长江上典型涉水建筑物的防洪影响评价

长江上典型涉水建筑物的防洪影响评价

【摘要】在河道上修建涉水建筑物往往对河道防洪产生一定的影响，通常需要进行防洪影响评价分析，在大江大河上更是如此。本文以长江上拟建某码头为例，以河床演变分析和平面二维水流数学模型计算为手段，对其进行了防洪影响评价分析。对码头的防洪影响评价结果表明，工程修建不会对该河段的行洪和河势产生明显不利影响。

【关键词】跨江大桥；行洪；物理模拟；流向

1、工程概况

在大江大河上修建码头、桥梁、船厂等涉水建筑物时，需考虑其修建对行洪的影响。按照国家相关法律法规要求，修建涉水建筑物需要进行相应的防洪影响评价[1-2]。长江，不仅是我国经济发展的黄金水道，也是我国南方重要的泄洪通道，因此在长江上修建涉水建筑物需要进行严格的防洪影响评价[3]。

某拟建码头位置位于长江南岸的华容县东山一带，该处水深优良，河势稳定。距调关镇约40km，距华容县约40km，距岳阳市约70km。码头结构采用斜坡式，由趸船、活动钢栈桥和架空栈桥组成。钢质趸船尺度65×11m；钢栈桥采用钢桁架结构，主尺度30×4.5×3.5m（长×宽×高）。架空栈桥由斜坡段和水平段组成。架空斜坡道坡顶高程37.4m，坡底高程25.07m，斜坡道水平投影长111.67m，宽7.6m，坡比1：9。水平段长84.63m，宽7.6m。斜坡道上设置钢带作为钢栈桥滑移轨道。钢栈桥平面尺度为30×4.5m（长×宽）。架空栈桥排架间距20.0m，每个排架布置2根φ800钻孔灌注桩，上部结构从上而下依次为100mm砼面层、1200mm“T”梁、横梁和墩台。

由于拟建码头工程部分建筑物位于河道内，将占用一定的行洪断面面积，可能对河道行洪和堤防运行管理等产生影响。根据有关法律、法规的规定，需对河道管理范围内的项目建设进行防洪影响评价。本文以该拟建某码头为例，对长江上典型涉水建筑物的防洪影响评价进行了详述。

2、河床演变分析

2.1工程河段近期河床演变分析

拟建码头附近局部河段主流走乌龟洲右汊，并贴乌龟洲右缘中下部流出后沿河道左岸下行。分析2002年—2007年深泓线平面位置可知，2002年—2007年河段深泓线平面摆幅较小，最大摆幅不超过250m。拟建码头位于右岸，本次套绘了1980～2008年共9个测次的25m，套绘结果表明工程河段25m岸线平面变化较小，摆幅均在60m以内。

2.2工程河段演变趋势预估

三峡工程蓄水后2003年7月～2006年10月，姚圻脑—陈家马口河段总体有所冲刷，河床累积冲刷量约为1490万m3，其中乌龟洲头部和右缘略有冲刷，左缘略有淤积。2002年～2006年，乌龟洲洲体形态比较稳定，平面位置向左略有所移动，洲尾右缘最大左移约300m。三峡建坝后本河段河床将冲刷粗化，但两岸边界条件仍与三峡建坝前基本相同。预计本河段经过未来几年护岸工程的加固和新护，总体河势将更为稳定。

3、防洪评价计算

3.1数学模型及其验证

采用水深平均二维模型来描述河道水流运动，其直角坐标系下的控制方程为[4]：

（1）水流连续方程

（2）水流运动方程

式中：z为水位；h为水深；u，v分别为水深平均流速在x，y方向的分量；g为重力加速度；n为糙率系数；νT为水深平均涡粘系数。

对于计算边界，上游边界给定流量，下游边界给定水位，对于岸边界则采用水流无滑移条件。

选取工程附近长约26km的河段作为二维数学模型的计算区域，采用正交曲线网格对计算区域进行剖分，并在工程位置附近进行了网格加密。具体计算方法见文献[5]。

采用计算河段2008年4月的实测水文地形资料进行验证计算。经验证计算表明，实测水位与计算水位以及实测流速与计算流速的误差均较小，水位、流速的模拟值与实测值的差值符合相关规范要求。可见，本文所采用的平面二维数学模型能较好地模拟本河段的水流运动特性。

3.2计算工况与计算结果

本报告对防洪设计洪水、98洪水和平滩流量三种条件下工程修建前后河道水位和流速的变化进行了分析计算。参考相关规划，本报告以54洪水作为防洪设计洪水。

通过对三种工况进行计算可知：（1）在98洪水条件下，工程实施后水位的变化值及变化范围最大；在防洪设计洪水条件下，水位壅高最大值为0.5cm，水位降低最大值为0.6cm，水位变化值大于0.1cm的最大影响范围位于码头栈桥上游约120m和码头栈桥下游约140m的区域内。（2）在98洪水条件下，工程实施

后流速的变化值及变化范围最大。在防洪设计洪水条件下，工程附近局部区域水流流速增加的最大值为0.01m/s，码头上、下游流速减小的最大值为0.07m/s，流速减小在0.01m/s的影响范围位于码头栈桥上游约140m及码头栈桥下游约170m的范围内。（3）三种工况下，工程建设前后工程附近局部流场均变化不大，趸船布置方向与水流方向基本一致。

4、防洪综合评价

4.1工程建设对河势稳定影响分析

拟建工程河段河势主要受上游来水来沙、地形地质等边界条件控制，受护岸工程影响，工程所在河道右岸基本稳定，滩槽冲淤变化较小，河床形态以及河道平面位置相对稳定。

根据数模计算结果，工程兴建后，码头上下游局部水域水位和流速略有变化，码头对计算河段的河道水位、流速影响值和影响范围均较小。拟建码头的兴建不会明显改变工程河段的流态，对河床及岸坡不会造成大的冲淤变化，对河势影响不大。

4.2工程建设对河道行洪的影响分析

数模计算结果表明，工程兴建后，对河道洪水位的影响不大，水位的变化主要集中于拟建工程附近局部区域内，表现为拟建工程上游水位壅高，下游水位降低。

工程建设引起的局部水位最大壅高0.5cm，水位壅高值相对于该河段水位的自然变幅较小；从壅水范围来看，水位壅高0.1cm的区域仅局限在码头栈桥上游120m范围内。工程对流场的影响也仅限于工程附近局部区域。在防洪设计洪水条件下，工程实施后流速增加最大值为0.01m/s，流速减小最大值为0.07m/s；工程河段流态没有明显变化，主流位置稳定。工程的修建对河道水位流场影响不大，不会对河道行洪带来明显不利影响。4.3工程建设对防汛抢险的影响分析

防洪大堤不仅防御洪水，而且是防汛期间防汛指挥和运送防汛物资的交通要道。拟建码头为浮式结构，码头栈桥与堤顶平顺相交，进出码头均通过堤顶公路。因码头非货运码头，极少用到堤顶公路，可以保证汛期防汛车辆的畅通。可见，码头建成后对汛期防汛抢险影响甚微。

5、结论与建议

5.1结论

本文以长江上拟建某码头为例，对其进行了防洪影响评价分析，主要认识如下：

（1）本文对拟建工程所在的河段进行了河床演变分析，分析表明，受河势控制工程的作用，近年来拟建工程附近河段河势总体上变化不大，工程所在右岸岸线摆动微弱，深泓摆幅有所减小，基本具备兴建拟建工程的河势条件。

（2）采用平面二维水流数学模型进行了拟建工程河段的模拟计算；计算成果及河床演变的综合分析表明，拟建工程的修建不会对该河段的行洪和河势条件产生明显不利影响。

（3）综合分析认为拟建工程的修建对河道行洪安全影响小，不会导致现有河势发生大的变化，不会影响防汛抢险工作。

5.2建议

（1）工程开工前，建设单位应落实施工期安全度汛预案。工程建设过程中，应妥善维护好堤防、护岸等防洪工程设施，确保防洪安全。

（2）拟建工程完成后，应注意监测工程附近水流结构及河床变化情况，了解其变化情况，以便及时采取有效措施加以防范。

参考文献

[1]胡清玲，蔺秋生等.河道范围内修建码头工程的防洪影响评价[J].人民长江，2008，39（10）：23-25.

[2]耿灵生，宗学才等.威乳高速办路套河大桥防洪影响评价[J].山东水利，2007.10：41-44.

[3]陈晖.长江河口地区工程防洪影响研究——以太仓市第二水厂蓄淡避咸水库为例[D].河海大学硕士学位论文，2003.

[4]刘士和，梅军亚等.漳河下游河道水沙运动数值模拟[J].水动力学研究与进展，A辑，2008，23（21）：230-236.

[5]刘士和，赵世来，罗秋实.基于两相流理论的低浓度挟沙水流运动数值模拟 Ⅱ-数学模型的求解及验证[J].武汉大学学报（工学版），2007，40（4）：5-8.