貨運(yùn)碼頭工程防洪評價(jià)報(bào)告--畢業(yè)論文設(shè)計(jì)

寧波東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭工程·防洪評價(jià)第1章-PAGE1-第1章概述1.1項(xiàng)目背景寧波東方電纜有限公司位于寧波市北侖區(qū)北侖小港街道聯(lián)合區(qū)域，瀕臨甬江。為提供海纜直接下海運(yùn)輸條件，開拓其他貨物中轉(zhuǎn)裝卸業(yè)務(wù)，服務(wù)區(qū)域交通運(yùn)輸，寧波東方電纜有限公司擬在招寶山大橋以西約300米的甬江南岸選址建造一座500噸貨運(yùn)碼頭。該區(qū)域?qū)賹幉ǜ坻?zhèn)海港區(qū)，緊鄰甬江招寶山大橋。根據(jù)《防洪法》、浙江省實(shí)施《中華人民共和國河道管理?xiàng)l例》辦法、《河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目管理的有關(guān)規(guī)定》等要求，必須分析該工程對河道行洪及兩岸堤防等影響，編制河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目防洪評價(jià)報(bào)告。華北水利水電學(xué)院承擔(dān)了該項(xiàng)目工作，為了了解碼頭附近的河勢及泥沙沖淤狀況，項(xiàng)目組多次派研究人員到現(xiàn)場實(shí)地勘察、調(diào)查、收集有關(guān)河道、堤防、地質(zhì)及水文泥沙等資料，寧波市水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院也大力協(xié)助此項(xiàng)工作，通過資料分析與平面二維數(shù)值模擬分析了該建設(shè)項(xiàng)目對甬江河道行洪方面的影響，在此基礎(chǔ)上編制了本報(bào)告。1.2評價(jià)依據(jù)1.2.1有關(guān)法律法規(guī)（1）《中華人民共和國水法》，2002.10；（2）《中華人民共和國防洪法》，1998.1；（3）《中華人民共和國河道管理?xiàng)l例》，1988.6；（4）《河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目管理的有關(guān)規(guī)定》，1992.4；（5）《河道堤防工程管理通則》，1980.10；（6）《寧波市防洪條例》，2001.1；（7）《寧波市甬江奉化江余姚江河道管理?xiàng)l例》，2004.10。1.2.2技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)定（1）《水利工程水利計(jì)算規(guī)范》（SL104-95）；（2）《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-98）；（3）《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-94）；（4）《河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目防洪評價(jià)報(bào)告編制導(dǎo)則》（試行）；2004.7；（5）《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目管理的通知》，水利部辦建管[2005]2號。（6）本文采用的高程系統(tǒng)為國家85高程系統(tǒng)，個(gè)別采用其它高程系統(tǒng)時(shí)均給予相應(yīng)說明1.2.3相關(guān)技術(shù)、規(guī)劃文件（1）《甬江流域綜合規(guī)劃報(bào)告》，2002.9；（2）《寧波市港口總體規(guī)劃》，2002.11；（3）《寧波市內(nèi)河航道網(wǎng)及港口布局規(guī)劃》，2002.5。1.2.4報(bào)告編寫其它依據(jù)（1）建設(shè)單位有關(guān)本項(xiàng)目的工程可行性研究設(shè)計(jì)委托書；（2）寧波港務(wù)局編制的《寧波港總體規(guī)劃》（2003.10）；（3）寧波市相關(guān)政府部門編制的《北侖新區(qū)總體規(guī)劃（2001-2020）》、《寧波市北侖新區(qū)東片區(qū)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃》（2003.12）；（4）交通部頒發(fā)的港口工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范；（5）《寧波東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭工程可行性研究報(bào)告》，上海港灣工程設(shè)計(jì)研究院，2007年8月。1.3技術(shù)路線及研究內(nèi)容根據(jù)項(xiàng)目合同、工作大綱，本項(xiàng)目技術(shù)路線及研究內(nèi)容包括：1、利用近期研究河段河道實(shí)測水下地形資料，分析該段河道的演變情況及沖淤變化，預(yù)測碼頭工程建成后，碼頭上下游附近河段可能的演變趨勢。2、建立反映潮汐作用的平面二維水沙數(shù)學(xué)模型，計(jì)算不同洪、潮頻率組合條件下，碼頭工程對河道行洪的影響。3、根據(jù)二維水沙數(shù)學(xué)模型成果，研究河段工程前后的河勢、水位、流場、沖淤及水流動(dòng)力軸線的變化，分析碼頭建設(shè)對河勢穩(wěn)定、堤防安全、防汛搶險(xiǎn)、現(xiàn)有和規(guī)劃中防洪標(biāo)準(zhǔn)及水利工程的影響。4、綜合分析成果，從行洪的角度，對東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭工程作出總體評價(jià)，并提出消除或減小不利影響的措施及建議。寧波東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭工程·防洪評價(jià)第2章-PAGE78-第2章建設(shè)項(xiàng)目基本情況2.1建設(shè)項(xiàng)目概況2.1.1地理位置擬建工程地處北侖小港街道聯(lián)合區(qū)域，位于招寶山大橋以西約300米的甬江南岸，見圖1。該處水路距鎮(zhèn)?？诩s4公里，陸路與江南公路相接，接線距離近，交通便捷。該區(qū)域?qū)賹幉ǜ坻?zhèn)海港區(qū)，處于甬江入?？诤佣?，一般情況下候潮可通行5000噸的船舶。港區(qū)內(nèi)波浪較小，具有完備的助航設(shè)施，在甬江內(nèi)和七里峙均有錨地，可供大小船舶錨泊。該處通過港池疏浚修建500噸級泊位，地理位置基本滿足要求，且岸線后方陸域?qū)掗煟瑢Πl(fā)展港口堆存、倉儲和濱海工業(yè)有利，具有較好的建港條件。碼頭地理位置見附圖1。圖2-1-1擬建碼頭2.1.2建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)模該工程為寧波東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭建設(shè)工程，該項(xiàng)目擬用岸線77米，建設(shè)500噸級碼頭一座，碼頭前沿水深-3.8米，工程全部完成后可形成年吞吐能力：電纜60萬米，其它貨物12萬噸。陸域占地面積：1211m2東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭新建工程平面總體布置與立面布置見附圖2、附圖3。2.1.3工程地質(zhì)碼頭工程位于甬江右岸，碼頭部分處于凸岸淺灘區(qū)。碼頭水域地形泥面平緩，向江中心線緩傾。碼頭區(qū)水下泥面標(biāo)高為+0.1m左右，該段潮流為順岸往復(fù)流（據(jù)勘察期間觀察），潮流侵蝕作用微弱，淤泥略大于沖刷，泥面有0.5～2.5m左右的淤泥淤積，場地附近的海堤未發(fā)現(xiàn)過量沉降或滑動(dòng)等不良現(xiàn)象，說明自然岸坡穩(wěn)定性好。浙江省工程勘察院在擬建碼頭附近江域進(jìn)行了鉆探、勘察。根據(jù)勘探孔揭露的地層巖性、埋藏分布情況及成因時(shí)代，主要地質(zhì)分層為：(1)淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土（mQ34）灰色、褐灰色，流塑狀，厚層狀構(gòu)造，含少量有機(jī)質(zhì)，夾少量粉土薄層，粘塑性一般，局部較差。全場均有分布，物理力學(xué)性質(zhì)差。(2)淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土（mQ24）灰色、流塑，鱗片狀，夾少量粉土或粉砂薄層，粘塑性一般，局部相變?yōu)橛倌噘|(zhì)粘土。全場均有分布，物理力學(xué)性質(zhì)差，高壓縮性。(3)淤泥質(zhì)粘土（mQ24）灰色、流塑，鱗片狀，土質(zhì)細(xì)膩，粘塑性好,偶夾少量粉砂小團(tuán)塊，全場均有分布，物理力學(xué)性質(zhì)差，高壓縮性。(4)粉質(zhì)粘土（mQ14）灰色、流塑，鱗片狀，局部有層理，土質(zhì)不均一,粘塑性較差,夾較多粉砂團(tuán)塊或薄層，局部相變?yōu)橛倌噘|(zhì)粉質(zhì)粘土。全場均有分布，物理力學(xué)性質(zhì)差，高壓縮性。(5)中砂灰綠色、淺黃色，稍中密，飽和厚層狀,含少量粘性土，呈團(tuán)塊或薄層狀,含量5%左右，偶夾少量礫石。全場均有分布，物理力學(xué)性質(zhì)較好，低壓縮性。工程建筑場地類別為III類。根據(jù)國家1/400萬《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18206-2001）及《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-201），按VII度抗震設(shè)防，地震動(dòng)峰值加速度為0.1g。表2.1主要技術(shù)指標(biāo)一覽序號項(xiàng)目名稱單位數(shù)量備注1電纜裝船量萬m/年602其它貨物吞吐量萬t/年123設(shè)計(jì)貨物年通過能力萬t/萬m13.8/66.14500噸級泊位個(gè)15泊位長度m776平臺尺寸m×m60×187綜合樓m2148陸域工程8用地面積m212112.2河道基本情況2.2.1河道概況（1）河道概況甬江口位于杭州灣最南端的淺灘水域，淺灘外是強(qiáng)勁的金塘水道流，大游山東腳至金塘水道-10m等深線的距離約為700m。甬江口外附近水體平均含沙量為0.997kg/m3。甬江上游徑流量不大，平均年徑流量為14～15億m3，上游泥沙下泄量很小，平均每年為25～30萬噸?？陂T段屬弱潮河口，平均潮差僅1.71m，平均潮差流量為800～900m3/s，年平均潮量為145～150億m3，年平均含沙量為1.0kg/m3以上，遇偏北大風(fēng)時(shí)泥沙含量可達(dá)3.0～4.0kg/m自1959年三江口上游姚江建閘后，甬江發(fā)生強(qiáng)烈淤積，大約經(jīng)過十三年的時(shí)間，全長22公里的河床才達(dá)到相對平衡。目前甬江航道水深基本穩(wěn)定，外航道維護(hù)水深一般在7m～7.5m之間，內(nèi)航道水深在4m～5m之間。為確保甬江口航道水深，由寧波港集團(tuán)委托上海航道局第二工程公司采用耙吸式挖泥船在甬江航道常年疏浚維護(hù)，一年維護(hù)量在220萬m3左右。碼頭所在的甬江河段屬于甬江下游河段，除下游1km左右的鎮(zhèn)?？瓦\(yùn)碼頭段最小河寬僅250m左右外，其它河段河面較寬，約400～450m。（2）潮汐水文本地區(qū)潮汐性質(zhì)屬不規(guī)則半日潮，每年6～10月潮位較高，8月最高，12月到翌年4月潮位降低，一月最低，季節(jié)差達(dá)0.5米，遇東北風(fēng)時(shí)潮位壅高可達(dá)0.87米，西南風(fēng)時(shí)則能降低0.5米。根據(jù)鎮(zhèn)海水文站的驗(yàn)潮資料分析推算，擬建碼頭水域的特征水位及設(shè)計(jì)水位如下(采用當(dāng)?shù)貐卿亮泓c(diǎn)基面)：①特征水位歷史最高潮位+5.23m；歷史最低潮位-0.23m平均高潮位+2.94m；平均低潮位+1.13m平均潮位+2.13m；歷史最大潮差4.21m歷史最小潮差0.30m；平均潮差1.82m②設(shè)計(jì)水位極端高水位5.23m；極端低水位－設(shè)計(jì)高水位3.60m；設(shè)計(jì)低水位潮流與波浪工程河段雖屬甬江內(nèi)河，但屬河口港范圍，受海潮影響，潮流屬漲落潮反復(fù)流。由于地形影響，潮流、流向、流速各處不同，港內(nèi)平均流速為0.28米/秒。根據(jù)2005年6月25日實(shí)測資料，港區(qū)水域最大流速為1.16米/秒,平均流速為0.46m/s；最小流速約0.05m/s。甬江口位于杭州灣最南端的淺灘水域，淺灘外是強(qiáng)勁的金塘水道流，大游山東腳至金塘水道－10m等深線的距離約為本工程碼頭位于鎮(zhèn)海港區(qū)內(nèi)，泊穩(wěn)條件較好,江面平常幾乎無浪，當(dāng)海面出現(xiàn)西北大風(fēng)時(shí)，會出現(xiàn)0.50m以上涌浪。2）泥沙甬江口外附近水體平均含沙量為0.997kg/m3。甬江上游徑流量不大，平均年徑流量為14～15億m3，上游泥沙下泄量很小，平均每年為25～30萬噸?？陂T段屬弱潮河口，平均潮差僅1.71m，平均潮差流量為800～900m3/s，年平均潮量為145～150億m3，年平均含沙量為1.0kg/m3以上，遇偏北大風(fēng)時(shí)泥沙含量可達(dá)3.0～4.0kg/m3以上。自59年姚江建閘后，甬江發(fā)生強(qiáng)烈淤積，大約經(jīng)過十三年的時(shí)間，全長22公里的河床才達(dá)到相對平衡。目前甬江航道水深基本穩(wěn)定，外航道維護(hù)水深一般在7m～7.5m之間，內(nèi)航道水深在4m～5m之間。為確保甬江口航道水深，由上海航道局第二工程公司采用耙吸式挖泥船在甬江航道常年疏浚維護(hù)，一年維護(hù)量在220萬方左右。由于港區(qū)水深維護(hù)次數(shù)與開挖水深有關(guān)，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，甬江內(nèi)相似的碼頭泊位區(qū)，一般碼頭一年要維護(hù)一次。2.2.2洪水特性甬江洪水的主要特點(diǎn)是：山區(qū)暴雨匯流迅速，進(jìn)入平原區(qū)后受兩岸堤防約束及市區(qū)河道過水?dāng)嗝婵s小影響，洪水下泄不暢；另外受下游漲潮流的嚴(yán)重頂托，洪水在一段時(shí)間內(nèi)非但不能下泄，甚至被頂托倒流，若與臺風(fēng)遭遇則情況更為嚴(yán)重。造成嚴(yán)重洪澇潮災(zāi)害的主要是梅雨性暴雨、臺風(fēng)性暴雨、突發(fā)性暴雨和風(fēng)暴潮。梅雨在平原地區(qū)容易產(chǎn)生內(nèi)澇。突發(fā)性暴雨具有明顯的突發(fā)性，歷時(shí)短、強(qiáng)度大，洪水兇猛，危害性極大，主要是氣象上較難捉摸的雷暴雨、東風(fēng)擾動(dòng)云團(tuán)引起的暴雨等。臺風(fēng)暴潮的特點(diǎn)是風(fēng)猛、雨急、浪大、潮高，破壞性極大。由于臺風(fēng)最活躍的時(shí)期是每年8～9月份，如果碰上天文大潮汛，很容易發(fā)生風(fēng)、暴、潮三碰頭。2.3建設(shè)項(xiàng)目附近工程現(xiàn)狀2.3.1沿河堤防情況1999年前，甬江河段堤頂高程一般為2.7～4.0m，最高為4.6m左右，個(gè)別最低堤段堤頂高程在2.0m左右。為抵御潮水和洪水，1999年后，寧波市開始重點(diǎn)建設(shè)堤防工程。甬江自寧波三江口至鎮(zhèn)海招寶山大橋，堤防河段長22km，其中三江口至常洪隧道段為中心城區(qū)范圍，設(shè)防高程4.13m，常洪隧道下游堤防標(biāo)高為4.63m。甬江干流全線防洪潮標(biāo)準(zhǔn)基本達(dá)到了100年一遇。甬江各河段主要控制點(diǎn)的堤距及堤頂高程見表2.2。表2.2甬江兩岸堤距及堤頂高程河段起點(diǎn)終點(diǎn)河長（km）堤頂高程（m）堤距（m）甬江三江口白沙7.24.13160～200白沙印洪碶4.24.13200～360印洪碶界牌碶5.24.63400～420界牌碶輪渡碼頭9.44.63400～480輪渡碼頭浹水大閘5.44.63255～550現(xiàn)狀甬江干流兩岸防洪大堤基本控制了河道平面變化，見圖2-2。圖2-3-1擬建碼頭河段2.3.2沿岸其它工程擬建碼頭下游約300m左右為招寶山大橋，上游緊鄰火電廠燃煤碼頭，沿岸沒有其他大中型水利工程。在碼頭下游3400m左右的左岸為鎮(zhèn)海水文站。寧波東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭工程·防洪評價(jià)第3章第3章河床演變3.1河道水沙特性3.1.1潮汐特性甬江河口為弱潮河口，屬不正規(guī)半日潮型，一天有兩個(gè)高潮和兩個(gè)低潮，其相鄰的高潮低潮均不相等。夏季的夜高潮高于日高潮，冬季日高潮高于夜高潮。從漲潮到落平，平均為12小時(shí)25分，漲潮歷時(shí)平均為5小時(shí)50分，落潮歷時(shí)平均為6小時(shí)35分，落潮歷時(shí)比漲潮歷時(shí)長45分。其流速、流向受地形影響，在不同的岸段有所不同。根據(jù)寧波及鎮(zhèn)海水文站歷年潮位資料分析，寧波站多年平均高潮位2.23m，鎮(zhèn)海站多年平均高潮位為2.11m。寧波站最高潮位系臺風(fēng)期的風(fēng)暴潮和上游洪水疊加所形成。歷史最高潮位寧波站為3.31m（1997年8月18日），鎮(zhèn)海站為3.35m（1997年8月18日）；最低潮位寧波站為=0.15-1.87-1.72m（1959年12月31日），鎮(zhèn)海站為=-0.20-1.87-2.07m（1952年1月26日）；歷年平均高潮位寧波站為=3.05-1.871.18m，鎮(zhèn)海站為1.08m；歷年平均低潮位寧波站為=1.38-1.87-0.49m，鎮(zhèn)海站為=1.18-1.87-0.69m；歷年平均潮差寧波站為1.70m，鎮(zhèn)海站為1.75m。歷年最大潮差寧波站為3.62m，鎮(zhèn)海站為3.53m。由于姚江大閘建成，使得甬江的納潮量減少，進(jìn)入姚江的潮波受大閘攔阻發(fā)生反射，使得高潮抬高，低潮降低，潮差增大。2005年10月寧波市水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院曾在新建碼頭上游清水浦碼頭斷面進(jìn)行了全潮水文測驗(yàn)。2006年9月，寧波市水文站曾在新建碼頭上游約4km處（王家洋閘上游約700m）進(jìn)行了全潮水文測驗(yàn)。在各斷面的觀測斷面上設(shè)置了3條垂線，測量流速、流向和潮位。有關(guān)實(shí)測資料的特征值統(tǒng)計(jì)情況見表3.1。表3.1兩次全潮測驗(yàn)的特征值統(tǒng)計(jì)表（%）（單位：m、m/s）測驗(yàn)斷面時(shí)間最高潮位最低潮位最大潮差最小潮差最大流速清水浦碼頭上游6km0510，19日7時(shí)至20日8:302.12-1.0332.161.54（漲）1.36（落）0510，25日10時(shí)至26日13時(shí)1.24-0.421.660.310.82（漲）0.94（落）清水浦碼頭上游4km0609，23日17時(shí)至24日21時(shí)1.74-0.912.31.01.42（漲）1.34（落）069月30日9時(shí)至10月1日13時(shí)1.38-0.571.950.510.86（漲）1.01（落）從流速變化過程分析，在無徑流匯入情況下，流速縱向分布：漲潮流速大于落潮流速，漲潮流向與落潮流向平行。3.1.2泥沙特征甬江的泥沙由流域來沙和海域來沙兩部分組成，主要來自奉化江流域。據(jù)奉化溪口站實(shí)測資料統(tǒng)計(jì)，年平均輸沙量為4.63萬t，平均侵蝕模數(shù)137.33t/km2，年產(chǎn)沙量為17萬噸。海域來沙遠(yuǎn)大于流域來沙，1個(gè)潮的漲潮平均輸沙量為1.73萬噸，10個(gè)潮的漲潮輸沙量即等于全年流域來沙。海域來沙多為易淤難沖的淤泥、潮水挾沙引起的泥沙輸移及河床沖淤變化。甬江口冬春季含沙量大，3月份為高峰；秋季含沙量小，7、8月份為低谷。白沙站1957年實(shí)測漲潮平均含沙量為0.27kg/m3；落潮平均含沙量為0.23kg/m3。1982年平均含沙量為0.98kg/m3這里也借用清水浦河段2005年10月實(shí)測河床質(zhì)級配情況和水樣含沙量分析成果見表3.2、表3.3。表3.2擬新建碼頭河段河床質(zhì)泥沙級配表（%）D（mm）0.25～0.0740.074～0.0050.05～0.010.01～0.005D501＃河床質(zhì)8.85.150.79.90.0162＃河床質(zhì)41.63.321.111.10.0223＃河床質(zhì)19.718.036.78.50.024表3.3擬新建碼頭河段實(shí)測含沙量分析成果表(單位：kg/m3)日期時(shí)間1＃含沙量2＃含沙量3＃含沙量日期時(shí)間1＃含沙量2＃含沙量3＃含沙量10月19日7時(shí)2.112.232.3410月25日100.580.700.778時(shí)1.531.310.46110.610.610.379時(shí)2.262.980.68120.410.420.3610時(shí)3.192.561.85130.400.480.6311時(shí)3.192.722.62140.800.570.7212時(shí)4.052.873.01150.870.630.8513時(shí)3.633.082.39160.770.740.9615時(shí)3.123.432.83170.900.651.0917時(shí)1.203.072.16190.260.270.3019時(shí)1.592.302.50210.290.320.4020時(shí)1.862.250.86230.600.900.9221時(shí)1.221.900.8310月26日10.740.810.7522時(shí)1.721.690.8020.480.610.3723時(shí)2.841.861.7530.320.430.2710月20日0時(shí)2.271.771.1540.300.420.291時(shí)2.101.820.9550.290.340.272時(shí)0.361.321.4160.330.340.334時(shí)0.962.191.8670.280.350.336時(shí)1.551.832.1090.270.280.328時(shí)2.372.722.87110.290.330.30130.480.320.263.2河床近期演變3.2.1河床演變與整治(1)河床演變沖積平原上的甬江河道平面形態(tài)呈微彎蛇曲狀，曲折系數(shù)ζ＝1.2，具有蜿蜒型河段的一般特點(diǎn)。為了防洪排澇，多年來兩岸河堤逐步形成。當(dāng)山洪爆發(fā)大水漫堤或決口時(shí)，水流突破堤岸約束，對河槽的作用相對減弱；大水退去，堤防又按原位復(fù)建，這樣便長期維持了中水小河槽的基本流路。20世紀(jì)50年代以后，隨著地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展的需要，自寧波市區(qū)開始，逐步將河岸建成漿砌塊石的直立式岸墻，如今甬江河段已接近平面彎曲的人工渠化河道。根據(jù)甬江河實(shí)測水文資料，漲落潮流的含沙量一般在0.05～0.7kg/m3范圍，主槽床面泥沙在漲急和落急時(shí)，具有起動(dòng)和被輸移的條件。由于上游水土保持和修建擋潮閘，甬江上游來沙量已逐年減少。目前以海域來沙為主。海域來沙顆粒較細(xì)，除了在擋潮閘下游緩回流區(qū)可能落淤外，在甬江河槽內(nèi)一般都能被落潮流再次向下游輸移，尤其是汛期下泄流量較大時(shí)，將能把枯水期淤沙掀起帶走，自然狀況下，甬江過水能力基本能維持。但是隨著地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，甬江下游段兩岸修建不少貨運(yùn)碼頭。這些碼頭棧橋類似河道工程的透水樁壩，引起棧橋上下游邊岸淺灘的泥沙淤積。雖然航道疏浚保持了航槽的通暢，但對河道灘地行洪能力的影響卻不能忽視。這種狀況一方面造成行洪有效斷面減小，另一方面也增大了邊岸灘地糙率，引起下游段行洪能力的減小與洪水位的抬高。（2）河道整治甬江河段全長25.6km，是甬江流域排水通道和寧波通航咽喉，河段整治是關(guān)系到流域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的治理重點(diǎn)。1950年對江堤做了全面培修；1956年又在修復(fù)水毀地段基礎(chǔ)上對江堤作了重點(diǎn)加固；從1950年起至1961年，沉船打撈基本完畢，清除了航道障礙；1954年對局部淺灘進(jìn)行疏浚，可以使3000噸級客輪航運(yùn)；1961年至1978年對江道進(jìn)行大規(guī)模疏浚；1980年至1983年疏浚和建筑挑水導(dǎo)流設(shè)施相結(jié)合，對鎮(zhèn)海港區(qū)段進(jìn)行整治，使江道平均江底高程達(dá)到-4.0m，口門段-7.0m，保證了3000噸級客輪出入甬江，萬噸輪停泊鎮(zhèn)海港區(qū)。1987年，對市區(qū)三江六岸進(jìn)行清障。1999年起實(shí)施寧波市三江六岸防洪整治工程。甬江河段在近半個(gè)世紀(jì)里面有3次淤積，作了3次疏浚。第一次因抗戰(zhàn)初期為防御日艦侵入而打樁、沉船設(shè)障，引起口門段至張鑒碶至清水浦段局部淤淺，經(jīng)清除沉船并與1954年進(jìn)行疏浚，挖去甬江口和清水浦3處淺灘泥42萬m3，使3000噸級客輪行道暢通，對行洪也有利。第二次因1959年姚江閘建成，引起全江嚴(yán)重淤積，經(jīng)1961年至1978年大規(guī)模疏浚，才使3000噸級客輪可候潮航行。第三次因1975年至1978年建成鎮(zhèn)海港攔海大堤，改變了河口形狀，引起港區(qū)嚴(yán)重淤積，經(jīng)采取疏浚和綜合整治相結(jié)合措施，才使萬噸級輪船順利停泊鎮(zhèn)海港區(qū)，3000噸級輪船可自由航行。3.2.2河床斷面沖淤變化碼頭工程位于甬江南岸，碼頭部分地處彎道凸岸淺灘水域。泥面平緩向江中心線緩傾。碼頭區(qū)水下泥面標(biāo)高為+0.1m左右，該段潮流為順岸往復(fù)流（據(jù)勘察期間觀察），潮流侵蝕作用微弱，淤泥略大于沖刷，泥面有0.5～2.5m為了解河段內(nèi)沖淤變化及典型斷面的河床形態(tài)變化規(guī)律，在研究河段附近選擇YJ39～YJ44六個(gè)分析斷面，根據(jù)實(shí)測量資料套繪2000～2004～2005～2006年間各斷面的大斷面圖，各典型斷面的沖淤變化見圖3-1～3-7。就全河段斷面演變而言，則呈現(xiàn)出洪水岸線不變，斷面形態(tài)的變化主要反映在河槽與灘唇的沖淤變化。碼頭上游YJ43斷面處于彎道過渡段，左岸有一定淤積，主槽則受電廠煤碼頭過船影響，有沖有淤；依靠挖泥疏浚，右岸還略有沖刷。分析擬建碼頭的FJ1斷面，在碼頭所在處的右岸一側(cè)，2000~2004年有比較強(qiáng)烈的淤積，2004~2006年灘沿又有所恢復(fù)，總體看近年來右岸淺灘比較固定、變化不大；主槽略有淤積；對岸受該處碼頭棧橋間回流淤積影響，近年左岸灘地有一定淤積。碼頭下游的YJ44斷面處于招寶山彎道段，左側(cè)凹岸處于深槽航道，略有沖刷；右側(cè)凸岸淺灘近年有一定緩慢淤積，強(qiáng)度不大。圖3-2-1YJ3圖3-2-2圖3-2-3YJ圖3-2-4YJ圖3-2-5YJ圖3-2-63-2-7YJ為了解河道斷面形態(tài)的演變過程，統(tǒng)計(jì)分析擬建碼頭附近河段各斷面的河相系數(shù)（各斷面之間距離約為500m），不同時(shí)期河相關(guān)系沿程變化見圖3-2-8，各斷面河相關(guān)系系數(shù)見表3.4。由表3.4知：各控制斷面的平均水深隨時(shí)間有變化波動(dòng)，2004年斷面略有淤積，2006年變化很小但還是略有沖刷。由圖3-2-9可以看到沿流程也呈現(xiàn)周期性波動(dòng)變化，彎頂河道窄深些，故河相關(guān)系系數(shù)較小，也相對比較穩(wěn)定；過渡段則較寬淺，河相關(guān)系系數(shù)較大，特別在過渡段的YJ34和YJ38斷面，河相關(guān)系系數(shù)波動(dòng)也較大，說明過渡段的河道斷面形態(tài)還處于不斷變化的調(diào)整期，近幾年YJ38斷面左岸的碼頭和修建在灘地里的一些構(gòu)筑物使主流右移，河相系數(shù)也有所減小。在擬建碼頭附近河段的上下游兩個(gè)灣頂比較穩(wěn)定，近年河相關(guān)系變化不大，YJ41斷面保持在1.4～1.8之間，而YJ45斷面則保持在2.2～2.5之間；過渡段YJ43斷面受煤碼頭上游影響，斷面有整體右移的趨勢，系數(shù)基本維持在6.1～6.5。擬建碼頭附近上下游的斷面河相關(guān)系系數(shù)基本都比較穩(wěn)定，系數(shù)基本維持在3.6～4.0之間，表明該河段河道形態(tài)調(diào)整不大，體現(xiàn)了近?？诤佣蔚膹澋肋M(jìn)口段的幾何形態(tài)特征。為了解河道縱向演變過程，點(diǎn)繪甬江深泓線不同時(shí)期變化，見圖3-2-9。河道深泓沿程基本呈周期性波狀變化，彎頂處為波谷，局部河底高程最低；過渡段淺灘脊處為波峰，局部河底高程最高。待建碼頭距上一彎道彎頂下游1300m，該彎道彎頂（YJ40~41）河底最低高程約－圖3-2-8圖3-2-9研究河段實(shí)測月沖淤量的統(tǒng)計(jì)計(jì)算值見表3.5。分析附近河段汛期月沖淤量表3.4可知：河段的沖淤演變宏觀上呈現(xiàn)出以微弱淤積為主的特征。2002年6月至7月研究河段處于微淤狀態(tài)，累計(jì)淤積量約1.9萬m3，平均淤積厚度4.2c表3.5擬建碼頭附近河段實(shí)測月主槽沖淤計(jì)算成果斷面平均沖淤厚度（m）計(jì)算河段河段沖淤量（m3）平均沖淤深度（m）注YJ220.018YJ22－YJ25-1990-0.02計(jì)算時(shí)段從2002年6月至2002年7月YJ23-0.1YJ24-0.02YJ250.012YJ270.03YJ27－YJ2829850.030YJ280.16YJ280.16YJ28－YJ299950.012YJ29-0.018表3.4研究河段各斷面河相系數(shù)統(tǒng)計(jì)表斷面年份平均水深（m）河寬BYj3920003.682754.5120044.352753.8120064.222753.93Yj4020007.1157.61.7720049.3157.61.35Yj4120008.32181.7820048.72051.65Yj4220002.643046.620043.78373.45.1120054.16373.44.65Yj4320002.452246.1120042.45256.56.5420052.46256.56.51Fj120004.75316.23.7420044.82298.23.5820054.52321.63.9720064.52316.23.93Yj4420007.282702.2620046.982702.353.3東方電纜貨運(yùn)碼頭建設(shè)前河段的河床演變分析甬江是沖積平原上比較典型的蜿蜒型河道。20世紀(jì)中葉以后，隨著地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展的需要，自寧波市區(qū)開始，逐步將河岸建成漿砌塊石的直立式岸墻，如今甬江江已是平面上有彎曲的人工渠化河道，東方電纜貨運(yùn)碼頭位于甬江南岸微彎河段的凸岸一側(cè)的上游。隨著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展，在研究河段兩岸修建不少碼頭等臨河建筑，壓縮了河道過流斷面，對附近河段的河勢帶來一定的影響。分析現(xiàn)有碼頭修建前附近河段的河勢，航道內(nèi)水深一般在4.0~5.0m左右，河面寬一般在450m左右，主流偏左岸一側(cè)。圖3-3-1顯示了碼頭修建前，棧橋斷面（FJ1附近斷面）的河床斷面形態(tài)；從圖3-3-1由于甬江河段兩岸都修建有漿砌石岸墻，在碼頭附近河段也修建有堤防工程，因此河岸的抗沖性較強(qiáng)，河岸的橫向發(fā)展受到限制，也保持了該河段河寬基本不變。該河段的潮流為順岸往復(fù)流，河段受潮流侵蝕作用微弱，淤積略大于沖刷，灘面有0.5m左右的淤泥淤積，附近的堤防未發(fā)現(xiàn)過量沉降或滑動(dòng)等現(xiàn)象，說明自然岸坡穩(wěn)定性好。圖3-3-1東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭擬建處灘地淤積由于該河段定期內(nèi)會對主航道進(jìn)行清淤，因此主航道能維持一定的航深；該河段碼頭修建前灘涂的沖淤變化不大，使得碼頭附近河段在較長一段時(shí)間內(nèi)維持相對的穩(wěn)定狀態(tài)，河勢基本維持不變。通過分析不同年份的河相系數(shù)分析可知，該河段2000～2006年的河相系數(shù)基本維持在4左右，表明兩岸碼頭修建對河道的影響經(jīng)過一段時(shí)間的調(diào)整，使該河段又處于相對的穩(wěn)定狀態(tài)。該河段在2000年以來，由于定期清淤，深泓線位置基本沒有發(fā)生很大變化，其航道的最大水深也相對保持穩(wěn)定，水深一般在4.5～5米左右。3.4東方電纜貨運(yùn)碼頭建設(shè)后河段的河床演變趨勢預(yù)測3.4.1擬建碼頭工程方案擬建碼頭總平面布局上緊鄰煤碼頭下游，棧橋長46.9m，棧橋前沿與灘沿齊平；擬用岸線77米，靠船平臺順流向長60m。碼頭前沿停泊水域?qū)挾却笥?倍設(shè)計(jì)船寬，需通過挖泥疏浚將碼頭前沿水深控制在-3.8米。回旋水域尺度按橢圓長軸為2.5L（L為設(shè)計(jì)船長），短軸為1.5L。由于受到甬江航道的限制，擬新建碼頭前沿線受到嚴(yán)格控制。該碼頭前沿水深條件不甚理想，水深不足通過疏浚港池來解決。3.4.2新建碼頭工程附近河段的河床演變分析修建在河中的碼頭工作平臺和棧橋樁群會使碼頭處過流面積減小。樁群阻水作用反映在兩方面：從主航道方面看，樁群占據(jù)主槽的阻水面積與碼頭處航道過水面積相比較小，樁群阻水作用對非汛期主航道產(chǎn)生的壅水作用有限；從全河道斷面看，近岸灘地受樁群阻水作用相對比較嚴(yán)重，碼頭棧橋上下游近岸灘地回流淤積相對嚴(yán)重。擬建電纜貨運(yùn)碼頭上游緊鄰已有的電廠運(yùn)煤碼頭，下游400m就是招寶山大橋，兩者之間會形成較大的回流區(qū)，回流區(qū)內(nèi)水流流速減小，水流挾沙能力降低，從而造成該處近岸灘地是凸岸淺灘淤積區(qū)。東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭雖然侵占一部分的灘地，但棧橋頭部沒有超出凸岸淺灘灘沿，所以修建碼頭后對主流的影響不大。由于兩岸臨河建筑物上下游灘地的回流可能會逐年淤積加重，相應(yīng)主航道壓縮變窄，因此東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭修建后，該河段河相系數(shù)可能會逐漸減小，這主要取決于新建碼頭附近邊灘的淤積狀況。由于東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭下游邊灘淤積是在凸岸淺灘區(qū)，因此適當(dāng)控制其發(fā)展是可以維持河勢穩(wěn)定的。調(diào)查甬江已建的類似碼頭，近岸樁群附近的灘地淤積相當(dāng)嚴(yán)重，擬建碼頭附近煤碼頭現(xiàn)狀灘地淤積情況見圖3-4-1。棧橋上下游均存在回流區(qū)，在無大洪水的非汛期，灘地回流區(qū)的淤積是不可避免的。淤積泥沙來源主要是海相來沙。由于目前港池要滿足在設(shè)計(jì)低水位時(shí)的滿載吃水要求，港池需要經(jīng)常疏浚。根據(jù)研究河段一些碼頭的港池疏浚情況來看，在一個(gè)水文周期年港池的平均回淤量為0.3～0.8m淤積區(qū)淤積區(qū)圖3-4-1在汛期遇大洪水、高潮位，河道全斷面行洪時(shí)，灘地行洪能力可能因樁群阻水及非汛期灘地淤積而減小，對碼頭上游水位壅高產(chǎn)生一定的影響。從平面看，新建碼頭建成后，雖然非汛期棧橋上下游近岸區(qū)的邊灘淤積是不可避免的，但汛期大洪水及高潮位組合引起水流挾沙能力提高，灘地汛期還是有一定沖刷，在有些大斷面水下地形套繪圖對比中也可以看到灘地沖刷的情況。汛期大洪水的河槽主流的強(qiáng)造床作用通常都會形成對主槽的一般沖刷，另外工作平臺及靠船墩橋樁附近會產(chǎn)生類似丁壩壩頭的強(qiáng)烈局部沖刷，從而又降低了碼頭樁群的壅水作用。大量的碼頭、橋梁工程實(shí)際運(yùn)行狀況表明，建筑物附近的河床沖淤演變的一般規(guī)律為：碼頭樁群的阻水作用使橋位上游水位有壅高現(xiàn)象，上下游近岸灘地產(chǎn)生持續(xù)淤積，而棧橋頭部樁群附近范圍會有局部沖刷。碼頭新建后，灘地持續(xù)淤積一般會加劇主槽的彎曲率，但對整體河勢不會有明顯影響。由于河道航道經(jīng)常性的疏浚，主槽不會出現(xiàn)持續(xù)性的強(qiáng)烈淤積；經(jīng)一段時(shí)間調(diào)整，碼頭上下游河段河床沖淤將逐漸趨于穩(wěn)定。通過分析不同年份的河相系數(shù)分析可知，該河段2000～2006年的河相系數(shù)基本維持在4左右，表明東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭修建后，該河段經(jīng)過一段時(shí)間的調(diào)整，會處于相對的穩(wěn)定狀態(tài)，河道深泓線位置也基本不會發(fā)生很大變化。寧波東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭工程·防洪評價(jià)第4章第4章防洪評價(jià)數(shù)值模擬計(jì)算4.1洪水模擬研究方法對于河口、海岸、湖泊、下游河道等寬淺型水域，水平尺度遠(yuǎn)大于垂向尺度，水力要素（流速、水深等）在垂直方向的變化要遠(yuǎn)小于水平方向的變化，沿水深分布比較均勻，其流態(tài)、水力要素可用沿水深平均值來表示。采用水深平均的平面二維水沙運(yùn)動(dòng)方程可較好地反映這類流場中水流泥沙運(yùn)動(dòng)特征，較好地解決一些寬淺水域的河流模擬計(jì)算問題。擬建寧波東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭處于甬江微彎河段，為了精細(xì)研究碼頭附近河段的洪水、流速及河床變形，決定采用平面二維水沙數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值模擬研究。應(yīng)用平面二維水沙數(shù)學(xué)模型可以計(jì)算典型的潮波過程，河道及河口近海段不同時(shí)刻不同斷面的水位、流速、河床地形狀況、變化趨勢，以及不同條件下的河道與潮波水面線。同時(shí)可以將計(jì)算成果制作成相關(guān)分析圖表、動(dòng)畫，可以很方便、直觀的了解洪水演進(jìn)。根據(jù)該問題的要求和河段特性，確定研究計(jì)算河段為YJ13斷面（楊木碶水閘）至YJ50斷面（甬江入?？冢?，河段總長19.3km。4.2平面二維數(shù)學(xué)模型的建立4.2.1平面二維數(shù)學(xué)模型的理論基礎(chǔ)對于寬淺型河流，水深平均的二維水沙控制方程可較好地反映河流中挾沙水流運(yùn)動(dòng)特征。本模型的水流基本方程由三維時(shí)均雷諾方程沿水深積分得到，并以混長紊流模型求解紊動(dòng)切應(yīng)力。通過沿水深積分，得到較為完善的平面二維水動(dòng)力、泥沙與河床變形控制方程；在補(bǔ)充床面穩(wěn)定控制、水流挾沙力、泥沙沉速等控制條件后，建立了河口段平面二維水沙數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型采用非均勻交錯(cuò)網(wǎng)格坐標(biāo)系統(tǒng)，根據(jù)研究區(qū)域的重要程度適當(dāng)確定網(wǎng)格剖分精度。本數(shù)學(xué)模型采用計(jì)算水力學(xué)中較成熟的“交替方向隱式差分逐行求解”格式，該離散格式的構(gòu)造步驟是將時(shí)間步長（TIMESTEP）分成前后兩個(gè)半步。在前半個(gè)時(shí)間步長，聯(lián)解連續(xù)方程、X向動(dòng)量方程，隱式求解泥沙傳移輸運(yùn)方程；在后半個(gè)時(shí)間步長，聯(lián)解連續(xù)方程、Y向動(dòng)量方程，隱式求解泥沙傳移輸運(yùn)方程；借助控制體的概念，在對對流項(xiàng)進(jìn)行離散時(shí)引進(jìn)迎風(fēng)格式，保證解的穩(wěn)定與收斂。這樣交替的改變隱式方向計(jì)算，就是交替隱式差分方法（ADI）。該數(shù)學(xué)模型已在一些復(fù)雜工程中得到成功應(yīng)用，能較為準(zhǔn)確地模擬、預(yù)測一般沖積性河流上，河流工程附近的水沙運(yùn)動(dòng)與河床變形。（一）控制方程一般來說平面二維水流運(yùn)動(dòng)所遵循的基本方程是由三維時(shí)均雷諾(Renoldz)方程沿水深進(jìn)行萊布尼茲積分得到，在運(yùn)動(dòng)方程中以混長紊流模型求解紊動(dòng)切應(yīng)力。本次采用的平面二維水沙數(shù)學(xué)模型綜合考慮洪水演進(jìn)、河床變形等河流演變過程，可以全面模擬計(jì)算域內(nèi)水流及河床變形過程。（1）基本控制方程水動(dòng)力學(xué)模型的控制方程由水流連續(xù)方程與運(yùn)動(dòng)方程、泥沙連續(xù)方程與河床變形方程組成，主要控制方程如下：水流連續(xù)方程：（4.2.1）水流運(yùn)動(dòng)方程：x方向：（4.2.2）y方向：（4.2.3）泥沙連續(xù)方程：（4.2.4）河床變形方程：懸移質(zhì)：（4.2.5）推移質(zhì)：（4.2.6）式中：——垂線水深；——水位；、——分別為x、y方向的垂線平均流速分量；S、S*——分別為按均勻沙計(jì)算的垂線平均含沙量及垂線挾沙力；——紊動(dòng)運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)；gbx、gby——分別為x、y方向單寬推移質(zhì)輸沙率；n——糙率系數(shù)；——泥沙干密度；g——重力加速度；ω——泥沙沉速；zbs、zbg、——分別為懸移質(zhì)和推移質(zhì)引起的河床沖淤厚度和總河床沖淤厚度；α——懸移質(zhì)泥沙恢復(fù)飽和系數(shù)。（2）輔助方程二維水流挾沙力方程水流挾沙力的定義為：在一定的水流泥沙綜合條件（包括斷面面積、水力半徑、平均流速、水面比降、泥沙沉速和泥沙級配等水沙條件和邊界條件）下，水流能夠攜帶的懸移質(zhì)中的床沙質(zhì)部分的臨界含沙量。當(dāng)懸移質(zhì)中的床沙質(zhì)含量超過這一臨界數(shù)值時(shí)，水流處于超飽和狀態(tài)，河床將發(fā)生淤積；反之，當(dāng)懸移質(zhì)中的床沙質(zhì)含沙量不足這一臨界數(shù)值時(shí)，水流處于次飽和狀態(tài)，河床將發(fā)生沖刷。二維水流挾沙力方程為（4.2.7）式中：S*、U——分別為沿垂線平均的挾沙力和流速；h、ω——分別為沿垂線平均水深和泥沙沉速；K——為系數(shù)。床面泥沙起動(dòng)方程對于沖刷為主的計(jì)算水域，河床變形一般由判斷床面沖淤狀態(tài)及床面穩(wěn)定條件的泥沙起動(dòng)方程控制。床面泥沙起動(dòng)方程為（4.2.8）局部河段床面穩(wěn)定性控制方程為了確定懸移質(zhì)含沙量很低的河道沖刷狀況，需要正確模擬床面穩(wěn)定性。對于以散粒體泥沙為主組成的河床，床面穩(wěn)定控制的輔助方程可表示成局部區(qū)域穩(wěn)定控制條件（床面沖淤臨界切應(yīng)力輔助方程）：或（4.2.9）式中無量綱床面Shields臨界切應(yīng)力：（4.2.10）無量綱床面水流切應(yīng)力：（4.2.10由于床面水流切應(yīng)力是與流速密切相關(guān)，因此床面沖淤臨界切應(yīng)力控制條件（4.2.9）式也可以用以流速為指標(biāo)的泥沙起動(dòng)條件表示。采用（4.2.8）式代表的泥沙起動(dòng)公式，考慮質(zhì)量守恒、流動(dòng)連續(xù)條件約束，可將（4.2.9（4.2.11）式中：、——平面流場任一網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)處的單寬流量與水深；——相應(yīng)任一網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)處床面分層代表粒徑；——與流速分布、粒徑和沖刷深度有關(guān)的綜合系數(shù)；、——分別為與流速垂向分布有關(guān)的指數(shù)。在一般天然河道，若河床是無粘性泥沙，對于床面組成變化不大的水域，（4.2.8（4.2.12）式中直接反映的是流場中任一處水深與單寬流量的相互關(guān)系，但隱含著河床床面抗沖穩(wěn)定性能的影響。因此在考慮床沙組成的條件下，進(jìn)一步引入反映河床綜合穩(wěn)定指標(biāo)的系數(shù)：，稱為河床床面穩(wěn)定系數(shù)，亦即床面抗沖系數(shù)，它與河床形態(tài)、組成及一定來流條件下的分選作用有關(guān)。這樣對于以沖刷為主的局部水域，當(dāng)?shù)厮罹屯ㄟ^當(dāng)?shù)卮裁婵箾_系數(shù)與當(dāng)?shù)卮裁鏇_刷狀況相關(guān)聯(lián)。對于床面組成比較復(fù)雜、沒有很好沖刷公式可資使用的情況，可以通過歷史洪水調(diào)查資料和物理模擬成果資料的分析、相關(guān)情況類比等方法，確定局部水域床面抗沖系數(shù)，從而利用流場水流計(jì)算成果進(jìn)行平面二維水域的沖刷計(jì)算。（二）數(shù)值計(jì)算格式（1）離散網(wǎng)格及變量分布本數(shù)學(xué)模型采用非均勻網(wǎng)格，可以在感興趣的區(qū)域和變量變化梯度較大的局部區(qū)域設(shè)置較細(xì)密的網(wǎng)格單元，在物理變量變化較平緩或非主要區(qū)域設(shè)置較稀疏的網(wǎng)格。物理變量在離散網(wǎng)格上的布設(shè)如圖4-2-1所示，標(biāo)量（水位，水深等）被安排在單元中央，矢量（速度分量u，v）安排在單元的四周。yyxξ，hvu圖4-2-1離散單元及變量布置圖（2）離散網(wǎng)格上網(wǎng)格函數(shù)坐標(biāo)系交錯(cuò)網(wǎng)格上物理變量（如水位、流速分量(u，v)）的位置相互錯(cuò)開，應(yīng)分別確定各個(gè)變量的坐標(biāo)。本數(shù)學(xué)模型按圖4-2-2的方式確定網(wǎng)格函數(shù)的坐標(biāo)：共設(shè)置四個(gè)一維數(shù)組(xu()，yv()，xh()，yh())，其中：xh(i)=(xu(i)+xu(i-1))/2，yh(j)=(yv(j)+yv(j-1))/2（4.4.11）選擇其中的兩個(gè)數(shù)組即可確定物理量的坐標(biāo)，如u(i，j)的坐標(biāo)為(xu(i)，yh(j))，v(i，j)的坐標(biāo)為(xh(i)，yv(j))，ξ(i，j)的坐標(biāo)為(xh(i)，Yh(j))。yvyv(j)yv(j-1)xu(i-1)xu(i)(i，j)[xh(i)，yh(j)]圖4-2-2網(wǎng)格函數(shù)坐標(biāo)系表示方式圖（3）離散格式“交替方向隱式差分逐行求解”格式。該離散格式的構(gòu)造步驟如下:在前后兩個(gè)時(shí)間半步對控制方程進(jìn)行離散，為了物理概念上的清晰和格式的穩(wěn)定有效，引進(jìn)控制體概念（如圖4-2-3所示）及在對對流項(xiàng)進(jìn)行離散時(shí)引進(jìn)迎風(fēng)格式。在前半個(gè)時(shí)間步長，即nΔt→nΔt+1/2Δt(在時(shí)間離散點(diǎn)上的變量布置是采用交錯(cuò)方式，（如圖4-2-4所示），將連續(xù)方程與X向動(dòng)量方程聯(lián)立，對u，ξ進(jìn)行隱式求解，在后半個(gè)時(shí)間步長，即nΔt+1/2Δt→(n+1)Δt，將連續(xù)方程與向動(dòng)量方程聯(lián)立，對v，ξ進(jìn)行隱式求解。連續(xù)方程連續(xù)方程溶解物質(zhì)控制方程控制體X向動(dòng)量方程控制體Y向動(dòng)量方程控制體

圖4-2-3離散格式控制體概念說明圖ξξnξn+1/2ξn+1unvnun+1vn+1u1?tV2?tT12?t/2?t/2圖4-2-4時(shí)間離散及變量布置圖（三）定解條件及邊界條件（1）初始條件對于給定的計(jì)算區(qū)域，在時(shí)間t=0時(shí)，令ξ｜t=0=ξ0（x，y）u｜t=0=u0（x，y）v｜t=0=v0（x，y）（2）邊界條件a、進(jìn)口邊界條件：給出進(jìn)口開邊界處的水位過程ξ（x，y，z）=ξopb（x，y，z）或u（x，y，z）=uopb（x，y，z），v（x，y，z）=vopb（x，y，z）或Q(t)=Qopb（t）其中，ξopb，uopb，vopb，Qopb分別為開邊界上已知的水位或流速分量以及流量，一般根據(jù)計(jì)算區(qū)域以上的產(chǎn)匯流模型計(jì)算或由實(shí)測水文資料確定。b、出口邊界條件：出口開邊界有兩類。一類是自然開邊界，主要是經(jīng)下邊界或側(cè)邊界出流的河流，可按實(shí)測水文資料（水位～流量關(guān)系）確定。如無實(shí)測資料，則按附近河道縱坡，以均勻出流考慮。另一類是修建在下邊界上的過水建筑物如橋、涵。這需要按相應(yīng)的橋、涵泄流公式進(jìn)行控制。c、計(jì)算區(qū)域內(nèi)河道建筑物的處理：如果計(jì)算區(qū)域內(nèi)有阻水建筑(如碼頭、控導(dǎo)工程)，其中過水部分可以作為自然過流考慮，建筑物上、下游流場耦合求解。d、陸地邊界：根據(jù)流體固壁不可穿越的原理，在不考慮滲透的情況下，可以認(rèn)為陸地邊界上法向速度為零；根據(jù)水流無滑動(dòng)原理，水體在陸地邊界上的切向流速也應(yīng)為零。（四）動(dòng)邊界處理在洪水流場中隨著水流運(yùn)動(dòng)，洪水的縱橫向傳播發(fā)展，水邊線也在不斷變化，因此需要進(jìn)行動(dòng)邊界處理。常見的處理方法有窄縫法、時(shí)間分段法、水位分段法。本模型按照一種新的思想，采用水邊界全區(qū)自動(dòng)跟蹤法。該方法首先將最大可能的淹沒區(qū)域包納在計(jì)算域內(nèi)，設(shè)置一個(gè)跟蹤指標(biāo)數(shù)組Iwet()。在計(jì)算過程中，由計(jì)算單元內(nèi)的水深來判斷該單元是否已淹沒或露出，即Iwet()應(yīng)該賦0還是賦1（0表示露出，為陸地，1表示淹沒，為應(yīng)計(jì)算的水域），凡是陸地單元均不納入計(jì)算范圍。這種動(dòng)邊界處理方法能為程序智能的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造條件，尤其適合淹沒及出露現(xiàn)象頻繁的水域，計(jì)算所得到的流場更為合理。4.2.2平面二維數(shù)學(xué)模型的建立(1)模型范圍及地形邊界根據(jù)數(shù)學(xué)模擬河段的研究任務(wù)，考慮甬江下游河段河道地形特點(diǎn)、河流洪水特點(diǎn)、潮波等影響因素，作為模型范圍確定原則。選取模型范圍為：上邊界為YJ13斷面（楊木砌水閘），下邊界為YJ50斷面（甬江入?？谒徽荆ＤM范圍縱向總長19.3km，模擬橫向最大寬度為4km。河道地形采用2000年實(shí)測1/2000河道地形圖，新建工程局部區(qū)域（YJ40斷面~YJ44斷面）采用2006年11月最新實(shí)測河道地形資料，河段河道地形特點(diǎn)可見根據(jù)2000年測圖制作的河道地形圖4-2-5。(2)模型網(wǎng)格剖分為了較好反映河道地形，滿足流場計(jì)算精度要求，本模型根據(jù)研究問題的特點(diǎn)和加快計(jì)算速度，采用不等寬度網(wǎng)格，縱向網(wǎng)格寬度為10m～20m，橫向網(wǎng)格寬度為10～20m。在擬新建碼頭上下游附近區(qū)域采用加密網(wǎng)格，加密網(wǎng)格縱橫向?qū)挾染鶠?0m模擬流場的縱向網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)為512，橫向網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)為195，模擬區(qū)域節(jié)點(diǎn)總數(shù)為99840。圖4-2-5模擬河段地形圖（3）模型區(qū)開邊界條件的處理=1\*GB3①上游開邊界條件一般進(jìn)口采用洪水流量及含沙量過程。本模型中上游水流邊界根據(jù)模擬工況采用兩類：a）模型驗(yàn)證和通常運(yùn)用工況模擬時(shí)，上游水流邊界給水位過程；b）頻率洪水和潮位組合工況模擬時(shí)，上游水流邊界給相應(yīng)頻率的洪峰流量。a類潮位過程見圖4-2-表4-2-1甬江不同頻率洪水峰值時(shí)刻流量洪水類型100年一遇洪水20年一遇洪水10年一遇洪水洪峰流量（m3/s）300022001500圖4-2-62005年10月19日實(shí)測潮位過程圖4-2-72005年10月25日實(shí)測潮位過程圖4-2-8日常條件運(yùn)用時(shí)3日潮位過程=2\*GB3②下游開邊界條件為了反映潮波影響，計(jì)算區(qū)域下邊界取在比較順直的河流斷面。下游開邊界即河道出口斷面條件，采用鎮(zhèn)海水文站的水位過程關(guān)系作為控制下開邊界條件。a類的潮位過程見圖4-2-6～圖4-2-8，b類型的潮位過程采用鎮(zhèn)海高高潮型設(shè)計(jì)潮位過程，見圖4-2-9。計(jì)算采用過程計(jì)算采用過程圖4-2-9鎮(zhèn)海站高高潮型設(shè)計(jì)潮位過程4.2.3模型調(diào)試驗(yàn)證計(jì)算（1）模型調(diào)試=1\*GB3①調(diào)試依據(jù)為了使平面二維數(shù)學(xué)模型能夠正確模擬計(jì)算區(qū)域的河道洪水演進(jìn)及河床變形狀況，根據(jù)計(jì)算區(qū)域的實(shí)測水文觀測資料對數(shù)學(xué)模型進(jìn)了調(diào)試。模型調(diào)試主要依據(jù)實(shí)測文資料進(jìn)行。=2\*GB3②調(diào)試驗(yàn)證模型在調(diào)試過程中，采用灘槽不同糙率模擬流場阻力，經(jīng)比選后確定河槽糙率一般取n=0.018～0.02，灘地糙率取n=0.03～0.05。為了比較合理模擬灘地及碼頭等岸邊建筑物的阻水作用，認(rèn)為水深較淺時(shí)不過流，而在水深較大時(shí)，可以過流但受到阻力較大，所以采用建筑物所在網(wǎng)格高程較當(dāng)?shù)馗?.5m，并將其槽率設(shè)為0.08～0.09，在這種邊界條件下進(jìn)行模型調(diào)試，反演計(jì)算區(qū)的“0510”、“0609”潮水。在調(diào)試過程中考慮甬江下游局部河段曲折率較大，河道有側(cè)侵蝕的特點(diǎn)，選配動(dòng)床糙率n槽=0.014～0.017，根據(jù)實(shí)測河道橫斷面圖對局部河槽地形進(jìn)行了對位修改，更真實(shí)地反映河槽形態(tài)對過流、挾沙的影響，便于更合理地校驗(yàn)水位。曼寧糙率系數(shù)在計(jì)算中根據(jù)實(shí)測資料調(diào)整，一般在0.018～0.022之間，邊灘和近岸糙率值較大，變化在0.035～0.045之間。在平面二維數(shù)學(xué)模型中，糙率n除反映河床粗糙度外，還包括了其它阻力因素對水流的綜合影響，所以它已不是原有意義的糙率，應(yīng)當(dāng)把它看成是一個(gè)綜合阻力的影響因子。碼頭樁群的阻水效果主要通過局部水流阻力影響，樁群局部阻力系數(shù)ζ利用下式進(jìn)行計(jì)算：（4.4.12）其中，β為橋墩形狀系數(shù)，s為橋墩寬度，b為橋墩間距，α為橋墩軸線與水流夾角。為便于計(jì)算處理，將橋墩引起的局部阻力用曼寧糙率系數(shù)表示為：（4.4.13）橋墩局部綜合糙率系數(shù)為：；式中，nb為河床糙率系數(shù)。開邊界潮位采用相應(yīng)時(shí)期的實(shí)測潮位資料。（2）模型驗(yàn)證由于缺乏本工程河段近期實(shí)測的大小潮潮位、流速等資料，因此，采用2005年10月在該碼頭上游約6km的清水浦?jǐn)嗝孢M(jìn)行全潮水文測驗(yàn)的觀測資料。同時(shí)，結(jié)合楊木碶站、鎮(zhèn)海站同步期的遙測潮水位資料，推算本工程河道斷面處的潮位、流速等數(shù)據(jù)（“0510”水文測驗(yàn)期間，天氣晴好無雨，未增水，沿江碶閘未排水；楊木碶站～清水浦測驗(yàn)斷面距離6.3km，清水浦～東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭斷面距離6km，東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭～鎮(zhèn)海站距離3.4km）。數(shù)學(xué)模型經(jīng)“0510”、“0609”潮水調(diào)試，并通過“0510”潮水驗(yàn)證計(jì)算，將清水浦碼頭中軸斷面的實(shí)測水位和流速與模擬洪水流場對應(yīng)點(diǎn)的計(jì)算水位和流速進(jìn)行校驗(yàn)對比，圖4-2-10～圖4-2-11為計(jì)算流速和潮位與實(shí)測流速和潮位對比圖，特征值對比結(jié)果見表4-2-2（圖表中流速的正、負(fù)分別代表落潮和漲潮）。由于模型計(jì)算流速為垂線平均流速，所以統(tǒng)計(jì)對比中的實(shí)測流速為根據(jù)實(shí)測的點(diǎn)流速按垂線指數(shù)流速分布（指數(shù)n=1/6）計(jì)算所得的垂線平均流速。由圖表對比結(jié)果可知，洪水水位觀測點(diǎn)處的計(jì)算水位與實(shí)測水位值基本吻合，水位最大誤差為7.7cm，水位平均誤差為-1.9cm，水位相對誤差為0.9%；流速最大誤差為0.196m/s，流速平均誤差為0.025m圖4-2-14～圖4-2-17為計(jì)算河段“0510”水情的漲落急時(shí)刻的水位和流速場分布圖。通過模擬河段洪水水深、漫灘狀況、流速分布及大河主流、洪水河勢與河勢調(diào)查情況對比，也基本正確反映了洪水的行洪特點(diǎn)、洪水河勢、洪水漫灘、局部回流及河道阻力特征，河槽洪水演進(jìn)及漫灘模擬也是可信的。綜上所述，本數(shù)學(xué)模型在河道地形處理、糙率選擇、河道沖淤控制參數(shù)的選擇是合適的，所建平面二維數(shù)學(xué)模型能正確模擬計(jì)算區(qū)域內(nèi)的洪水演進(jìn)及河床變形，可以利用本模型進(jìn)行甬江下游河段洪水流場模擬，預(yù)測計(jì)算碼頭修建條件下的洪水及河床變形問題。表4-2-2潮位與流速驗(yàn)證結(jié)果統(tǒng)計(jì)表驗(yàn)證條件實(shí)測值計(jì)算值誤差平均誤差相對誤差大潮(10.19)潮位（m）高潮位2.1152.038-0.077-0.0190.9%低潮位-1.030-1.100-0.07流速（m/s）漲潮最大流速0.9361.0270.0910.0252.63%落潮最大流速0.9491.0920.143小潮(10.25)潮位（m）高潮位1.2251.239-0.014-0.010.82%低潮位-0.246-0.2680.022流速（m/s）漲潮最大流速0.5320.6250.0930.022.74%落潮最大流速0.7310.7090.022圖4-2-102005年10月19日大潮計(jì)算垂線平均流速值與實(shí)測流速對比圖圖4-2-112005年10月19日大潮計(jì)算潮位與實(shí)測潮位對比圖圖4-2-122005年10月25日小潮計(jì)算垂線平均流速值與實(shí)測流速對比圖圖4-2-132005年10月25日小潮計(jì)算潮位與實(shí)測潮位對比圖圖4-2-142005年10月19日大潮漲急時(shí)水位和流速分布圖圖4-2-152005年10月19日大潮落急時(shí)水位和流速分布圖圖4-2-162005年10月25日小潮漲急時(shí)水位和流速分布圖圖4-2-172005年10月25日小潮落急時(shí)水位和流速分布圖4.3模擬計(jì)算工況與成果4.3.1計(jì)算條件組合（1）上游徑流條件包括有關(guān)頻率洪峰流量；（2）考慮到影響時(shí)間較長的是一般水文條件，采用3日組合潮位過程（小潮+大潮+小潮）作為日常水文條件；（3）設(shè)計(jì)水文條件下邊界潮汐條件采用鎮(zhèn)海高高潮型設(shè)計(jì)潮位過程；（4）考慮擬建東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭及其上下游水利工程和通航建筑物各種可能的運(yùn)行情況。模擬計(jì)算的各種工況組合情況見表4-3-1。表4-3-1模擬計(jì)算的水文及邊界條件組合（計(jì)算工況）工況編號方案類型邊界條件水流條件備注10現(xiàn)狀河道（實(shí)際現(xiàn)狀）05.10.19實(shí)測大潮型驗(yàn)證方案205.10.25實(shí)測小潮型3A現(xiàn)狀工況正常運(yùn)用條件3日組合潮型實(shí)際現(xiàn)狀地形（電纜碼頭未修建）410%洪水+1%潮55%洪水+5%潮61%洪水+10%潮7B東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭修建（棧橋區(qū)阻水）正常運(yùn)用條件3日組合潮型工程方案（新建碼頭棧橋區(qū)必然有淤積；從最不利考慮，棧橋區(qū)采用基本不過水）810%洪水+1%潮95%洪水+5%潮101%洪水+10%潮4.3.2模擬計(jì)算成果根據(jù)上述的計(jì)算工況，進(jìn)行研究河段的平面二維洪水?dāng)?shù)值模擬計(jì)算，得到在不同洪潮組合，各種工況下不同時(shí)刻計(jì)算流場的水位、流速和沖淤等圖。經(jīng)整理繪制成研究河段特征時(shí)刻的全流場與碼頭附近局部流場的流速矢量分布圖、水位分布圖，研究河段河床沖淤分布圖及工程附近局部沖淤分布圖。在工程條件A（現(xiàn)狀工況即實(shí)際現(xiàn)狀地形、碼頭未修建）下，當(dāng)上游下泄100年一遇洪水與下游遭遇10年一遇大潮，碼頭工程附近河段漲急和落急時(shí)流場的水位和流速分布圖、河床沖淤分布圖見圖4-3-1、圖4-3-2，圖4-3-3；當(dāng)上游下泄20年一遇洪水與下游遭遇20年一遇大潮，碼頭工程附近河段漲急和落急時(shí)流場的水位和流速分布圖、河床沖淤分布圖見圖4-3-4、圖4-3-5，圖4-3-6；當(dāng)上游下泄10年一遇洪水與下游遭遇100年一遇大潮，碼頭工程附近河段漲急和落急時(shí)流場的水位和流速分布圖、河床沖淤分布圖見圖4-3-7、圖4-3-8，圖4-3-9。在工程條件B（東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭修建、棧橋區(qū)阻水即從最不利考慮、棧橋區(qū)采用基本不過水）下，當(dāng)上游下泄100年一遇洪水與下游遭遇10年一遇大潮，碼頭工程附近河段漲急和落急時(shí)流場的水位和流速分布圖、河床沖淤分布圖見圖4-3-10、圖4-3-11，圖4-3-12；當(dāng)上游下泄20年一遇洪水與下游遭遇20年一遇大潮，碼頭工程附近河段漲急和落急時(shí)流場的水位和流速分布圖、河床沖淤分布圖見圖4-3-13、圖4-3-14，圖4-3-15；當(dāng)上游下泄10年一遇洪水與下游遭遇100年一遇大潮，碼頭工程附近河段漲急和落急時(shí)流場的水位和流速分布圖、河床沖淤分布圖見圖4-3-16、圖4-3-17，圖4-3-18。在正常水文條件（實(shí)測3日潮流）下，工程條件A碼頭工程附近河段漲急和落急時(shí)流場的水位和流速分布圖、河床沖淤分布圖見圖4-3-19、圖4-3-20、圖4-3-21；當(dāng)在工程條件B時(shí)，碼頭工程附近河段漲急和落急時(shí)流場的水位和流速分布圖、河床沖淤分布圖見圖4-3-22、圖4-3-23、圖4-3-圖4-3-1工況A100年洪+10年潮，碼頭工程附近河段漲急時(shí)局部流場水位和流速分布圖4-3-2工況A100年洪+10年潮，碼頭工程附近河段落急時(shí)局部流場水位和流速分布圖4-3-3工況A100年洪+10年潮，碼頭工程附近河段局部沖淤分布圖4-3-4工況A20年洪+20年潮，碼頭工程附近河段漲急時(shí)局部流場水位和流速分布圖4-3-5工況A20年洪+20年潮，碼頭工程附近河段落急時(shí)局部流場水位和流速分布圖4-3-6工況A20年洪+20年潮，碼頭工程附近河段局部沖淤分布圖4-3-7工況A10年洪+100年潮，碼頭工程附近河段漲急時(shí)局部流場水位和流速分布圖4-3-8工況A10年洪+100年潮，碼頭工程附近河段落急時(shí)局部流場水位和流速分布圖4-3-9工況A10年洪+100年潮，碼頭工程附近河段局部沖淤分布圖4-3-10工況B100年洪+漲急時(shí)局部流場水位和流速分布圖4-3-11工況B100年洪+落急時(shí)局部流場水位和流速分布圖4-3-12工況B100年洪+圖4-3-13工況B20年洪+漲急時(shí)局部流場水位和流速分布圖4-3-14工況B20年洪+圖4-3-15工況B20年洪+圖4-3-16工況B10年洪+圖4-3-17工況B10年洪+落急時(shí)局部流場水位和流速分布圖4-3-18工況B10年洪+圖4-3-19工況A日常潮流，碼頭工程河段漲急時(shí)局部流場水位和流速分布圖4-3-20工況A日常潮流，工程河段落急時(shí)局部流場水位和流速分布圖4-3-21工況A日常潮流，碼頭工程附近河段局部沖淤分布圖4-3-22工況B日常潮流，碼頭工程附近河段漲急時(shí)局部流場水位和流速分布圖4-3-23工況B日常潮流，工程附近河段落急時(shí)局部流場水位和流速分布圖4-3-24工況B日常潮流，碼頭工程附近河段局部流場沖淤分布4.4水位壅高影響分析按照工程設(shè)計(jì)方案，對各種工況下，東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭新建河段進(jìn)行了模擬計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明：新建東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭后，工程附近流場水流泥沙運(yùn)動(dòng)條件改變，河床沖淤相應(yīng)調(diào)整，總體看洪水期棧橋上游附近河段及邊岸區(qū)產(chǎn)生一定的水位壅高。水位壅高主要受三方面因素的綜合影響：（1）新建碼頭工作平臺及連接棧橋的樁群阻水邊岸灘地淤積影響；（2）碼頭區(qū)河道主槽沖刷加劇、水深加大的影響；（3）樁群臨槽段局部沖刷的影響。水位壅高的大小受這三方面因素的制約，第一個(gè)因素對水位壅高是正影響，后兩個(gè)因素則是負(fù)影響。為了準(zhǔn)確了解碼頭工程附近的水位和流速，在碼頭工程附近設(shè)置了測線和測點(diǎn)，位置示意圖見附圖4。各級洪潮組合及不同工程條件下的水位最大值見表4-4-1；河道各測線水位值見圖4-4-1～4-4-6。表4-4-1不同運(yùn)用條件，東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭新建前后碼頭水位、流速和沖淤最大值洪潮組合計(jì)算工況1#線最高洪水位1#線水位最大壅高值4#線最大沖刷深度1#線最大淤積深度4#線落急最大流速水位(m)起點(diǎn)距(m)B－A(cm)起點(diǎn)距(m)沖刷深度(cm)起點(diǎn)距(m)淤積厚度(cm)起點(diǎn)距(m)流速(m/s)起點(diǎn)距(m)100年洪＋10年潮A3.011550-66700.7670~7002.12695B3.0284601.7560-76601.2660~7002.1869020年洪＋20年潮A3.142600-4.16500.59670~7001.82695B3.1575401.5550-5.86500.92660~7001.8769010年洪＋100年潮A3.572600-4.66400.5670~7001.44695B3.5795400.7550-5.76400.87660~7001.55690注：1、A為東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭維持現(xiàn)狀；B為東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭新建，棧橋區(qū)不過水；2、起點(diǎn)距位置說明見附圖4，0起點(diǎn)為YJ42斷面；寧波東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭工程·防洪評價(jià)第4章

東方電纜碼頭東方電纜碼頭熱電熱電廠碼頭東方電纜碼頭圖4-4-6100年洪水10年潮,第2號測線沿程最高洪水位分布2.98圖4-4-6100年洪水10年潮,第2號測線沿程最高洪水位分布2.982.9933.013.023.033.043.053.06050100150200250300350400450500550600650700750800850900950100010501100起點(diǎn)距/m水位/m現(xiàn)狀最不利運(yùn)用工況熱電廠碼頭東方電廠碼頭現(xiàn)寶達(dá)碼頭現(xiàn)寶達(dá)碼頭新海警碼頭分析計(jì)算結(jié)果表明：在各組合水文條件下，擬新建碼頭工作平臺與連接棧橋由于樁群阻水而引起碼頭樁群迎流上游段的水位壅高，而在棧橋背流段相應(yīng)的產(chǎn)生水位降落。不考慮局部墩前涌浪與墩后繞流跌落，由模擬計(jì)算結(jié)果表明，與實(shí)際現(xiàn)狀相比，一般水位壅高值最大約為1.7cm（出現(xiàn)在遭遇100年洪水與10年潮水組合時(shí)），水位降落值最大為1cm，其影響范圍最大在碼頭上游約300m，下游約30受右岸邊灘樁群的影響，在漲潮時(shí)，碼頭上游的回流區(qū)比較強(qiáng)，下游的回流區(qū)比較弱；而在落潮時(shí)，碼頭下游回流區(qū)比較強(qiáng)，上游的回流區(qū)比較弱。受摩擦回流影響，一方面邊灘區(qū)在洪峰期的沖刷減弱了，另一方面受回流流速影響，回流區(qū)形成水面凹陷，中心水位明顯比周邊水位低。模擬計(jì)算成果表明回流區(qū)凹陷中心水位甚至比同流量自然條件洪水位還低；但是靠近邊岸處的水位受淤積（棧橋）的影響還是壅高的。4.5流速變化4.5.1河槽流速變化通過對不同工況條件下擬新建碼頭河段進(jìn)行模擬計(jì)算，各級洪潮組合及不同工程條件下的流速最大值見表4-4-1；河道各測線流速值見圖4-5-1～圖4-5-6；為了研究各種工況下整個(gè)河道斷面流速變化情況，繪制了各個(gè)特征大斷面（YJ43，YJ招寶山大橋斷面）的流速分布圖，見圖4-5-7~圖4-5-12。

當(dāng)上游下泄100年一遇洪水與下游遭遇10年一遇大潮時(shí)，在現(xiàn)狀條件下，最大流速約為2.12m/s。工程條件B時(shí)最大流速約為2.18m/s當(dāng)上游下泄20年一遇洪水與下游遭遇20年一遇大潮時(shí)，在現(xiàn)狀條件下，最大流速約為1.82m/s，工程條件B時(shí)最大流速為1.87m當(dāng)上游下泄10年一遇洪水與下游遭遇100年一遇大潮時(shí)，在現(xiàn)狀條件下，最大流速約為1.44m/s，工程條件B時(shí)最大流速約為1.55m/s，與4.5.2近岸流速變化根據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果得到的各洪潮組合條件下，東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭新建工程前后碼頭附近河段近岸流速，可以看出，東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭新建后，在漲急條件時(shí)，碼頭下游近岸流速減小，碼頭上游附近斷面近岸流速有所增加，與現(xiàn)狀相比，流速增加的最大值為0.3m/s，但近岸流速絕對值不大，一般在0.2～1.05m/s之間。在落急條件時(shí)，碼頭上游附近近岸流速減小，碼頭下游附近斷面近岸流速增加，流速增加的最大值為受右岸邊灘樁群的影響，在漲潮時(shí)，碼頭上游的回流區(qū)比較強(qiáng)，下游的回流區(qū)比較弱；而在落潮時(shí)，碼頭下游回流區(qū)比較強(qiáng)，上游的回流區(qū)比較弱。由于動(dòng)、靜水的相對摩擦更強(qiáng)，回流區(qū)流速比正常工程條件為大，一般在0.18～0.44.5.3碼頭局部流場變化100年一遇洪潮組合條件下的碼頭附近局部流場分布圖，見圖4-3-1，圖4-3-2。20年一遇洪潮組合條件下的碼頭附近局部流場分布圖，見圖4-3-4，圖4-3-5。10年一遇洪潮組合條件下的碼頭附近局部流場分布圖，見圖4-3-7～圖4-3-8東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭新建后，碼頭及連接棧橋上下游附近流場流速有所變化，其它區(qū)域流速變化很小。落急時(shí)，棧橋橋位上游流速略有降低，因碼頭棧橋水下樁群的阻水，在棧橋上游一定區(qū)域內(nèi)水位有所壅高的同時(shí)，相應(yīng)的流速略有減??；棧橋附近流速有增有減，受樁群阻水和過橋水流的影響，在棧橋樁群附近水域流態(tài)復(fù)雜，流速變化在±0.41m/s；由于碼頭壓縮河道有效行洪寬度，所以主槽附近普遍流速加大約0.13m/s，最大垂線平均流速為2.65m/s，一般流速增加隨著向下游距離的加大減小，距海警4.5.4水流動(dòng)力軸線變化東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭新建工程后的特征斷面流速分布的變化，從一個(gè)側(cè)面反映了水流動(dòng)力軸線的變化情況，具體見圖4-5-7~圖4-5-12。由圖分析可知，漲急和落急時(shí)建橋前后水流動(dòng)力軸線的變化情況。東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭新建后，棧橋附近局部區(qū)域流速受到一定影響，主要是灘地回流區(qū)流速分布調(diào)整及持續(xù)淤積，主河槽內(nèi)流速量值有所增加，同時(shí)主流向左岸偏轉(zhuǎn)。工程頭部附近繞流現(xiàn)象使局部流速略向左岸偏轉(zhuǎn)，小水期河段水流動(dòng)力軸線會略有彎曲。東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭新建前后上下游主流流向基本一致，主流區(qū)洪水河勢沒有大的變化，但受碼頭本身和上游“煤碼頭”擠壓共同作用，水流動(dòng)力軸線發(fā)生一定偏移，100年洪水時(shí)，主流左偏10m左右。這表明東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭由于擬新建碼頭的前沿線已經(jīng)基本與上下游鄰近碼頭前沿齊平，模擬計(jì)算成果表明，東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭樁群繞流對該河段水流動(dòng)力軸線有一定影響，主流略向左岸偏移，對于上游碼頭附近河槽干擾較小。模擬碼頭新建工程及上下游河段洪水河勢基本與現(xiàn)狀一致，保持原有整體態(tài)勢，主流帶過流能力基本不受影響。東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭新建后，近岸流速減小，主流區(qū)流速增大，并引起水流動(dòng)力軸線進(jìn)一步向左岸偏移，同時(shí)東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭的新建使其與上游煤碼頭對邊岸產(chǎn)生的影響連接在一起共同作用。要使河道基本保持原有過流能力，東方電纜有限公司貨運(yùn)碼頭與上游煤碼頭間的近岸棧橋段灘地淤積要有一定控制，兩碼頭間河段主槽及時(shí)疏浚與灘地及時(shí)清淤，對維持該段洪水期河勢與水流動(dòng)力軸線的穩(wěn)定是十分必要的。不同流量時(shí)，邊岸附近的流態(tài)包括回流區(qū)特性都是比較相似的，只是回流強(qiáng)度與流量成正比關(guān)系，因而回流區(qū)特性也都與流量相關(guān)的。另外，值得注意的是回流區(qū)的淤積如果得不到及時(shí)疏浚清理，邊灘形成的成型堆積體便可能在小水低潮期影響主流走向，對該河段的河勢穩(wěn)定帶來不利影響。4.6洪水期沖淤變形影響分析4.6.1一般沖淤變形分析根據(jù)以往張定邦對甬江河口段的物理模型試驗(yàn)【1】表明，甬江河口段水流挾沙能力一般可表示為：，甬江下游河相關(guān)系一般為3.42，采用比照甬江河口段的物理模型試驗(yàn)關(guān)于河相來沙及沖淤試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行校驗(yàn)，對工程修建后的模擬河段進(jìn)行平面二維水沙數(shù)學(xué)模型計(jì)算，分析河段河床沖淤模擬成果表明：總體看，在10年一遇與100年一遇洪水條件下，大洪水與大潮的疊加作用使現(xiàn)狀條件與修建碼頭工程條件下的河道沖淤變形以河槽沖刷為主，灘地則是有沖有淤。現(xiàn)狀條件下，模擬河段整體沖淤強(qiáng)度及分布狀況見圖4-3-3、圖4-3-6、4-3-9，工程條件下，特征洪水模擬河段整體沖淤強(qiáng)度和分布狀況見圖4-3-12、圖4-3-15、圖4由圖可以看到，工程附近河段主槽普遍沖刷，棧橋一側(cè)接近主流，右岸灘地也有強(qiáng)度不大的沖刷；而左岸灘地則是淤積狀態(tài)，特征洪水時(shí)，淤積厚度在0.5～1cm左右，淤積強(qiáng)度也不大。但主槽是普遍沖刷的，特征洪水時(shí)，沖刷深度在4～7cm左右。比現(xiàn)狀條件大1～2cm，這也在一定程度抑制了因棧橋阻水引起的水位壅高。因此該方案河段一般沖淤變形模擬計(jì)算成果與現(xiàn)狀計(jì)算成果總體相近。總體看大洪水對河道的一般沖淤變化是有利的，與現(xiàn)狀相比，灘地淤積相對加大。工程修建前后，碼頭附近河段一般沖淤特征值見表4-4.6.2局部沖淤變形分析根據(jù)模擬計(jì)算的10年、20年和100年一遇洪水狀況下工程建設(shè)前后的流速場和水位場，進(jìn)一步按床面穩(wěn)定切應(yīng)力條件可以模擬計(jì)算碼頭附近河段的局部沖刷，獲得碼頭附近沖刷穩(wěn)定后的河床地形及沖刷極限深度?？傮w看，大洪水與大潮的疊加作用使現(xiàn)狀條件與新建碼頭工程條件下的河道主槽以沖刷變形為主。但是新建的碼頭棧橋類似河道整治工程中的透水丁壩，在棧橋上下游水流收縮擴(kuò)散段，形成了工程條件河道主槽扇形的附加沖刷區(qū)。碼頭棧橋頭部的繞流與挑流作用，使臨槽棧橋頭部附近的局部沖刷增加最大，而棧橋上下游近岸灘地，則因回流影響，洪水期沖淤變形極小。在10年一遇洪水狀況下，現(xiàn)狀條件下碼頭棧橋頭部（臨槽）附近的最大局部沖刷深度為1.01m左右，工程條件下碼頭附近的最大局部沖刷深度為1.36在20年一遇洪水狀況下，現(xiàn)狀條件下碼頭棧橋頭部（臨槽）附近的最大局部沖刷深度為1.04m左右，工程條件下碼頭附近的最大局部沖刷深度為1.52在100年一遇洪水條件下，現(xiàn)狀條件碼頭附近棧橋頭部（臨槽）的最大局部沖刷深度為2.12m左右，工程條件下碼頭附近的最大局部沖刷深度為2.68同時(shí)從沖淤分布圖可以看到，碼頭的修建減小了上下游的沖刷。但由于碼頭工作平臺區(qū)附近沖刷加大，因此考慮長時(shí)期溯源沖刷的影響，可以認(rèn)為碼頭上游彎頂附近的沖刷不會比現(xiàn)狀減小，反而會加大。4.6.3工程附近河段回流區(qū)狀況分析對于潮汐河口碼頭、丁壩類河道工程建筑物近區(qū)引起的回流區(qū)主要與河道工程附近的流速、斷面形態(tài)（河寬、水深）、河道阻力特征（糙率）有關(guān)。根據(jù)甬江河口段物理模型試驗(yàn)【1】和原體觀測資料的分析，回流區(qū)長度與河道阻力狀況、水力條件及