泰州城南作業(yè)區(qū)碼頭工程對(duì)航道條件影響分析

摘要： 泰州城南作業(yè)區(qū)碼頭工程位于北澄子河與南官河交匯處，水流條件十分復(fù)雜，因此在此建設(shè)碼頭需要通過對(duì)航道條件影響分析的詳細(xì)論證，才能進(jìn)行建設(shè)。本文通過實(shí)測數(shù)據(jù)，建立平面二維水流數(shù)學(xué)模型進(jìn)行系統(tǒng)的分析，并得到相關(guān)研究結(jié)論。本文研究成果可為類似工程提供參考

關(guān)鍵詞： 航道條件；數(shù)學(xué)模型；水流紊動(dòng)；流場分析

1 工程概況

泰州內(nèi)河港興化港區(qū)城南作業(yè)區(qū)碼頭工程位于鹽邵線航道上南官河西岸和北澄子河北岸交匯處。北澄子河在泰州市境內(nèi)起點(diǎn)為南柯東，終點(diǎn)為河口，航道里程 43.73 公里。在工程區(qū)域內(nèi)水面寬65～85m，主航道與碼頭前沿高程在-4.22～-2.54m的范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)低水位下航深在3.20～4.88m范圍內(nèi)。航道等級(jí)現(xiàn)狀為三級(jí)。南官河在泰州市境內(nèi)起點(diǎn)為古殿堡，終點(diǎn)為湯莊，航道里程46.27 公里。在工程區(qū)域內(nèi)水面寬80～110m，主航道與碼頭前沿高程在-6.80～-2.54m的范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)低水位下航深在3.20～7.46m范圍內(nèi)。航道等級(jí)現(xiàn)狀為三級(jí)。

2 數(shù)學(xué)模型建立

2.1 研究范圍

模型北澄子河上邊界位于兩河交匯處上游約980m，模型南官河上邊界位于兩河交匯處上游約820m，模型下邊界位于兩河交匯處下游約200m。模型范圍見圖1。

2.2 計(jì)算工況

根據(jù)興化市航道局、興化市水務(wù)局、興化市水文局提供的相關(guān)資料，選取最不利計(jì)算情況，即最高通航水位，將計(jì)算工況列于表1。

3 計(jì)算結(jié)果分析

將最高通航水位工況下，碼頭建成前后的流場圖繪于圖2，碼頭建設(shè)后流場繪于圖3。對(duì)比碼頭建成后工程河段流場大小變化。

分析上圖可知，碼頭建設(shè)前最高通航水位下，工程河段流速范圍為0.08～1.96m/s，過水區(qū)域（尤其是北澄子河）較窄，北澄子河與南官河水流在交匯處對(duì)沖，形成復(fù)雜流場，影響周圍水域，局部區(qū)域有環(huán)流出現(xiàn)，對(duì)沖區(qū)域流速范圍在0.08～0.42m/s，流速大小明顯降低，流場線方向較為雜亂。碼頭建設(shè)前最高通航水位下，由于岸線向陸域開挖，以及碼頭前沿的大范圍數(shù)據(jù)，過水區(qū)域面積顯著增大（尤其是北澄子河），工程河段流速范圍在0.05～1.72m/s，流速大小較碼頭建設(shè)前顯著下降。同時(shí)，碼頭建設(shè)后，兩河交匯對(duì)沖角有一定程度減小，對(duì)沖區(qū)域流場趨于平順。碼頭建設(shè)后，整個(gè)工程河段流速變化范圍在-0.95～0.33m/s范圍內(nèi)，絕大部分區(qū)域流速顯著下降，兩河主流對(duì)沖角由114°下降至105°，造成的流場紊動(dòng)有一定程度的改善，流場線趨于歸順。

將最高通航水位工況下，碼頭建成前后的水深圖繪于圖4，碼頭建設(shè)后水深繪于圖5。

分析圖4至圖5可知，碼頭建成后，工程河段過水面積增加。在碼頭前沿，由于人工疏浚，河床高程大幅下降，水深增大。而在主航道區(qū)域，碼頭建設(shè)前后水深變幅在-0.2～0.18m范圍內(nèi)，基本不影響航深。

同時(shí)，由于主航道航深變化很小，因此碼頭建設(shè)后航道區(qū)域滿足通航要求的區(qū)域不變，航寬也不會(huì)減小。

碼頭建設(shè)后，深泓線主要在兩河交匯處出現(xiàn)小幅向凹岸擺動(dòng)，導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因是因?yàn)閮珊咏粎R處水流對(duì)沖，引起紊流，在凸岸河段有一定程度的泥沙淤積，在其他區(qū)域則擺動(dòng)幅度較小（表2）。

4 結(jié)語

本文通過建立平面水流二維數(shù)學(xué)模型，分析了泰州內(nèi)河港興化港區(qū)城南作業(yè)區(qū)碼頭工程建設(shè)后對(duì)航道條件的影響，從分析結(jié)果來看，該碼頭建成后，航深、航寬基本不變，深泓線擺動(dòng)較小，絕大部分區(qū)域流速顯著下降，兩河主流對(duì)沖角由114°下降至105°，對(duì)沖造成的流場紊動(dòng)有一定程度的改善，流場線趨于歸順?？梢姶a頭建設(shè)后對(duì)航道條件基本上沒有不利影響，該碼頭適合建設(shè)。本文研究結(jié)論可為同類工程提供參考與借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1] M.A.Gill.Erosion of Sand Beds Around Spur dikes [J].Journal of the Hydraulics Division， ASCE， Vol 9， 1972.

[2] Koutitas Christopher G.Elements of computational hydraulics [M].New York：London Pentech Press， 1983.

[3] 長江水利水電科學(xué)研究院. 水庫不平衡輸沙的初步研究[A].水庫泥沙報(bào)告匯編.黃河水庫泥沙觀測研究成果交流會(huì)文集[C].1973.

[4]陳 輝， 劉志雄， 江耀祖. 引航道通航水流條件數(shù)值模擬[J]. 水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)， 2012.8（4）：13-18.

作者簡介：金輝杰（1987- ），男，浙江東陽人，大學(xué)本科，助理工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)。