摘要:將復(fù)雜河網(wǎng)地區(qū)航道整治工程運用到防洪項目中。根據(jù)工程概況確定施工工藝流程,依據(jù)實際施工條件實施航道整治工程,分析航道整治工程對防洪的作用、洪水位降低的作用、流場流態(tài)穩(wěn)定的作用,分析結(jié)果表明,復(fù)雜河網(wǎng)地區(qū)航道整治工程對防洪具有積極作用,對減少侵蝕對庫岸的影響、減緩彎道發(fā)展趨勢、促進河勢穩(wěn)定具有重大意義。
關(guān)鍵詞:復(fù)雜河網(wǎng)地區(qū);航道整治工程;防洪;平衡防洪近年來,隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展,水運因其運輸物品體積大、污染小等優(yōu)點而日益重要。然而,考慮到河網(wǎng)區(qū)內(nèi)水流運動極其復(fù)雜,在實施相關(guān)工程措施后,流入流域的流量分布和流速分布將會發(fā)生變化,這將會影響到流域的洪水控制[1]。因此,引入水道調(diào)節(jié)后,用水動力學(xué)模型探索河網(wǎng)水流,評估整治工程防洪影響,研究調(diào)水與防洪的關(guān)系,平衡防洪與航道之間的矛盾至關(guān)重要。
1工程概況
本文以水陽江、青弋江、漳河流域構(gòu)成的復(fù)雜河網(wǎng)為基礎(chǔ),利用丹麥DH建立河流的水力學(xué)模型,模擬河道整治前后的水流變化。該水系包含兩江一河四湖,因人工調(diào)水導(dǎo)致湖面面積縮減。水陽江為主干流,經(jīng)多支流匯合,流經(jīng)多地后稱為運糧河,流經(jīng)華津后稱谷溪河,流經(jīng)魏家德后稱回清河。山川被淹沒之后,流入長江。青弋江位于水流中心,有7 100 km2的水流面積,麻川和蜀溪是其兩個主要支流。這兩條河匯合后,被稱為“嘗溪”。其到達陳村作為上游地帶,在陳村峽谷之后,被稱為青弋江。同時,穿越?jīng)芸h地區(qū)和西河市到達灣沚,被稱為最低點。有兩條河流從清水河流經(jīng)長江到達蕪湖,另一條從長江流經(jīng)青山河到達當(dāng)涂。青弋江的主要支流是回水河,流域面積1 072 km2。水陽江、青弋江、漳河流域水系概化如圖1所示。
2航道整治工程對防洪的作用分析
2.1航道整治工程
蕪申運河橫跨安徽、江蘇、上海等省市,連接長江與太湖水系,位于水陽河下游和青弋流域,是全國水運要道及長江三角洲高等級水道網(wǎng)之一,也是安徽骨干水道。通過蕪申運河安徽段,可實現(xiàn)皖江長江三角洲航道網(wǎng)的高效聯(lián)通,促進安徽航道區(qū)域發(fā)展[2]。
蕪申渠安徽段只能季節(jié)性運營。青戈水道進入長江后經(jīng)多地至黃池河,總長37.9 km,規(guī)劃按照二級標(biāo)準(zhǔn)建設(shè),含2條水道。規(guī)模為45 m寬、3.2 m深航道,最小彎半徑480 m,凈高7 m。運河整治工作含刷坡、切灘、護岸等。
2.2工程實施對防洪作用計算分析
水利工程規(guī)劃涉及防洪調(diào)洪,實施在城原與港口保護區(qū)修繕?biāo)畻钍泻佣渭敖⒁?,針對現(xiàn)狀與規(guī)劃,制定出兩種計算方案。
2.2.1航道整治工程對洪水位降低的作用
基于水利現(xiàn)狀條件,表1展示了2013—2023年典型年航道整治工程前后的計算結(jié)果。
從表1中可以看出,青弋江尾水調(diào)節(jié)實施后,各主控站各典型年份的水位沒有變化或下降。2013年工程實施后,水陽河水流量年內(nèi)下降到平均水平。
表2顯示在規(guī)劃條件下,2013、2019、2023年航道整治工程前后計算結(jié)果。
根據(jù)表2青弋江航道整治工程實施后,各主控站的航道水位與典型年份保持不變或有所下降。2019年洪水航道整治實施后水陽江中游河道的河道分流也逐年減少。
2.2.2航道整治工程對流場流態(tài)穩(wěn)定的作用
采用的二維水流模型由丹麥水利所開發(fā),其連續(xù)方程如下:zt+px+qy=S(1)水流運動方程:pt+xp2h+ypqh+ghzx+
gphp2h2+q2h2c2-Ωq-Epx2+qy2=Sx(2)式中,pq為單寬流量,z為水位,E為渦粘系數(shù),s為含源匯項Xy分量,S為源,Q為科氏力,h為水深。
河流區(qū)域面積的計算采用矩形網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。如果方程是離散的,則矩形網(wǎng)絡(luò)中的變量由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定義,單寬流量的速度由每個方向上最近的節(jié)點定義采用數(shù)值法計算。根據(jù)南水北調(diào)的位置和特點,建立了清水景山橋、黃池城區(qū)擴建與再接納、光明村擴建與再采納3個計算區(qū)。
3施工效果分析
荊山橋至清水鎮(zhèn)工程段的數(shù)字化地形施工結(jié)果顯示,工程前后洪水流速發(fā)生了顯著變化,具體數(shù)據(jù)如下所述:
在斷面1,現(xiàn)狀水利工程條件下,工程前的斷面最大流速為0.74 m/s,工程后增至1.42 m/s;至南岸基點的距離從145 m變?yōu)?55 m;南岸近岸流速從0.13 m/s增加到0.16 m/s,北岸近岸流速則從0.17 m/s增至0.42 m/s。在規(guī)劃水利工程條件下,斷面最大流速從0.63 m/s略增至0.74 m/s,南岸和北岸近岸流速也有所增加,但增幅較小。
斷面2的情況類似,現(xiàn)狀水利工程下,斷面最大流速從0.84 m/s增加到1.42 m/s,南岸近岸流速從0.55 m/s大幅增至1.49 m/s,北岸近岸流速略有增加。規(guī)劃水利工程下,斷面最大流速變化不大,但南岸近岸流速顯著增加,北岸近岸流速也有所增加。
斷面3在現(xiàn)狀水利工程條件下,斷面最大流速從0.72 m/s增加到1.42 m/s,南岸近岸流速從1.42 m/s增至5.38 m/s,北岸近岸流速也有所增加。規(guī)劃水利工程下,斷面最大流速和南北岸近岸流速均有所增加,但增幅相對較小。
斷面4和斷面5的情況也呈現(xiàn)出類似的趨勢,即工程后斷面最大流速和近岸流速普遍有所增加。特別是在斷面5的現(xiàn)狀水利工程條件下,斷面最大流速從0.79 m/s大幅增加至1.74 m/s,南岸近岸流速從1.75 m/s增至3.98 m/s,北岸近岸流速也有顯著增加。
航道整治后,荊山橋至清水鎮(zhèn)大城單元進行擴建,過流斷面增大,曲線半徑提升,有利于減輕庫岸侵蝕,穩(wěn)定河勢[3]。
4結(jié)語
工程項目計劃應(yīng)采取保護新建堤防措施,數(shù)學(xué)模型建議加強觀察與保護。根據(jù)二維數(shù)值模擬計算,堤防在工程擴建后,隨著尾水調(diào)節(jié)的實施,工程斷面流量總體下降,主要向南岸過渡,已采取保護措施。南岸水流的速度在該項目低迷的部分地區(qū)有所增加。建議加強觀察,以平衡防洪與航道框架之間的矛盾,具有重大意義。
參考文獻:
[1]孔維博,范春梅,彭爾瑞,等.CVOR在山區(qū)河道整治植被恢復(fù)綜合評價中的應(yīng)用研究[J].環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù),2023,35(2):3338.
[2]鐘勝藍,滿小軍.城鎮(zhèn)小型河道水系綜合整治質(zhì)量安全管理實踐[J].云南水力發(fā)電,2023,39(4):302306.
[3]曾濤.地面三維激光掃描技術(shù)在寬淺河道整治工程測量中的應(yīng)用[J].水電站機電技術(shù),2023,46(1):103106.