

3.流場變化

碼頭建設(shè)后，由于碼頭工程前方與上游店埠河冷板項目配套碼頭工程前方平齊，港池與堤防銜接段導(dǎo)流影響消失，右岸近岸流速減小，碼頭前沿流速分布較為均勻，平均流速約0.8～0.9m/s，其中最大流速出現(xiàn)在左岸碼頭邊緣，約0.9m/s；由于下游新河道分流流量減小，流速有所減小，平均減小約0.04m/s，河槽最大流速約0.95m/s。由于分流流量增加，下游老河道河槽流速有所增加，平均增加約0.027m/s，最大流速約0.65m/s。

七、防洪影響分析

碼頭港池開挖后，碼頭前沿與上游碼頭前沿平齊，河道順直，有效改善了前沿水流條件，尤其是右岸流速，大幅度下降，有效減小了右岸沖刷，有利于右岸岸坡穩(wěn)定；下游老河道分流流量增加，50年一遇洪水條件下河槽流速平均增加約0.027m/s，需采取措施穩(wěn)定兩岸岸坡。下游新河道分流流量減小，50年一遇洪水條件下河槽流速平均減小約0.04m/s，有利于岸坡穩(wěn)定。

八、結(jié)束語

分汊河段涉河工程的建設(shè)必然對分汊河段分流比、洪水位、流場產(chǎn)生一定影響，影響河勢穩(wěn)定，傳統(tǒng)公式計算方法無法準(zhǔn)確對其影響程度進行分析，二維水動力模型可有效解決傳統(tǒng)公式的不足，準(zhǔn)確定量分析其影響，為評價分析以及影響專項處理設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)■