宿連航道跨新沂河段水流條件計算分析

張躍東 甄峰

摘 要：本文通過分析宿連航道穿新沂河段的周邊現(xiàn)狀及洪水情況，通過建立水動力模型，計算不同河道來水情況下，宿連航道穿新沂河段的流速、流態(tài)，針對不滿足規(guī)范要求區(qū)域提出改善措施，并進行了驗證。

關鍵詞：宿連航道;新沂河;水流分析

徐宿連航道是江蘇省干線航道網(wǎng)“兩縱五橫”中最北的“一橫”，共計329公里，由蘇北運河至宿遷段、宿連航道、徐圩港區(qū)疏港航道組成。該項目的建設對落實“一帶一路”、長江經(jīng)濟帶、長三角港航一體化等重大戰(zhàn)略，完善江蘇省干線航道網(wǎng)建設，打通蘇北蘇中地區(qū)與連云港港的航運通道，滿足宿遷市“借港出?！卑l(fā)展等現(xiàn)實需求意義重大。

作為徐宿連航道重要組成部分的宿連航道與新沂河正交穿越，該穿越區(qū)域為新沂河、沭新河、岔流新開河三河交匯處，本文通過數(shù)學模型方法，分析對宿連航道穿新沂河段的流速、流態(tài)及其對安全通航的影響。

1周邊水系現(xiàn)狀概況

1.1新沂河段現(xiàn)狀概況

新沂河全長146km，設計行洪流量7500～7800m3/s，由沭陽樞紐負責控制排泄新沂河上游區(qū)間的來水，沭陽樞紐范圍內(nèi)河道寬約1300m，河道內(nèi)分南偏泓、中泓、北偏泓，其余均為灘地，其中南偏泓內(nèi)設置龍埝套閘、中泓設置攔污壩、北偏泓攔污閘及尾水地涵一道組成新沂河沭陽樞紐，小流量洪水情況下通過南、中、北泓泄洪，大流量洪水情況下漫灘行洪。

1.2沭新河現(xiàn)狀概況

淮沭新河在新沂河段以北稱為沭新河，承擔向連云港市區(qū)送水和沭新河沿線供水的任務。沭新河長75.3km，是一條引水灌溉、截水排澇結合航運的骨干河道，以供水功能為主。沭新閘為沭新河進水控制建筑物，設計流量100m?/s。

1.3岔流新開河現(xiàn)狀概況

岔流新開河為新沂河段北岸支流，系沂北地區(qū)高低分治的高地截水溝。上游承泄新沂市的淋頭河、大沙河來水，在沭陽縣潼陽鎮(zhèn)岔流村西會合向南至桐槐樹后又匯虞姬溝，改循后沭河故道至沂北閘處入新沂河，全長32km。

2建設方案概況

宿連航道規(guī)劃等級為Ⅲ級，設計最大船舶噸級為1000t，設計航道最小通航水深3.2米，航道底寬不小于45米，航寬不小于55米。宿連航道于柴沂河口斜交入新沂河，沿新沂河南偏泓主槽向東行進700m后，北上600m穿過新沂河灘地正交入新沂河中泓，沿新沂河灘地右側繼續(xù)行進500m后，正交入新沂河北偏泓，最后沿沭新河出新沂河。

3新沂河洪水情況分析

根據(jù)1970～2019年共50年的水文資料，以歷年逐日平均流量進行統(tǒng)計：≥200m?/s，≥400m?/s，≥500 m?/s，≥700m?/s，≥1000m?/s，≥2000m?/s的流量級多年平均出現(xiàn)天數(shù)統(tǒng)計見表1。

根據(jù)宿連航道規(guī)劃等級及通航保證率要求，本文僅分析行洪500 m3/s流量下的流速、流態(tài)及通航安全。

4 數(shù)學模型的建立及驗證

4.1控制方程

模型采用非結構網(wǎng)格離散克服復雜邊界和計算尺度懸殊所引起的困難，并可以進行局部加密。采用有限體積方法和交錯網(wǎng)格變量布置，即把標量定義在單元的中心，矢量定義在邊的中心。對計算中灘地的淹沒與出露，采用水位判別法處理，即當水深小于某一薄水深（0.01m）時，設置該處流速為0。

4.2 模型建立

4.2.1模型參數(shù)

模型采用模型網(wǎng)格共36276個單元，31524個節(jié)點，最短邊5.8m，最長邊43.3m，平均邊長20.1m。計算區(qū)域網(wǎng)格剖分圖見下圖。

4.2.2模型參數(shù)

模型糙率選?。恒?.028、灘0.038。

5 水流條件計算分析

5.1計算工況

根據(jù)前面的分析，本文僅考慮岔流新開河、新沂河沭西段、淮沭新河來水，通過沭東段北偏泓、南偏泓下泄，為了分別考慮三方來水對宿連航道處水流條件的影響，設置3個方案，分別為僅岔流新開河來水500m?/s、僅新沂河沭西段來水500m?/s、僅淮沭新河來水500m?/s，通過流量與水位關系曲線，相應的水位值均為6.91m。

5.2計算結果

主要測點的計算結果如表2：

根據(jù)以上分析成果，岔流新開河、淮沭新河入流500m?/s的表層流速在航道線路上的橫向投影值都滿足0.3m/s的要求，新沂河沭西段來水對航道處水流條件影響較大，需采取一定措施使航道處表層流速在橫向的投影滿足0.3m/s的要求。

5.3降低流速措施

新沂河沭西段入流500m?/s，考慮不移動沭陽排污閘的位置而通過控制沭陽排污閘的下泄流量和中泓、南泓河道開挖使北泓、中泓、南泓的過流流速減少。經(jīng)試算北泓控泄60m?/s、70m?/s、80m?/s、100 m?/s四個方案，當北泓控泄70m?/s時，北泓流場可以滿足橫向的投影值滿足0.3m/s。工程措施為北泓開挖范圍長250m，寬60-160m，底高程4.1m;中泓開挖長410m，寬60-300m，底高程4.1m;中泓向南泓引流長700m，寬200-400m，底高程6.5m;南泓下游開挖長900m，寬100m，底高程4.1m時，可以減少表層流速在航道橫向的投影值滿足0.3m/s要求，主要測點流速詳見表2。

6 主要結論

本文通過分析宿連航道穿新沂河段的周邊現(xiàn)狀及洪水情況，通過建立水動力模型，計算不同河道來水情況下，宿連航道穿新沂河段的流速、流態(tài)，針對不滿足規(guī)范要求區(qū)域提出改善措施，并進行了驗證，結果表明：

（1）為分析宿連航道穿越新沂河處表層流速在航道橫向的流速分布情況，本次分析采用河道二維數(shù)學模型的計算理論，通過對各流速級相應的行泄流量多年出現(xiàn)的天數(shù)做分析，考慮不同邊界條件下，新沂河表層流速在航道線路上橫向投影分布情況，并采取一定的工程措施。

（2）本文主要分析了岔流新開河、新沂河沭西段、淮沭新河來水，通過沭東段北偏泓、南偏泓下泄，為了分別考慮三方來水對宿連航道處水流條件的影響，設置3個方案，分別為僅岔流新開河來水500m?/s、僅新沂河沭西段來水500m?/s、僅淮沭新河來水500m?/s。經(jīng)計算，岔流新開河、淮沭新河入流500m?/s的表層流速在航道線路上的橫向投影值都滿足0.3m/s的要求，新沂河沭西段來水對航道處水流條件影響較大，需采取一定措施使航道處表層流速在橫向的投影滿足0.3m/s的要求。

（3）通過考慮不移動沭陽排污閘的位置而通過控制沭陽排污閘的下泄流量和中泓、南泓河道開挖使北泓、中泓、南泓的過流流速減少。經(jīng)試算當北泓控泄70m?/s時，北泓開挖范圍長250m，寬60-160m，底高程4.1m;中泓開挖長410m，寬60-300m，底高程4.1m;中泓向南泓引流長700m，寬200-400m，底高程6.5m;南泓下游開挖長900m，寬100m，底高程4.1m時，可以減少表層流速在航道橫向的投影值滿足0.3m/s要求。

參考文獻：

[1] 宿連航道（京杭運河至鹽河段）整治工程一期工程航道工程初步設計[R].南京：華設設計集團股份有限公司，2020.

[2] 宿連航道穿越新沂河處水流條件分析[R].南京：江蘇省水利工程科技咨詢股份有限公司，2020.