沱澮河航道臨渙鎮(zhèn)段整治方案數(shù)學(xué)模型研究

孫劉林

（安徽省交通科學(xué)研究院，安徽 合肥 230000）

沱澮河航道整治工程臨渙鎮(zhèn)段左岸為臨渙鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)，航道自上而下分布有臨渙里橋（整治后改建為人行橋）、臨渙碼頭橋（整治后改建為人行橋）、青阜鐵路橋（原址改建上行線），現(xiàn)狀河道呈連續(xù)“S”型彎道，彎曲半徑僅為200m，需對(duì)該彎道進(jìn)行整治。為分析不同整治方案的整治效果，現(xiàn)建立工程河段二維平面水動(dòng)力數(shù)學(xué)模型，對(duì)彎道的水流流場(chǎng)以及橫向流速、回流強(qiáng)度等水流指標(biāo)進(jìn)行研究分析。

1 方案設(shè)計(jì)

根據(jù)河道現(xiàn)狀及航道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，本階段設(shè)計(jì)三個(gè)方案進(jìn)行比選。

方案一：本方案航道線路利用部分老河道平順布置，切除兩岸部分灘地，能夠保證臨渙碼頭橋位于航道直線段上，橋梁法線與航道中心線夾角為1.5°。

方案二：本方案避開(kāi)文物保護(hù)區(qū)，航道線路靠澮河右岸布置。不涉及文物保護(hù)區(qū)；但臨渙碼頭橋位于彎道上，橋梁法線與航道中心線切線夾角為8.8°。

方案三：本方案航道線路充分利用現(xiàn)有河道盡量少占用兩岸灘地。但臨渙碼頭橋位于彎道上，橋梁法線與航道中心線夾角為5.2°。

2 模型建立及參數(shù)選擇

2.1 計(jì)算范圍及網(wǎng)格尺寸

數(shù)學(xué)模型模擬計(jì)算的范圍選取本次航道整治工程起點(diǎn)上游1km 處，下游為臨渙節(jié)制閘處，全長(zhǎng)約32km。地形采用實(shí)測(cè)1:2000 河道地形，并考慮航道整治實(shí)施對(duì)地形的影響。模型采用三角形網(wǎng)格，并對(duì)航道區(qū)網(wǎng)格進(jìn)行加密，加密區(qū)域網(wǎng)格大小為5m，其余區(qū)域網(wǎng)格尺寸為5-20m 之間，網(wǎng)格總數(shù)為92751 個(gè)。

2.2 糙率的選擇

2.3 計(jì)算方案與工況

根據(jù)澮河河道水文特征并結(jié)合本次航道整治工程的目標(biāo)，選取最不利工況（最高通航水位條件）模擬計(jì)算該段航道不同方案下航道內(nèi)的水流條件。

圖1 臨渙鎮(zhèn)段航道整治方案布置示意圖

3 整治效果分析

方案一工程實(shí)施后，在最高通航水位下，主流位于新開(kāi)挖航槽內(nèi)，航道區(qū)流速較平順，航道范圍內(nèi)無(wú)回流產(chǎn)生。新開(kāi)挖航槽內(nèi)航道流速大小為0.9～1.10m/s，灘地流速在0.10～0.25m/s 左右，航道內(nèi)縱向流速在0.85～1.05m/s 之間。水流流向總體與航道走向基本平行，流速與航道線夾角在0～10°之間，航道區(qū)存在較小的橫向流速。由于航道線靠河道左岸布置，右岸包河來(lái)水對(duì)航道的造成的橫流較小，回流流態(tài)較好，滿足航道安全通行的要求。

方案二實(shí)施后，航道平均流速大小為0.8～1.05m/s，航道內(nèi)縱向流速在0.70～0.90m/s 之間。在包河匯流口及下游新開(kāi)挖航道與老河道交口，由于受包河來(lái)水及老河道來(lái)水的影響，水流頂沖航道，航道橫向流速較大，包河匯流最大橫向流速約為0.6m/s，下游新開(kāi)挖航道與老河道交口最大橫向流速約為0.45m/s。

方案三實(shí)施后，航道平均流速大小為0.75～1.00m/s，航道內(nèi)縱向流速在0.70～0.90m/s 之間。由于航道稍彎曲，水流流向與航道走向存在一定的夾角在0～30°之間，航道區(qū)最大橫向流速約為0.4m/s。

4 方案比選

圖2 方案一后臨渙里橋～青阜鐵路橋段切灘后河道流場(chǎng)分布

圖3 方案二后臨渙里橋～青阜鐵路橋段切灘后河道流場(chǎng)分布

圖4 方案三后臨渙里橋～青阜鐵路橋段切灘后河道流場(chǎng)分布

通過(guò)對(duì)臨渙鎮(zhèn)段航道方案一、方案二、方案三三種工況下河道的水流流場(chǎng)模擬可知：

從工程對(duì)河勢(shì)影響角度而言，三個(gè)方案實(shí)施后均能提高了河道的行洪能力，對(duì)河道水位、流場(chǎng)等變化相差不大；但方案二切灘后，河道中心形成長(zhǎng)條形孤島，對(duì)河勢(shì)影響較大。從通航角度而言，方案一航道順直靠近河道左岸，航道彎曲半徑較大，直線段長(zhǎng)度較長(zhǎng)，彎道的縱向流速及橫向流速均較小，通航水流條件較好，有利于船舶的安全通行。該彎道為連續(xù)反彎段航道，航道上下游約束條件較多，需增加航行安全系數(shù)，綜上，臨渙鎮(zhèn)段航道整治方案采用方案一較為合適。

5 結(jié)論

數(shù)學(xué)模型計(jì)算結(jié)果表明：方案一實(shí)施后，彎道的縱向流速及橫向流速均較小，通航水流條件較好，有利于船舶的安全通行；對(duì)河勢(shì)影響較小，滿足水利部門(mén)的管理要求，有利于后期橋梁改建工程的實(shí)施。