二维水动力模型在分汊河段涉河工程防洪影响评价中的应用

一、项目概况

中国物流合肥基地店埠河水陆联运综合码头工程位于合肥港南淝河港区循环园作业区，店埠河下游分汊河段进口左岸，上距合裕路公路桥约5.6km，下距三汊河口约1.6km。工程毗邻店埠河冷板配套项目码头，拟新建500t级（水工结构兼顾1000t级）散货泊位3个，码头泊位长度为205m（见图1）。

码头采用挖入式港池，港池底高程4.5m，码头前沿线平行于航道中心线布置，与上游冷板项目配套码头的前沿线在一条直线上，距离航道中心线为103m。前沿布置C30钢筋混凝土扶壁式挡墙，顶高程14.0m，后方陆域顶高程14.0m，纵向长约270m，横向长约310m（见图2）。

二、上下游水利工程概况

工程位于店埠河三汊河口上游附近，该河段河道弯曲，店埠河航道升级改造工程中已经对本河段裁弯取直，形成分汊河道，左汊为老河道，右汊为新河道。码头位于分汊河道上游入口左岸。

码头前沿河道顺直，河底高程4.3～5.4m，两岸堤距约120m。左岸为店埠河航道整治工程新退建堤防，堤顶宽6m，顶高程14.0m，迎水侧边坡1∶3，现状为浆砌石护坡，背水侧边坡1∶3。

下游左汊为老河道，两岸现状堤顶高程约13.5～14.0m，堤距约80m，河底高程约 4.8～6.2m。

下游右汊为店埠河航道整治工程取直新河道，底宽45m，底高程4.5m，左右岸均筑堤，右岸分汊口以下为裁弯取直后河道堤防，顶宽6m，迎水侧9.5m高程设10m宽平台，平台以上边坡1∶3，以下1∶4；背水侧边坡1∶3。

三、其他设施概况

码头上游左岸为在建店埠河冷板配套项目码头，码头全长243m，通过退建堤防形成挖入式港池，港池底高程4.5m。

码头下游左汊老河道内左岸为店埠河航道整治工程航行锚地，长300m，宽40m，底高程4.5m。

码头下游右岸为安徽中港港口集团有限公司综合物流码头工程，码头全长260m，通过退建堤防形成挖入式港池，港池底高程4.5m。

四、水利规划及设计洪水

该工程位于秦桥河口～三汊河段，根据《肥东县店埠河治理建设规划》，秦桥河口～三汊河段4.6km规划河底高程4.0m，底宽45m，规划对右岸河道堤防退建，规划堤顶宽度6m，堤顶道路宽4m，内外坡1∶3。

考虑到码头后方为循环产业园园区，属于重要城市防护区，根据《防洪标准》，并结合《肥东县店埠河治理建设规划》，该段设计防洪标准取50年一遇，码头处50年一遇流量908m3/s，50年一遇洪水位13.20m。

五、二维水动力模型的建立

码头工程位于分汊河段入口处，通过后退左岸堤防形成挖入式港池，并与上游在建店埠河冷板项目配套码头工程港池连为一体，左岸堤防后退后，码头下游老河道进口行洪断面增加，必然对分汊河段分流比、洪水位、流场产生影响，从而影响河势，需结合二维水动力模型定量分析其影响程度（见图3）。

1.计算范围

图1 码头上下游河段卫星图

图2 码头总平面布置图

根据工程位置及河段的河道特征，此次二维数学模型的范围取合裕路桥～三汊河口7.5km的河段。模拟研究码头工程建设实施后对河道水流流场、水位变化、分流比等的影响。模型采用三角形网格，并对主河槽内及码头工程区网格进行加密，网格尺寸为10m。

2.边界条件

模型设置上下游2条开边界，其中上游流量控制边界、下游为水位控制边界。

3.地形

该工程为2017年实测地形，结合规划断面及冷板项目配套码头设计对地形进行适当修正。

4.有关参数的选取

结合相关研究成果，河槽的糙率取0.018～0.025，边滩和近岸糙率值较大，取0.025～0.032。涡粘系数设定为0.28。时间步长1s。干水深0.01m，淹没水深0.05m，湿水深度0.1m。

5.工况选取

此次计工况为50年一遇洪水。

六、模型计算成果

1.分流比变化

该工程后退左岸堤防形成挖入式港池，扩大左岸行洪面积，改变了下游新老河道分洪流量，根据二维水动力模型分析:50年一遇洪水条件下，工程前新开河道分洪702m3/s，老河道分洪206m3/s，分流比3.41∶1；工程后新开河道分洪656m3/s，老河道分洪252m3/s，分流比减小为 2.6∶1。

2.洪水位变化

图3 计算河段网格划分图

由于码头工程建设导致下游左汊老河道行洪流量增加，老河道水位有所抬升，右汊新河道行洪流量减小，新河道水位有所下降。

根据二维水动力模型分析，码头前沿及码头上游河道50年一遇洪水位普遍下降，下降幅度约0.015～0.03m。

由于码头建设增加了左侧下游老河道内分洪流量，左侧老河道内水位普遍有所抬升，最大抬升幅度约0.03m，至老河道出口段，洪水位基本没有变化。

码头下游裁弯取直新河道进口洪水有所下降，最大下降约0.004m，出口段洪水位基本没有变化。

3.流场变化

码头建设后，由于码头工程前方与上游店埠河冷板项目配套码头工程前方平齐，港池与堤防衔接段导流影响消失，右岸近岸流速减小，码头前沿流速分布较为均匀，平均流速约0.8～0.9m/s，其中最大流速出现在左岸码头边缘，约0.9m/s；由于下游新河道分流流量减小，流速有所减小，平均减小约0.04m/s，河槽最大流速约0.95m/s。由于分流流量增加，下游老河道河槽流速有所增加，平均增加约0.027m/s，最大流速约0.65m/s。

七、防洪影响分析

码头港池开挖后，码头前沿与上游码头前沿平齐，河道顺直，有效改善了前沿水流条件，尤其是右岸流速，大幅度下降，有效减小了右岸冲刷，有利于右岸岸坡稳定；下游老河道分流流量增加，50年一遇洪水条件下河槽流速平均增加约0.027m/s，需采取措施稳定两岸岸坡。下游新河道分流流量减小，50年一遇洪水条件下河槽流速平均减小约0.04m/s，有利于岸坡稳定。

八、结束语

分汊河段涉河工程的建设必然对分汊河段分流比、洪水位、流场产生一定影响，影响河势稳定，传统公式计算方法无法准确对其影响程度进行分析，二维水动力模型可有效解决传统公式的不足，准确定量分析其影响，为评价分析以及影响专项处理设计提供科学依据■