姚锡良;黄程
【摘 要】为研究不同建设方案下的码头造成的防洪影响,并比较方案的优劣,以深圳东宝河口的拟建码头为研究对象,联合平面一维和二维水动力模型进行两种不同方案建设前后的模拟计算,并分析评价工程建设对水位壅高、 水流形态、流速流向等的影响,经比选确定最优方案.计算结果表明项目建设后水位壅高程度较低,而码头内部流速减少较大,对整个河道影响甚微,项目建设对河道影响较小,可为码头建设提供防洪分析及方案比较提供参考. 【期刊名称】《广东水利水电》 【年(卷),期】2018(000)007 【总页数】5页(P45-49)
【关键词】MIKE11;MIKE21;水动力模型;码头;防洪 【作 者】姚锡良;黄程
【作者单位】广东省水利电力勘测设计研究院, 广东广州 510635;广东省水利电力勘测设计研究院, 广东广州 510635 【正文语种】中 文 【中图分类】TV135
DHI MIKE软件的应用较为广泛[1-3]，其模型原理和特点本文不再赘述。为研究不同建设方案下的码头造成的防洪影响，并比较两种方案的优劣，结合收集所得资
料[4-6]，利用DHI MIKE软件中的MIKE 11和MIKE 21建立一维水流数学模型和工程局部河道平面二维水流数学模型，对拟建码头工程的防洪影响计算分析和方案的比较，其方法和结论可为码头建设前期的防洪分析和设计比选等提供参考。 1 工程概述
茅洲河流域位于珠江三角洲东南部，流经深圳、东莞两个经济发达的地市，河床比降比较平缓，易受潮水顶托。干流塘下涌—河口的12 km河段为深圳与东莞的界河，亦称东宝河。
东宝河建材码头地处珠江口东岸、沿江高速东宝河特大桥以东的茅洲河河口段。东宝河建材码头设计吞吐量为1 000万t/a以上，其岸线长约为1 230 m，工程用地为临时用地，面积为0.27 km2。码头建设有两个方案： 1) 方案一：高桩墩式码头方案
选用高桩墩式码头，设2个泊位，单泊位由2个靠船墩和2个工作平台组成，靠船墩长为8 m，宽为7.2 m，由2根直桩、4根叉桩和上部墩台组成；工作平台长为4.4 m，宽为4.4 m，由2根直桩和上部墩台组成；工作平台与墩台、护岸由钢引桥连接，钢引桥长为7.4～18 m，宽为1～2 m。 2) 方案二：高桩梁板式码头
选用高桩梁板式码头，设1个泊位，栈桥长为100 m，宽为7 m，结构采用前排单直桩后排1对叉桩，上部桩帽、横梁和π板；引桥2根，长为38 m，宽为4 m，结构采用双直桩、帽梁和π板。
码头所在的河流水系见图1，码头两拟建方案的平面示意见图2。
图1 建材码头的所在河流水系示意 图2 建材码头的两种拟建方案示意(左为方案一，右为方案二) 2 水动力模型构建 2.1 建模范围
本次一维水动力模型建模范围为沙井河口下游到东宝河入海口。
平面二维水动力数学模型计算范围为新民3队窦3所在河道断面(码头上游500 m处)到东宝河口(码头下游1.56 km处)。 2.2 河网及网格文件
一维模型河网文件根据实测地形图描绘而成，计算河长约5.6 km。
二维模型的网格文件采用三角形网格生成，现状工况共布置2 705个结点、5 080个网格。建设工况则采用局部加密网格的方式，将码头建设两方案的桩墩处理成类似孤岛的陆地边界，方案一共布置了5 111个结点、9 639个网格，方案二共布置了7 708个结点、14 358个网格。码头概化及局部加密网格见图3。 图3 码头局部网格加密(左为方案一，右为方案二) 2.3 断面及地形文件
一维模型断面文件采用实测的1:500河道横断面，共29个断面，间距约200 m。 二维模型地形文件采用实测1:1 000河道地形图，高程系统为黄海高程，坐标系原为80坐标系，转换为深圳独立坐标系。 2.4 分析工况
拟建工程位于三角洲下游口门地区潮流界以内，洪潮水位同时受洪、潮的影响，参考相关报告的洪潮分析[4，5]以及码头的防洪潮标准[6]，本次模型分析工况分两种情况：
1) 以洪水为主，上下边界分别采用各频率洪水(P=1%、2%、5%、10%、20%、50%)与河口2年一遇潮位(P=50%)；
2) 以潮为主，上边界为2年一遇设计洪水，下边界为各频率潮位(P=0.5%、1%、2%、5%、10%、20%)。 2.5 边界条件
一维模型的上边界为沙井河与东宝河汇合口处的设计洪水，加上区间洪水；下边界
为设计潮位。由于东宝河流域没有实测流量资料，因此，设计洪水利用设计暴雨成果推求，并考虑水库的调洪作用[5]。设计潮位则根据舢板洲站年最高潮位资料计算。
二维模型的上边界为一维模型在一二维耦合断面的流量成果，下边界则同一维模型的下边界潮位成果。
因篇幅有限，仅列出以洪为主P=1%和以潮为主P=0.5%两种模拟工况的结果，具体见表1。
表1 边界条件(黄基)边界率定工况模拟工况以潮为主P=1%以洪为主P=1%以潮为主P=0.5%沙井河口下游/(m3/s)5131 543513区间入流/(m3/s)8818788相应控制潮位/m3.312.403.46 2.6 参数及率定
参考流域相关报告[4-5]，利用文献[5]以潮为主P=1%的成果进行数学模型的率定，率定结果具体见图4，模型结果与已有成果水位绝对误差最大为-0.019 m。率定得到模型的综合糙率为0.028。
图4 典型地点本次计算与文献[5]成果对比 3 模型结果分析 3.1 结果输出
一维结果输出得到河道水面线以及河道各断面流量，其中新民3队窦3所在河道断面的流量可作为二维模型的上边界入流。
二维模型结果的数据量较大，为便于分析，在拟建工程附近布置一些具有代表性的取样断面，输出结果主要有不同工况下拟建工程在不同方案的兴建前后的水位、流速、流向及流态变化等。在拟建码头及其上下游附近共布设的10个采样断面示意见图5。
图5 结果采样断面分布示意
3.2 壅水计算分析
在以洪为主潮相应水文组合情况下，不同洪水频率下拟建方案一造成的水位壅高最大值为1 cm，方案二造成的水位壅高最大值为1.5 cm，均位于码头上游。对比可发现，方案二的壅高值比方案一大，位于码头上游的壅高幅度比下游大，越往下游，壅高越小。可见以洪为主潮相应的工况下拟建工程对行洪影响较小，其中P=1%的成果见表2，河段水位分布示意图见图6。
图6 设计洪水(P=1%)组合下方案一、二局部河段水位分布
在以潮为主洪相应水文组合情况下，不同潮水频率下拟建方案一造成的水位壅高最大值为0.1 cm，方案二造成的水位壅高最大值为0.17 cm，均位于码头上游。所有断面壅水较低，可见以潮为主洪相应的工况下拟建工程对行洪影响很小，尤其方案一影响甚微。其中P=0.5%的成果见表2。
对比其他频率成果(因篇幅关系并未列出)可见，以洪为主的工况时，频率越高，壅高程度越低，以潮为主的工况时，频率越高，壅高程度越高，但增加值均较小。 表2 部分壅水计算成果 m断面序号以洪为主(P=1%)以潮为主(P=0.5%)现状方案一壅高值方案二壅高值现状方案一壅高值方案二壅高值
13.0100.0010.0033.4930.000 60.000 822.9740.0040.0063.4910.000 60.000 832.9000.0070.0083.4860.000 70.000 942.8430.0100.0153.4820.001 00.001 75(码头)2.7910.0050.0093.4780.000 60.000 862.7600.0040.0073.4760.000 60.000 772.7150.0040.0053.4740.000 60.000 582.6350.0030.0033.4700.000 50.000 492.5500.0010.0013.4660.000 20.000
3102.5570.0010.0013.4660.000 00.000 2最大值3.0100.0180.0203.4930.001 00.001 7最小值2.5500.0010.0013.4660.000 00.000 2 3.3 流速变化分析
通过分析模型的流速成果，码头所在断面及码头上游流速减少较大，举设计以洪为主(P=1%)为例，码头中心所在断面以及码头上游120 m断面现状流速分别为1.82 m/s和1.749 m/s，方案一流速分别减少0.029 m/s和0.047 m/s，方案二流速分别减少0.04 m/s和0.045 m/s。码头上下游的流速有增加有减少，但上游的改变值较大，下游改变值较小，尤其靠近码头附近的断面。以潮为主(P=0.5%)潮相应的工况下的流速改变情况与此类似。可见项目建设影响范围局限在码头附近水域，对整个河道影响微小。具体成果见表3。 3.4 流向流场变化分析
通过分析模型结果的流场图及流向文件，码头建设后，码头所占用的河道部分、以及码头上、下游局部水域水流发生绕流偏转，而其他河段的流场形态没有明显的变化，这与码头的尺寸较小，占用河道面积比例小有关。而且，除工程附近局部区域流速大小、方向将发生一定调整外，工程河段无其他不良流态产生，主流归槽，整体流态平顺。以洪为主工况下的流场图见图7～9。
表3 部分流速计算成果 m/s断面序号以洪为主(P=1%)以潮为主(P=0.5%)现状方案一变化值方案二变化值现状方案一变化值方案二变化值11.378-0.002-0.0010.424-0.0060.00121.406-0.0020.0030.4320.0020.00731.665-0.013-0.0350.500-0.014-0.02441.749-0.047-0.0450.526-0.015-0.0255(码头)1.824-0.029-0.0400.543-0.018-0.03561.736-0.015-0.0060.518-0.0010.00171.541-0.0270.0000.451-0.0030.00481.6970.007-0.0050.4760.0070.00291.574-0.004-0.0040.428-0.0110.000101.328-0.002-0.0010.3850.006-0.002 图7 以洪为主(P=1%)现状局部河段流场 图8 以洪为主(P=1%)方案一局部河段流场 图9 以洪为主(P=1%)方案二局部河段流场 4 结语
本文联合运用一、二维水动力数学模型，进行东宝河口建材码头两种拟建方案的防洪计算和影响分析，得出以下结论：
1) 从水位壅高分布看，位于码头上游的壅高幅度比下游大。从水位壅高级别看，项目建设对河道行洪影响较小，以洪为主工况中壅高最大值为方案二的在P=1%下的1.5 cm。以潮为主洪相应的工况下拟建工程对行洪影响很小，尤其方案一影响甚微。以洪为主的工况时，频率越高，壅高程度越低，以潮为主的工况时，频率越高，壅高程度越高，但增加值均较小。
2) 根据流速和流态变化分析结果，码头内部及码头上游流速减少较大，项目建设影响范围局限在码头附近水域，对整个河道影响微小。
3) 两个平面方案岸线走向相同，整体布局相似，各种参数相差不大，但方案一采用工程量少，施工快；同时建设2个泊位，1个出现问题，可及时检修，另1个可正常使用，不影响生产。方案二为连片式，工期较长，造价较高，码头作业灵活，吞吐量有限。两个方案对河道行洪影响都较小，而方案一水位壅高更小。因此，推荐采用方案一。
【相关文献】
[1] 邱颂曦，谭超. 基于一维河网数学模型的某水厂可供水量计算分析研究[J]. 广东水利水电，2014(6):18-20．
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