基于碼頭建設項目防洪評價水文分析計算

曹開興

（景德鎮市贛皖土木工程規劃設計有限責任公司，江西 景德鎮 333000）

1 設計頻率的取用

本次設計洪水計算中設計頻率的取用原則，主要依據洪水計算、分析目的確定。具體地說，主要考慮景德鎮港昌江港區魚山碼頭工程設計洪水標準和工程附近洪水防御標準[1]。

設計洪水計算中設計頻率取用20a一遇和10a一遇兩種頻率。

2 設計洪水流量的分析計算

水文分析計算的內容主要包括設計洪水位和設計流量的計算[2]。根據昌江流域水文站點及資料情況，選擇位于魚山閘上游12.7km處的渡峰坑水文站為設計洪水分析代表站。碼頭不同頻率洪水流量表，見表1。

表1 碼頭不同頻率洪水流量表

3 設計洪水水位的分析計算

項目作業區斷面20a一遇和10a一遇兩種頻率設計洪水位以下游古縣渡水位站和上游魚山閘同頻率設計洪水位為控制，通過設計洪水水面線計算方法確定。通過計算，景德鎮港昌江港區魚山碼頭工程義城、良港作業區碼頭斷面5%設計洪水位分別為27.86m和26.54m，10%設計洪水位分別為27.14m和25.79m。

4 施工期設計洪水計算

采取與上面5%、10%設計洪水計算相同方法，分別由渡峰坑水文站流量、鲇魚山閘上和古縣渡水位站水位，計算景德鎮港昌江港區魚山碼頭工程義城、良港作業區碼頭斷面施工期（分9月-次年1月和10月-次年1月），義城、良港碼頭斷面施工期設計洪水（P=20%）成果表，見表2。

表2 義城、良港碼頭斷面施工期設計洪水（P=20%）成果表

5 壅水分析計算（以義城作業區為例）

5.1 壅水高度計算

5.1.1 運行期壅水高度計算

《防洪評價報告編制導則研究及解讀》推薦以局部水頭損失計算方法計算涉河建筑物產生的河道局部壅水高度[3]。通過水面線法、水利動能設計手冊計算公式鐵路工程水文勘測設計規范近似公式法和局部水頭損失法4種計算方法計算結果。魚山碼頭最大壅水高度計算結果比較，見表3。

表3 魚山碼頭最大壅水高度計算結果比較 m

由表3可以看出，采用不同方法計算的壅水值雖然差異明顯，但都在0.1m以下，本報告推薦采用水面線計算法計算的壅水成果，作為魚山碼頭義城作業區0+000斷面、0+500斷面和良港作業區0+566斷面（上游附近）最大壅水高度，即20a一遇洪水義城作業區0+000斷面最大壅水高度為0.059m、0+500斷面最大壅水高度為0.049m。

5.1.2 施工期壅水高度計算

由于義城作業區1#～3#泊位及5#～7#泊位碼頭前沿及港池位置有較高的中風化砂巖，因此在開挖時，需利用圍堰，然后對中風化巖層進行開挖（利用圍堰，將中風化較高區域的水抽出，然后利用液壓破碎機進行破碎開挖。

義城作業區碼頭20%設計洪水位對應的圍堰擠占過水面積及壅水高度計算結果，表明義城作業區0+780斷面和1+100斷面圍堰造成的壅水高度分別為0.007m和0.004m，說明圍堰對施工洪水及其行洪的影響很小。

5.2 壅水長度計算

根據計算與分析，義城作業區0+000斷面20a一遇洪水和10a一遇洪水的△Z最大值分別取0.059 m和0.051m（指運行期），由義城作業區0+000斷面附近20a一遇洪水水面線得i=0.271‰，求得L=516.6m；10a一遇洪水水面線得i=0.270‰，求得L=459.3m。0+500斷面20a一遇洪水和10a一遇洪水的△Z最大值分別取0.049 m和0.041m，由義城作業區0+000斷面附近20a一遇洪水水面線得i=0.261‰，求得L=414.3m；10a一遇洪水水面線得i=0.260‰，求得L=362.1m。義城作業區碼頭建設造成0+000斷面20a一遇洪水的壅水影響長度為517m，10a一遇洪水的壅水影響長度為459m；0+500斷面20a一遇洪水的壅水影響長度為414m，10a一遇洪水的壅水影響長度為362m。表明景德鎮港昌江港區魚山碼頭工程義城作業區碼頭壅水影響范圍較小，上述壅水長度計算指運行期、施工期壅水很小，不做施工期壅水長度計算。

6 沖刷與淤積分析計算

按照《景德鎮港昌江港區魚山碼頭工程 (義城作業區)工程可行性研究報告》景德鎮港昌江港區魚山碼頭工程 (義城作業區)采用10a一遇設計洪水位為最高通航水位對碼頭結構進行設計，故碼頭墩樁對沖刷適應性分析采用10a一遇設計洪水對應的最不利組合沖刷深度，義城作業區0+000斷面10a一遇設計洪水對應的最不利組合沖刷深度為2.49m。

7 岸坡沖刷計算

經過計算求得景德鎮港昌江港區魚山碼頭義城作業區0+000斷面20a一遇和10a一遇設計洪水的岸坡沖刷深度，義城、良港作業區岸坡沖刷深度計算結果，見表4。

表4 義城、良港作業區岸坡沖刷深度計算結果 m

義城作業區0+000斷面20a一遇和10a一遇設計洪水岸坡沖刷深度分別為0.56m和0.53m。

8 河勢影響分析計算

根據景德鎮港昌江港區魚山碼頭工程（義城作業區）碼頭結構設計資料，義城作業區碼頭位于河道左岸，良港作業區碼頭位于河道右岸，碼頭墩樁在河床中所占用過流面積很小，以當地設防標準洪水（20a一遇洪水）為例，義城作業區碼頭建設后0+000斷面面積縮小8.83%，平均流速加大9.64%（0.092m/s）；義城作業區碼頭建設后0+500斷面面積縮小6.82%，平均流速加大7.32%（0.052m/s）；可見景德鎮港昌江港區魚山碼頭工程（義城、良港作業區）碼頭建成后減少河道行洪斷面、造成斷面流速加大的比例較小，引起碼頭附近河段河床局部變形幅度很小，對附近河段平面形態和深泓軸線產生的總體影響很小，不會對附近河段平面形態和深泓軸線產生總體上的影響。

9 洪水對建設項目的影響分析計算

9.1 淹沒影響分析計算

景德鎮港昌江港區魚山碼頭工程義城作業區碼頭斷面10a一遇洪水的設計洪水位分別為27.14m，碼頭面設計高程分別為27.63m ，符合《河港工程總體設計規范》（JTJ212-2006）設計要求（碼頭面設計高程=設計高水位+超高，超高=0.1～0.5m），表明遭遇10a一遇洪時碼頭也不至于淹沒。

9.2 岸坡穩定分析計算

魚山碼頭義城作業區駁岸整體穩定計算按照《水運工程地基設計規范》，按平面問題考慮，采用圓弧滑動簡單條分法驗算。

根據規范碼頭駁岸整體穩定性驗算，其危險滑弧應滿足極限狀態設計表達式：

式中：Msd為滑動力矩設計值；MRk為抗滑力矩標準值；γ0為重要性系數；γR為抗力分項系數。

根據本工程地質資料分析，按照碼頭最不利工況（發生10%設計洪水）考慮，選擇典型斷面（中間斷面），義城、良港作業區整體穩定計算結果，見表5。

表5 義城、良港作業區整體穩定計算結果

根據計算，本工程岸坡穩定可以滿足規范要求。

9.3 沖刷與淤積影響分析計算

魚山碼頭義城作業區發生碼頭防御標準洪水（10a一遇洪水）時0+000斷面最不利沖刷深度為2.49m，而義城作業區0+000斷面河中樁基礎基底在河床11.50～17.60m以下，遠低于可能沖刷點高程，沖刷不會影響碼頭墩樁安全；義城作業區近岸河床屬于水流難以沖動的巖層，碼頭墩樁安全不受沖刷影響。根據《考慮船舶停靠的碼頭減淤措施的研究》，船舶停靠會產生泊位淤積，建議針對碼頭采取“順直短堤”減少碼頭泊位淤積[4]。碼頭建成運營后，由于碼頭前沿附近流速減緩將會產生淤積，因此業主在碼頭運營過程中應密切關注港池和河道淤積情況，加強監測[5]。

10 結 語

碼頭防洪評價主要目的是保障航道防洪安全，降低工程對河道行洪、通航和防洪建筑物造成的影響，而正確且切合實際的防洪評價水文分析計算，為防洪評價過程中的水流流態、河勢穩定、雍水、沖刷、堤防、護岸和其他水工程的影響分析提供了最基礎的數據支撐。