正江码头对河道壅水影响计算

第1期 2008年2月 广东水利水电 GUANGDONG WATER RESOURCES AND HYDROPOWER No. l Feb 2008 正江码头对河道奎水影响计算 李孝兵 (清远市水利水电勘测设计院有限会司，广东清远 511515) 摘 要:河道内建筑物(例如码头、桥梁和拦河坝等)对河道行洪影响的评价其中一项主要任务是塑水计算，夔水计算有多 种方法，该文根据码头工程实例采用水面线计算方法，通过对比码头建成前后河道洪水水面线的变化计算码头的A水高 度，评价码头对河道行洪的影响程度。 关键词:码头;0水;防洪评价; 中图分类号:TV133 文献标识码:B 文章编号:1008-0112 ( 2008 ) 01-0042-03 1 概况 1.1 码头概况 正江码头(以下简称码头)位于清远市北江下游约 5 km的右岸处，为500DWT货运码头。码头为顺岸式 布置，沿河道纵向长为280 m，横向宽即码头边沿到北 江防洪堤的距离为250 m，建成后与堤围相接。码头的 临水面为混凝土结构、桩基础，顶面设计高程为15.5 m。码头两侧上下游岸边为浆砌石护坡，边坡坡度为 1: 1.5，其地理位置和所处河流水系情况见图1。 飞来峡水利枢纽 叔 傲t 清新县 O 飞矶 清热 架 清远水文站断面 笔 // A奋 进*- 回湖镇。 分析码头对河道行洪的影响，最重要的是计算码头造成 的各级洪水雍水高度，据以进行防洪影响的评价。 1.2 河道概况 码头所在河流为北江下游，北江总流域面积为 52 068 km2，北江(三水口)以上十流河长468 km，河流 平均坡降为0. 254%a。 码头处河段在枯水时主河槽水面宽仅为250 m左 右，洪水时河宽达到1 200 m以上。河中央有江心洲， 其横向宽度约为40 m，纵向长度约为300 m，最高处高 程为12.6 m，年内大部分时间出露，洪水期淹没;主河 槽偏右岸，最低河底高程为一9. 0 m。河道主河槽两侧 为滩地，右岸滩地平均高程为5.5一7. 5 m，河床质为沙 质;左岸滩地平均高程为13.3一13.6 m，横向宽度约为 250 m，河床质为壤土，上有茂密的竹林，特大洪水时会 淹没。 ?? ? ? ? ? ? ?? 正江码头 清远市 洲心 0 派潭镇 1 北江原设计洪水水位和流量 北35断面 山墉镇0}:- 断 面 名 称 北36码头处 断面 清远水文站 北江下游 飞来峡水文站 规划清远梯级坝址 0 龙塘镇 里程 /m 间距 /m 34 596 33 966 28 152 5 814 28 152 石角水文站 石角镇 断 面 名 称 北35断面 北36码头处 清远水文站 北江下游犯来峡 (水位) 断面(水位) (水位) 水文站(流量) /m /m /m /(II33·s一’)， ???? 图1 正江码头地理位置 尸二1% 16.30 16.36 16.93 19 200 码头的兴建将对北江行洪产生一定的影响，主要表 现在缩窄河道、减少行洪断面、增大河道的综合糙率系 数、增加行洪的阻力，使码头上游产生一定程度的奎水。 P二2% 15.87 15.93 16.49 17 700 码头处最高洪水位为15.84 m(1994年6月实测)， 次高洪水位为15.31 m(1997年7月实测)。 收稿日期 作者简介 :2007-11-26;修回日期:2007-12-14 :李孝兵(1967-)，男，大学本科，工程师，从事水利规划工作。 ·42· 万方数据 2008年2月 第1期 李孝兵:正江码头对河道奎水影响计算 No. 1 Feb 2侧冶 码头处河段现防洪为50年一遇(P二2%)，将 来规划达到100年一遇(P=1%)，根据2002年广东省 水利厅颁布的《西、北江下游及其三角洲河网设计洪潮 水面线》成果，码头处及上下游相邻断面P二2%和P二 1%洪水水位和洪峰流量如表1所示。 1.3 码头占用河道情况 码头横向宽为250 m，即码头临水边到堤脚距离为 250 m，其中岸边12 m宽为混凝土结构，其余为堆填区。 顶面设计高程为15. 5 m，与现状原河滩地高程13. 5 m 相比平均超过河滩地地面约2.0 m，码头建设将占用河 道一定的过流面积，影响河道泄洪和洪水流态。码头 (包括交通道路)占用河道过水断面情况见图2，在各 级频率洪峰水位下，码头阻水面积占原河道过流面积比 见表2。 消东圈(堤顶17.6m) 飞水围(堤顶17.2m) ???? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? 50年一遇洪水水面线(高程15.93m) 码头地面线(高程 1 江心洲 码头限水面积 I&i离/. ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? 。 、 ?? ? ?? ? -20 80 180 表2 280 380 480 380 680 780 880 980 1080 1180 1280 1380 图2 码头处河道大断面 河道过流面积和码头阻水面积 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 洪水频率尸 洪水位/m 原过流面积/mzm 阻水面积/m2m 所占比例/% 由表2可知，码头在P二1%和P二2%洪水时阻水 面积分别为618. 0 m2和598. 06m2，分别占原过流面积 的5.45%和5.53%，码头在洪水期阻水面积占整个河 道过流面积的比例相对较小。 2 码头奎水计算 2.1计算方法 码头奎水可通过计算码头修建前后的河道水面线， 根据其水面线的变化求得。水面线的计算采用的基本 公式是伯努利方程: Z。一Zd (a+ ) 2! 122g [Ad一A21罕!1K 2d·11KJZu 式中 Za ,Zd分别为上、下游断面水位，m; Au ,Ad分别为 上、下游断面过水面积，m z f Ku,Kd分别为上、下游断面 流量模数，m'/S;为局部水头损失，对渐变流，若二0,a 二1;△，为上、下游断面间距，m; Q为断面流量，m3/S; 9为重力加速度，取9.81 m/SZo 洪水水面线的计算过程采用逐个断面由下游往上 游试算求得。 2.2 计算边界条件 2.2.1 河道断面 从码头下游630 m处取计算起始断面1，往上游计 算断面依次为断面2(码头下游边界)、断面3(码头上 游边界，码头运输道路纵断面)、断面4到断面7(北江 清远水文站断面)共7个断面，各断面间距见表3。 2.2.2 河道糙率n 根据北江水文站资料，天然河道糙率n根据各段情 况取0.031一0.032;码头建成后，码头处河道糙率有所 增加，根据码头突出河床情况，河道糙率n取稍大值 0.033，其余河段n仍取0.031一0. 032 0 2.2.3 设计流量条件 北江设计流量采用《西、北江下游及其三角洲河网 设计洪潮水面线》中北江水面线计算采用的流量边界条 件，即以飞来峡水文站设计洪峰流量为主，再叠加区间 滨江相应洪峰流量。码头上下游各断面P=1%和P二 2%的洪峰流量见表3。 2.2.4 起始断面起推水位 水面线计算起始断面(北江35号断面)起推水位仍 采用原河道设计水位成果，即P=1%洪水水位为16.3 m, P二2%洪水水位为15. 87 mo 2.3 计算结果 码头修建前后北江P二1%和P二2%洪水水面线变 化即上游河道雍水计算结果见表3，从码头奎水计算结 果看，P=1%和P二2%洪水时码头造成上游最高奎水 为0.03 mo 3 码头奎水影响的评价 从码头奎水计算结果分析可见，由于北江河道过水 断面较大，正江码头工程阻水面积所占河道总过流面积 的比例较小，100年一遇洪水时阻水面积所占比例为 5.45%,50年一遇洪水时阻水面积所占比例为5.53%, 因此码头引起河道水位雍水也相对较低，100年和50 年一遇洪水码头上游雍水高度只有0. 03 m。因此单从 阻洪角度来考虑，可以认为码头的兴建对北江河道行洪 影响很小。 4 结语 河道中建筑物(例如闸坝、桥梁、码头等)的奎水计 ·43· 万方数据 2008年2月 第1期 广东水利水电 No. 1 Feb 2008 表3 码头塑水计算结果 洪水 标 准 断 面 编 号 距 离 /m 间 距 /m 天然水位 /m 建码头后 水位/m 奎高值 /m 设计流量 /(m3m ·8一‘) 备 注 ??????????， ? ，? ， ? ， ? ? ? ? ? ? ? ? ?????????? ? ? ? 16.3 19 500 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ，? ?? ?? ?， ? ?， ? ? ? ?， ? ??? ?? ?? ? ?? ? ??? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ， ?? ? ? ? ? ??? ??? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 460 740 1 980 3 635 4 481 6445 计算起始断面 码头下游边界 码头上游边界 16.8 清远水文站断面? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ，? ? ? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ? ， ? ， ? ?? ?? ?、? ?? ? ? ? ? ? ? ? … ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?? ? ? ?? ? ? ? ， ?? ??? ， ? ??? ?? ? ，?? ?? ? 2% 4 5 460 740 1 980 3 635 4 481 6科 5 0 460 280 1 240 1 655 846 1 964 17 17 17 17 17 17 17 计算起始断面 码头下游边界 码头上游边界 清远水文站断面 算有多种方法，有宽顶堰堰流公式计算法，即将河道行 洪断面概化为无坎宽顶堰来计算建筑物的奎水;有在建 筑物上下游各取一断面，建立上下游断面的水流能量方 程来试算建筑物上游的奎水高度;还有就是本文介绍的 方法，即在建筑物上游到下游选取一定长度的河段，通 过计算此河段水面线的变化来计算建筑物的V9水。笔 者认为后一种方法较为合理，且计算结果比较稳定、精 度比较高。 (上接第38页) 3 结论 本文通过建立平面二维水流数学模型，采用有限分 析法九点迎风，在较为不利的行洪水文组合条件 下，计算了武广客运专线跨北江白庙特大桥工程兴建 后，对所处河段行洪影响问进行分析与评价。可以认 为，拟建大桥对工程所处河段的行洪安全不会造成明显 的不利影响，但对桥址下游的流态以及流速分布影响明 显，需对桥址下游右岸迎流顶冲段堤防的防护采取工程 ，以避免崩岸，发生险情。此外，为避免伦洲洲头冲 刷后退，亦应对其采取防冲保护措施。该套模型方法可 以用于其它桥梁、码头等工程行洪影响计算。 参考文献: [I〕 李义天，赵明登，曹志芳.河道平面二维水沙数学模型 [M].北京:中国水利水电出出版社，2001. [2] 陈景仁，湍流模型及有限分析法「M].上海:上海交通大 学出版社，1989. [3] Zhao Ming一deng, Li Yi一tian. GRID GENERATION AND NUMERICAL SIMULATION OF 2一D RIVER FLOW[ M」. Journal of Hydrodynamics. Beijing一Printed in China: China Ocean Press, Ser. B,2(2001),50一54. 忿9毯召它召毯有Is a }1 11有健么屯后召名忿云名客屯么 么 c7}a毯荡 弓习弓习a屯召屯召习尽忍召召,屯省习,屯有习召之召召弓忍弓召弓健召佗么忿写忍召越台毯弓习召屯名习有刃召忿写是召屯6忍6忍a习a 嘴 (上接第41页) 在应用过程中要注意以下几点: 1)水位高程大于40 m时，气泡式水位计控制盒不 接受，所以安装在韶关地区的水文测站，只能在控制盒 显示板上看到水深，而不是水位，需要修改水位高程的 上限才能比较符合韶关的实际情况。 2)仪器本身设计的缺陷:气泵吹气时的强烈震动 容易引起控制盒下端24针插件松动，故在开关机箱时 要特别注意检查。 3)供电电源的电压必须在10 14 V之间，才能正 常工作。干燥剂要及时更换，按15 min测量I次计，干 燥剂大约需3个月更换1次，或者观察干燥瓶里的干燥 剂，接近完全变色后即行更换。如不更换，会直接影响 气泡式水位计的正常工作，有损其零件的使用寿命。 4)气泵由于是通过通电增压的装置，在夜间无太 阳能给蓄电池补充电能，蓄电池电压低的情况下测量水 位时容易烧坏，这时测量得到的水位是极不准确的，实 际中很难避免此种情况的发生。 5)当仪器内锉电池电量不足时，容易导致机箱外 盒显示的时间不准确。 6)气管外接口的安装条件和安装要求，将直接影 响到测验的准确性。 参考文献: 「1 ] GBJ 138一90.水位观测标准【S]. ·44。 万方数据