灌云縣燕尾港一級漁港碼頭建設(shè)前后流場分析研究

錢 程于正廣錢余堂（、江蘇省水利勘測設(shè)計研究院有限公司 揚州 5009 、江蘇省水利廳 南京 009 、江蘇省灌云縣南崗鄉(xiāng)水利站 灌云 0）

灌云縣燕尾港一級漁港碼頭建設(shè)前后流場分析研究

錢 程1于正廣2錢余堂3
（1、江蘇省水利勘測設(shè)計研究院有限公司 揚州 225009 2、江蘇省水利廳 南京 210029 3、江蘇省灌云縣南崗鄉(xiāng)水利站 灌云 222203）

擬建燕尾港一級漁港位于連云港市灌云縣燕尾港鎮(zhèn)灌河入海口北岸，由于該處有新沂河、灌河、五灌河交匯行洪入海，流態(tài)比較復(fù)雜，此次應(yīng)用MIKE 21模型，選取6種工況對漁港碼頭建設(shè)前后新沂河、灌河、五灌河流場進(jìn)行數(shù)值模擬，分析建設(shè)碼頭前后新沂河、灌河、五灌河行洪水位、流速變化情況，從流態(tài)角度為漁港碼頭工程建設(shè)前后影響分析提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

新沂河 行洪 流速 水位 流場分析

1 引言

由于江蘇沿海開發(fā)規(guī)劃納入國家戰(zhàn)略層面，連云港港口建設(shè)步伐快速提升，燕尾港港口東部海域以及漁船停泊港灣被臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)征用，每年漁汛來臨，該港400艘漁船和周邊及外縣大批漁船也將來漁港停靠，燕尾港漁港現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施已無法滿足漁船錨泊、卸貨、補給的需要，制約了當(dāng)?shù)貪O業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。因此，為了保證港口建設(shè)的順利進(jìn)行，緩解港口開發(fā)與漁船無處停靠的矛盾，盡快建設(shè)燕尾港一級漁港碼頭已勢在必行。

擬建燕尾港一級漁港位于連云港市灌云縣燕尾港鎮(zhèn)灌河入海口北岸，新沂河、灌河、五灌河交匯處下游五灌河閘與燕尾閘之間。漁港碼頭總長360m，寬12m，共布置8個泊位，采用高樁碼頭，碼頭頂高程4.69m，離河岸50m。由于該處有新沂河、灌河、五灌河行洪入海，流態(tài)比較復(fù)雜，需分析建設(shè)碼頭對新沂河、灌河、五灌河行洪、排澇的影響。此次應(yīng)用MIKE 21模型對漁港碼頭建設(shè)前后新沂河、灌河、五灌河流場進(jìn)行數(shù)值模擬，從流態(tài)角度為工程建設(shè)前后影響分析提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。漁港碼頭工程位置見圖1。

2 計算原理及方法

2.1 計算原理

水流連續(xù)方程：

水流運動方程：

式中：z—水位；p、q—x、y方向單寬流量；h—水深；s—源、匯項；six、siy—源、匯項在x、y方向的分量；c—謝才阻力系數(shù)；Ω—科氏力；E—渦粘擴(kuò)散系數(shù)。

2.2 計算方法

計算區(qū)域采用三角形網(wǎng)格剖分，即笛卡爾坐標(biāo)下的淺水方程：

式中：h—總水深；u和v—流速在x和y方向的分量；g—重力加速度；△x和△y—x和y方向的特征長度；△t—時間間距。△x和△y近似于三角形網(wǎng)格的最小邊長，水深和流速值則是發(fā)生在三角形的中心。

3 計算范圍及網(wǎng)格布置

圖1 漁港碼頭工程位置圖

工程影響分析計算的范圍上游至2.5km處新沂海口樞紐深泓閘，下游至1.5km處灌河入海口，北側(cè)以新沂河北堤、五灌河擋潮閘、燕尾擋潮閘及灌河北堤為邊界，南側(cè)以灌河南側(cè)子堤為邊界。

使用網(wǎng)格生成器對漁港碼頭附近水域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，最大三角形面積2000m2，最小三角形面積100m2，最小允許角度22°。漁港碼頭建設(shè)前區(qū)域內(nèi)網(wǎng)格數(shù)量為6709，節(jié)點數(shù)量為3595；漁港碼頭建設(shè)后區(qū)域內(nèi)網(wǎng)格數(shù)量為7170，節(jié)點數(shù)量為3865。并對劃分后的計算網(wǎng)格進(jìn)行了光滑處理。

4 計算工況

計算工情考慮現(xiàn)狀及漁港碼頭建成后，計算工況考慮6種，分別為：

工況1：新沂河50年一遇行洪7800m3/s，灌河不行洪，燕尾港站為20年一遇最高潮位3.79m；

工況2：新沂河50年一遇行洪7800m3/s，灌河不行洪，燕尾港站為中潮位0.53m；

工況3：新沂河50年一遇行洪7800m3/s，灌河不行洪，燕尾港站為低潮位-2.39m；

工況4：新沂河不行洪，灌河為20年一遇行洪3969m3/s，燕尾港站為2年一遇高潮位2.86m；

工況5：新沂河、灌河不行洪，五灌河20年一遇行洪，五灌河閘、燕尾港閘行洪流量分別為470 m3/s、655m3/s，燕尾港站為2年一遇低潮位-1.29m；

工況6：根據(jù)原淮陰地區(qū)水文站在1973年7月20日至21日燕尾港一次觀潮資料，燕尾港落潮最大流量10200m3/s，落潮時入海口水位0.63m，新沂河行洪3030m3/s，灌河流量為7170m3/s。

5 水位影響分析

漁港碼頭工程建設(shè)前后6種工況下碼頭四周，灌河深泓道，新沂河北、中、南深泓道水位及其變化情況分析如下：5.1碼頭附近水位變化情況

工況1：新沂河行洪7800m3/s遭遇海口20年一遇高潮位時，碼頭建成后碼頭前沿附近水位壅高最大值為0.001m，位于碼頭上游P4點，水位為3.823m；

工況2：新沂河行洪7800m3/s遭遇海口20年一遇中潮位時，碼頭建成后碼頭前沿附近水位壅高最大值為0.011m，位于碼頭上游P4點，水位為0.629m；

工況3：新沂河行洪7800m3/s遭遇海口20年一遇低潮位時，碼頭建成后碼頭前沿附近水位壅高最大值為0.033m，位于碼頭上游P4點，水位為-1.976m；

工況4：灌河行洪3969.2m3/s遭遇海口2年一遇高高潮，碼頭建成后碼頭前沿附近水位壅高最大值為0.002m，位于碼頭上游P7點，水位為2.871m；

工況5：五灌河20年一遇行洪，五灌河閘、燕尾港閘行洪流量分別為470 m3/s、655m3/s，遭遇2年一遇高潮位，碼頭建成后碼頭前沿附近水位壅高最大值為0.002m，位于碼頭上游P2點，水位為-1.284m；

工況6：燕尾港落潮最大流量10200m3/s，入海口水位0.63m，新沂河行洪3030m3/s，灌河流量為7170m3/s，碼頭建成后碼頭前沿附近水位壅高最大值為0.021m，位于碼頭上游P4點，水位為0.795m；

由于碼頭工程位于灌河靠近河岸，阻水作用較小，且碼頭附近進(jìn)行了疏浚（其中，碼頭前沿疏浚至-5.31m），因此工程對河道行洪水位的影響較小。

工程后水位的壅高主要集中于碼頭前沿區(qū)域，最大壅水高度發(fā)生于工況3，該點位于碼頭前沿，水位是0.033m。導(dǎo)致該現(xiàn)象的主要原因是：工況3為新沂河行洪遭遇低潮位，水頭落差大，流速大，易在碼頭附近產(chǎn)生較大落差；從現(xiàn)狀流向來看，該處流向有小角度偏向河岸，碼頭建成后對水流有歸槽趨勢，阻礙了水流向河岸擴(kuò)散，因此在碼頭前沿產(chǎn)生了一定的壅高。

從總的模擬情況來看，工程前后的水位差并不明顯，實施該工程對碼頭附近區(qū)域水位的影響很小。

5.2 灌河深泓水位變化情況

在此次模擬的6個工況下，灌河深泓壅水高度僅為0.005m，水位變化甚微，實施該工程對灌河深泓的水位基本無影響。

5.3 新沂河北、中、南深泓水位變化情況

碼頭建成后新沂河北、中、南深泓僅僅在工況3產(chǎn)生了0.001m的壅水高度，實施該工程對新沂河北、中、南深泓的水位基本無影響。

6 流場影響分析

漁港碼頭工程建設(shè)前后6種工況下碼頭址處，灌河深泓道，新沂河北、中、南深泓道對比點流速及其變化分析如下：6.1碼頭前沿附近流場變化情況

工況1：新沂河行洪7800m3/s遭遇海口20年一遇高潮位時，碼頭建成后碼頭前沿附近流速增加最大值為0.070m/s，位于碼頭前沿P3點，點流速為0.491m/s；

工況2：新沂河行洪7800 m3/s遭遇海口20年一遇中潮位時，碼頭建成后碼頭前沿附近流速增加最大值為0.134m/s，位于碼頭前沿P3點，點流速為0.804m/s；

工況3：新沂河行洪7800 m3/s遭遇海口20年一遇低潮位時，碼頭建成后碼頭前沿附近流速增加最大值為0.545m/s，位于碼頭前沿P3點，點流速為1.336m/s；

工況4：灌河行洪3969.2m3/s遭遇海口2年一遇高潮位，碼頭建成后碼頭前沿附近流速增加最大值為0.065m/s，位于碼頭前沿P3點，點流速為0.366m/s；

工況5：五灌河20年一遇行洪，五灌河閘、燕尾港閘行洪流量分別為470 m3/s、655m3/s，遭遇2年一遇高潮位，碼頭建成后碼頭前沿附近流速增加最大值為0.0185m/s，位于碼頭前沿P2點，點流速為0.561m/s；

工況6：燕尾港落潮最大流量10200m3/s，入海口水位0.63m，新沂河行洪3030m3/s，灌河流量為7170m3/s，碼頭建成后碼頭前沿附近流速增加最大值為0.226m/s，位于碼頭前沿P3點，點流速為1.165m/s；

由于碼頭工程位于灌河靠近河岸，阻水很小，碼頭附近流速也比較小，且碼頭前沿進(jìn)行了疏浚，擴(kuò)大了河道過水?dāng)嗝妫a頭附近的水位、流速變化總體很小，碼頭選址是合理的。6.2灌河深泓水位變化情況

在此次模擬的6個工況下，灌河深泓的流速變化甚微，漁港碼頭的建設(shè)基本不影響灌河的行洪排澇。

6.3 新沂河北、中、南深泓流場變化情況

碼頭建成后各種工況下新沂河北、南、中深泓流速基本無變化，漁港碼頭的建設(shè)基本不影響新沂河的行洪排澇