龍?zhí)陡鄹蹍^(qū)工程群建設(shè)防洪累積影響研究

王華 曹雙 羅紅雨

(長江水利委員會長江下游水文水資源勘測局，江蘇南京210011)

龍?zhí)陡鄹蹍^(qū)工程群建設(shè)防洪累積影響研究

王華 曹雙 羅紅雨

(長江水利委員會長江下游水文水資源勘測局，江蘇南京210011)

為全面了解南京龍?zhí)陡劢ǜ垡詠砗觿莸淖兓约八鬟\動狀態(tài)的變化情況，對工程建設(shè)對河勢演變及長江防洪、行洪影響開展了累積評估工作。結(jié)果表明:工程的建設(shè)從某種程度上起到了加固險工段，進一步穩(wěn)定龍?zhí)端篮觿莸淖饔茫植课撮_發(fā)利用段河勢及岸坡穩(wěn)定仍相對薄弱;工程段河槽對主流的約束能力有所增強，高低水位下及不同水文年該段主流線擺幅有明顯減小，河道泄洪能力更為通暢;由于工程群的累計阻水效應(yīng)，同流量級下水位略有壅高。研究結(jié)果為后期龍?zhí)陡蹍^(qū)的建設(shè)，現(xiàn)有護岸工程的監(jiān)測、加固、維護提供了科學依據(jù)。

港區(qū);河勢演變;防洪工程;龍?zhí)陡?南京江蘇

1 概述

龍?zhí)陡蹍^(qū)位于南京長江大橋下游35 km處，距新生圩港約15 km。龍?zhí)陡蹍^(qū)是長江流域重要的航運中心，是長江上下游重要的港口轉(zhuǎn)運點之一，是南京重要的對外、對內(nèi)港區(qū)，未來將成為現(xiàn)代化、多功能的江海型重要樞紐港口。

南京港開發(fā)采取分期、分功能區(qū)建設(shè)的方式。龍?zhí)陡蹍^(qū)共分為7期工程進行建設(shè)，總建設(shè)期安排在1998年至2020年間。龍?zhí)陡鄹蹍^(qū)1，4，6期工程建設(shè)為箱泊位，港區(qū)3，5期工程建設(shè)為散貨泊位，港區(qū)2，7期建設(shè)為通用泊位。其中港區(qū)1～5期工程現(xiàn)已建成投產(chǎn)，后期開發(fā)的相關(guān)研究正在進行中。為全面了解龍?zhí)陡劢ǜ垡詠砗觿莸淖兓约八鬟\動狀態(tài)的變化情況，同時，為后期龍?zhí)陡蹍^(qū)的建設(shè)，現(xiàn)有護岸工程的監(jiān)測、加固、維護提供科學依據(jù)，也為有關(guān)單位對龍?zhí)陡鄣陌l(fā)展和建設(shè)提供決策參考，本文對龍?zhí)豆こ倘旱睦塾嫹篮橛绊戇M行了研究。

2 龍?zhí)端栏艣r

龍?zhí)端赖膬啥朔謩e由西壩和三江口節(jié)點控制，平面形態(tài)向南凹進，長約21.3 km，主流緊貼凹岸下行，深槽緊靠右岸，至彎道末端經(jīng)三江口挑流過渡到左岸的陡山節(jié)點進入儀征水道。1985年后南京河段實施全面整治工程，西壩拐頭和下游三江口兩處節(jié)點得到有效保護，興隆洲左汊實施堵汊并岸。目前龍?zhí)端赖暮觿莼痉€(wěn)定。

3 各期工程情況

(1)港區(qū)1期工程。1998年6月由國務(wù)院批準建設(shè)的南京港龍?zhí)陡蹍^(qū)正式開工，港區(qū)1期工程總吞吐量為52萬標準箱(TEU)。開發(fā)碼頭岸線總長910 m，引橋5座，后方陸域縱深1 000 m，陸域面積0.91 km2，建設(shè)堆場0.38 km2，道路0.15 km2，生產(chǎn)、生活輔助設(shè)施建筑面積0.03 km2。港區(qū)1期工程于2000年投入運營，目前后方有建成疏港公路，港區(qū)貨物公路中轉(zhuǎn)運輸暢通。

(2)港區(qū)2期工程。港區(qū)2期通用泊位工程位于1期工程東北側(cè)，緊鄰1期工程，開發(fā)岸線長580 m，陸域面積為0.40 km2，總投資概算5.6億元。建設(shè)3萬，4萬t級及5 000 t級通用泊位各一個，設(shè)計年吞吐量190萬t。

(3)港區(qū)3期工程。3期散貨泊位工程位于港區(qū)用地西南端，華能電廠東北側(cè)，在八卦洲下游約1.2 km處。3期工程總投資7.1億元，建設(shè)3.5萬t級、5萬t級散貨泊位各一個，設(shè)計年吞吐量達880萬t，開發(fā)岸線長480 m，陸域平均縱深約800 m，形成陸域面積約0.39 km2。

(4)港區(qū)4期工程。4期集裝箱泊位工程規(guī)劃位于1期已建工程上游，建設(shè)集裝箱碼頭及堆載區(qū)，開發(fā)岸線長1 400 m，陸域平均縱深1 000 m，占地面積約1.40 km2。

(5)港區(qū)5期工程。港區(qū)5期工程地塊緊靠3期工程地塊，規(guī)劃建設(shè)3.5萬t級與5萬t級散貨泊位，開發(fā)岸線長1 070 m，陸域平均縱深800 m，占地面積約0.86 km2。

(6)港區(qū)6期工程。6期工程緊靠4期工程，規(guī)劃建設(shè)集裝箱碼頭及堆載區(qū)，開發(fā)岸線長1 365 m，陸域平均縱深接近1 000 m，占地面積約1.25 km2。

(7)港區(qū)7期工程。7期工程地塊位于港區(qū)最北端，規(guī)劃建設(shè)通用泊位，開發(fā)岸線長940 m，陸域面積為0.45 km2。

4 前期主要研究成果

(1)南京河段及龍?zhí)端澜?jīng)過整治后為龍?zhí)陡蹍^(qū)的開發(fā)建設(shè)提供了宏觀穩(wěn)定的河勢條件。

(2)1985年以前工程段以自然演變?yōu)橹鳎趯嵤┡d隆洲左汊堵塞以及右岸陸續(xù)河道整治工程后，工程段的宏觀河勢基本趨于穩(wěn)定、表現(xiàn)為右岸線微沖微淤，深泓擺動趨小，深泓縱剖面沖淤基本平衡，工程段近岸河床趨于穩(wěn)定，為碼頭工程建設(shè)提供了基本的河床條件。但是近岸岸坡相對較陡，影響到岸線的開發(fā)和利用，應(yīng)予以關(guān)注。

(3)通過局部工程段的河床穩(wěn)定性分析和水流情況分析，工程段下段岸線屬于龍?zhí)稄澋朗軟_的凹岸，岸線已經(jīng)得到一定程度的有效守護，但工程段位于主槽水流和心灘幅槽水流匯合段的江岸，因此該江段受水流沖刷作用的強度明顯大于上段，從局部來看，NJA22-1～NJA23斷面之間受沖強度最大。

(4)數(shù)學模型計算成果表明，工程修建后對水位的變化值及變化范圍的影響均不太大。在防洪設(shè)計水位計算工況下，單個工程方案實施后，碼頭局部水位壅高最大值為0.088 m，水位降低最大值為0.051 m，流速增加最大值碼頭區(qū)為0.06 m/s，流速減小最大值碼頭區(qū)為0.24 m/s，上游崩窩區(qū)的流速變化相對較大，總體來看，對長江行洪、河勢穩(wěn)定無明顯不利影響。在對崩窩進行整治，將近岸流場恢復(fù)平順狀態(tài)的前提下，工程的建設(shè)對長江防洪、行洪影響將會更小。

(5)工程段各地層土質(zhì)良好，根據(jù)地質(zhì)資料所進行的抗滑穩(wěn)定復(fù)核計算結(jié)果表明，工程段堤防最小安全系數(shù)大于規(guī)范的要求，抗滑穩(wěn)定性滿足要求。

(6)工程建設(shè)對防汛搶險、水文觀測基本沒有影響。工程建設(shè)不會對防洪工程和防汛搶險工作產(chǎn)生明顯的不利影響。

5 數(shù)學模型計算研究

為了分析工程群實施對防洪的累計影響，此次計算模型選擇DHI公司下的MIKE21平面二維水流運動數(shù)學模型進行專門的研究，該模型采用三角網(wǎng)格。采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格中心網(wǎng)格有限體積法求解，其優(yōu)點為計算速度較快，非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格可擬合復(fù)雜地形。

5.1 基本資料及計算工況

5.1.1 地形

工程前地形采用2006年6月實測1∶10 000資料，工程局部水下地形采用2005年4月1∶2 000資料。

工程后地形采用2013年7月(拐頭-泗源溝)與2014年1月(南京潮位站-拐頭)實測1∶10 000資料，工程局部水下地形采用2013年4月1∶2 000資料。

5.1.2 水流

采用與2005～2006年地形資料對應(yīng)的兩次測驗資料，以及與2013～2014年地形資料對應(yīng)的兩次測驗資料進行率定驗證。

5.1.3 計算工況

對龍?zhí)洞a頭群工程建設(shè)后的影響進行了評估計算，研究工程建設(shè)后水位、流場的對比變化，以評估工程建設(shè)前后對長江防洪、河勢是否有不利影響，以及影響的程度和范圍。

各期工程建設(shè)前，對近岸河床進行局部疏浚清理，對局部岸坡進行削坡拋石守護。模型計算時主要考慮各期工程疏浚開挖、削坡挖泥河槽斷面形態(tài)的改變、碼頭工程建設(shè)占用的河道面積，以及這兩種綜合情況下水位、分流比、水流形態(tài)的改變情況。

5.2 模型計算成果

為定量分析工程建設(shè)引起的水位、流速變化，在工程段附近布置了6個斷面，每個斷面提取3個對比點(共18個)，對對比點工程前后水位、斷面流速、主流線變化以及分流比變化進行了對比分析。

(1)水位對比。分析表明，工況1下，龍?zhí)陡蹍^(qū)工程群建設(shè)前后引起的水位壅高幅度很小，沿程自上而下由于河道的束窄幅度略有增大，5號斷面處引起的水位最大壅高為5 mm。

工況2及工況3下由于港區(qū)碼頭群建設(shè)占用的相應(yīng)水位下河道過水面積比例更小，引起的水位壅高幅度更小，工況2下水位變化幅度不超過4 mm，工況3下水位變化幅度不超過2 mm。

(2)斷面流速分布對比。分析表明，高水位下3號斷面以上主槽部位略有淤高，右岸高灘部位流速減小明顯，最小達到0.4 m/s;4號斷面主槽及左岸河灘有明顯沖刷下切，左側(cè)略有淤高，右岸變化不大，高水位下主流流速略有增大(平均增大0.1 m/s左右)，兩側(cè)灘地尤其北岸河灘流速明顯降低，水流集中歸槽明顯;5號斷面位于工程區(qū)末端，左岸灘地平均沖刷達到5 m，由于斷面過流面積明顯增大，斷面流速分布都呈不同程度減小;6號斷面位于工程區(qū)下游約3 km，河道地形變化不大，但斷面流速受上游右岸工程區(qū)挑流影響，右岸及主泓流速略有降低，左岸流速略有增大。中、低水位工況下，工程群建設(shè)前后引起的流速分布和高水位類似，但幅度要小。

(3)主流線變化。整體來看，龍?zhí)陡蹍^(qū)開發(fā)建設(shè)前后主流線走向擺幅很小，基本保持穩(wěn)定。相對變化較大的主要在兩段，第1段位于上彎道段，工程建設(shè)后該段主流略有左偏，其中低水位工況下擺動幅度相對較大，達到180 m，占河寬的比例約為12.5％，但工程建設(shè)后3種工況下主流線更趨穩(wěn)定，擺幅由原先的120 m降低到60 m。主流變幅較大的第2段位于龍?zhí)陡蹍^(qū)段龍?zhí)逗涌诙危退?工況3)下，主流右偏130 m。其余部位主流線變化相對較小。總體而言，工程建設(shè)后高、中、低水位下主流線走向擺幅進一步趨小，水流集中約束歸槽明顯。

(4)分流比變化。防洪設(shè)計水位計算工況下，由于工程建設(shè)，上游八卦洲進左汊分流比減小0.8％，中水位工況下左汊進口流量減小幅度約0.7％，低水位下左汊進口分流比減小0.9％。

5.3 綜合分析

根據(jù)模型計算的成果，龍?zhí)陡蹍^(qū)建設(shè)后，由于碼頭群的累計阻水效應(yīng)，不同流量下都會引起水位的壅高，工程段水位壅高的幅度和流量呈正比，防洪設(shè)計水位下工程段水位普遍壅高幅度3～5 mm，與單個碼頭相比壅水發(fā)生在整個工程河段而不是僅僅限于碼頭局部高灘區(qū)域，這與相關(guān)的研究成果相吻合。

由于在建設(shè)過程中對右岸頂沖段都進行了不同程度的拋石守護，因此工程前后右岸沖淤不大，沖淤主要在深槽部位，同時右岸岸壁的強化下游段對岸興隆洲左緣受到一定幅度的沖刷下切，這與河道演變與治理的一般規(guī)律相吻合。工程建設(shè)后，左、右岸近岸流速呈不同幅度減小，而主流區(qū)流速增大明顯，幅度隨流量減小而減小，說明河槽對水流的約束能力增強。工程建設(shè)后，該段深泓貼近右岸下行的態(tài)勢不變，但是高、中、低水位下主流的擺動幅度明顯減小，進一步說明工程本身的實施及相關(guān)防護措施的實施對該段主流的穩(wěn)定起到了有利作用。

6 結(jié)論

(1)港區(qū)建設(shè)時各期碼頭前沿實施了拋石壓腳岸坡守護工程，加上其自身的導(dǎo)流作用，工程的建設(shè)從某種程度上起到了加固險工段，進一步穩(wěn)定龍?zhí)端篮觿莸淖饔谩?/p>

(2)工程群建設(shè)的累計效應(yīng)主要體現(xiàn)在:同流量級下尤其是高水位下，壅水發(fā)生在全河段，普遍壅高3～5 mm。右岸頂沖段流速減小明顯，最大部位降低0.4 m/s，左岸流速小幅度降低，深槽區(qū)域流速增大明顯。水位及流量分布的變化隨流量減小而減小。水位、流速的變化并不影響該段的行洪、防洪情勢。

(3)工程建設(shè)后近岸主流頂沖部位回流區(qū)尺度和水流強度有所減小，碼頭前沿深槽區(qū)主流走向穩(wěn)定，河槽對主流的約束能力增強，主流線的走向更趨于穩(wěn)定。

(4)工程群的建設(shè)與前期相關(guān)研究結(jié)論并不矛盾，其水位、流速、主流線的變化不僅僅是單個工程群的簡單疊加，其累計效應(yīng)在高水位時尤為明顯。

(5)龍?zhí)陡蹍^(qū)建設(shè)前期工作中，地勘工作基本是圍繞各期具體開發(fā)建設(shè)開展，加上各期建設(shè)過程中都對碼頭前沿水流頂沖段進行了適量的拋石守護，因此運行以來，已開發(fā)段岸灘處于穩(wěn)定狀態(tài)，而未開發(fā)段的局部岸灘穩(wěn)定仍需重點關(guān)注。

TV87

:A

1006-0081(2015)12-0020-03

2015-11-11

王華，男，高級工程師，長江水利委員會水文局長江下游水文水資源勘測局.