馮焯峰

（廣東粵源工程咨詢有限公司,廣東 廣州 510000）

1 工程概況

琶洲港澳客運口岸項目,位于廣東省廣州市海珠區(qū)閱江中路北側(cè),本工程建設(shè)500GT碼頭一座,共5個泊位。碼頭長度280m（由5艘長×寬×高×吃水=50m×9m×3.1m×0.8m的躉船和1座長×寬=18.9m×12m的固定平臺相連組成）,泊位總長280m,占用岸線總長280m,并有相關(guān)系留系統(tǒng)和靠泊設(shè)施。

擬建碼頭位于前航道右岸,對應(yīng)堤防樁號為前航右12+710～12+990。該段堤防防洪（潮）標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇,設(shè)計水位為2.68m,規(guī)劃堤頂高程為3.68m?，F(xiàn)堤防平臺頂高程為3.3m,堤頂高程為3.7m。其中前航右12+800～12+873段有一親水平臺,平臺頂高程2m,堤頂高程為2.4m,平臺后接地塊高程約為3.3m。

珠江前航道從白鵝潭起直至黃埔港,總長為24.24km,多年平均高潮位為0.73m。

2 防洪分析計算

2.1 數(shù)學(xué)模型建立

2.1.1 一維網(wǎng)河水流數(shù)學(xué)模型

（1）一維數(shù)學(xué)模型的建立

三角洲網(wǎng)河大部分水域受徑流和潮流的共同影響。針對對象水域具體的地形及水文特點,本次評價建立一維數(shù)學(xué)模型時考慮了網(wǎng)河的復(fù)雜連接特性。

控制方程及其離散：采用一維非恒定流的基本方程作為網(wǎng)河往復(fù)流動的控制方程。

連續(xù)方程：

動量方程：

式中：Z——水位；A——過水面積（m2）；B——水面寬（m）；t——時間（s）；Q——流量（m3/s）；R——水力半徑（m）；n——曼寧糙率系數(shù)；x——沿河距離（m）；g——重力加速度（m/s2）；q——單位河長側(cè)向入流量,流入為正,流出為負(fù)（m2/s）。

模型編程中變量采用雙精度實型變量,水位迭代誤差限取0.001m,流量迭代誤差限取0.1m3/s,以保證足夠的數(shù)值計算精度。

（2）模型的率定和驗證

模型選用資料較豐富、全面的1999年7月15日~24日的大同步實測資料進(jìn)行率定,再用1998年6月大水大潮實測水文資料對各水道的洪水糙率進(jìn)行調(diào)整,同時進(jìn)行驗證。

模型率定和驗證計算中,計算范圍內(nèi)主要站點水位的計算值與實測值之間的誤差均小于0.1m,與實測值吻合程度良好。模型計算成果誤差符合技術(shù)規(guī)程規(guī)定的精度要求,故本模型可用于工程方案一維河網(wǎng)水流計算。

（3）碼頭的概化

碼頭阻水在一維水流模型中通過以下兩方面進(jìn)行概化：一是根據(jù)碼頭阻水面積調(diào)整過水?dāng)嗝婷娣eA；二是河道斷面由于碼頭的存在引起濕周R的變化,從而引起摩阻坡降Sf的變化,這在模型中將自動進(jìn)行計算。

（4）工程計算方案

利用率定、驗證后的一維水流數(shù)學(xué)模型,以洪水為主潮相應(yīng)的水文組合,模擬計算洪水頻率（P=0.5%）情況下天然河道、建碼頭后的水位和流量,分析對比工程前后水位壅高值。

2.1.2 平面二維水流數(shù)學(xué)模型

（1）控制方程及計算方法

二維非恒定流計算模塊的原理基于二維不可壓縮流體的雷諾平均應(yīng)力方程,服從Boussinesq假設(shè)和靜水壓力假設(shè)。

描述平面二維水流連續(xù)方程為：

描述平面二維水流的動量方程為：

（2）研究范圍

綜合防洪評價需求和模型計算速度,研究范圍上邊界取距離擬建工程上游約720m處,下邊界取至工程下游約630m處（琶洲大橋上游附近）,模型計算河段總長約1.66km。

（3）邊界條件及對邊界的處理

二維水動力數(shù)學(xué)模型的上邊界采用流量控制（取一維模型分水流量）；下邊界采用水位控制,邊界處水位按一維模型計算成果。

（4）工程概化

由于浮躉隨水位浮動,且吃水深度較淺,二維模型難以概化分析,本次主要對靠船樁簇按不過水概化處理。

2.2 工程壅水分析

通過二維水流數(shù)值計算,可求得設(shè)計水文組合條件下,計算范圍內(nèi)各斷面的水位。比較工程興建前、后的計算結(jié)果,即可得出工程對所處河道的斷面平均行洪水位影響的具體數(shù)值。

洪水頻率在P=0.5%的設(shè)計水文組合條件下,碼頭建設(shè)后,上游600m處水位壅高0.001m,上游160m處（碼頭上游邊界）水位壅高0.009m,固定平臺處水位降低0.005m,下游120m處（碼頭下游邊界）水位降低0.004m。

由計算結(jié)果可見,對于工程上游河段,主要受擬建工程河段過流面積減小、局部阻力增大的影響,表現(xiàn)為水位稍有壅高,并向上游隨著與工程距離的增大而逐漸減小。對于工程處及所在下游河段,主要受過流面積減小、局部阻力增大的共同影響,表現(xiàn)為水位有所降低。

2.3 沖淤演變分析

2.3.1 計算方法

本次沖刷深度根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB50286-2013）中附錄D的順壩及平順護(hù)岸沖刷深度計算規(guī)定。

式中：hS——局部沖刷深度（m）；H0——沖刷處的水深（m）；UCP——近岸垂線平均流速（m/s）；UC——泥沙的啟動流速（m/s）,粘性與沙質(zhì)河床采用張瑞瑾公式計算；n——與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān),一般取n＝1/4～1/6。

式中：d50——床沙的中值粒徑（m）；H0——行進(jìn)水流水深（m）；γs,γ分別為泥沙與水的重度（KN/m3）,g為重力加速度（m/s2）。

式中：U——行近流速（m/s）；η——水流流速分配不均勻系數(shù),根據(jù)水流流向與岸坡交角α角查表采用。

2.3.2 計算成果

本次選擇靠船樁簇及固定平臺樁柱相組合的最不利斷面進(jìn)行分析。在P=0.5%的設(shè)計水文條件下,局部沖刷計算結(jié)果為0.06m。

實際上,整個洪水過程有沖有淤,實際沖深可能要較計算成果小一些。

2.4 河勢影響分析

2.4.1 河道分流比變化

擬建碼頭工程建成后,珠江三角洲網(wǎng)河河道的流量會略有變化,反映了網(wǎng)河區(qū)水道相互連通的特性。

經(jīng)計算,工程興建后,流量變化最大值位于興建工程所在河段。在洪水頻率P=0.5%時,工程段前航道的流量減少了2.03m3/s,流量變化率為0.09%；上游黃沙側(cè)流斷面分流量減少了1.6m3/s,流量變化率為0.07%；下游黃埔左側(cè)流斷面流量減少0.42m3/s,流量變化率為0.01%。與工程較遠(yuǎn)的水道分流量變化的絕對值更小。

2.4.2 水動力條件變化

在洪水頻率P=0.5%時,工程附近流速流向變化的區(qū)域主要局限在碼頭。流速方面,碼頭建成后,上游600m處無變化,上游160m處（碼頭上游邊界）流速減小0.118m/s,固定平臺處減小0.376m/s,下游120m處（碼頭下游邊界）減少0.41m/s,下游500m處增加0.003m/s。流向方面,碼頭建成后,上游600m處無變化,上游160m處（碼頭上游邊界）流向減小1°,固定平臺處增加30°,下游120m處（碼頭下游邊界）增加3°,下游500m處無變化。

各設(shè)計水文組合條件,流速流向變化較大的監(jiān)測點均在工程附近,距離工程越遠(yuǎn),檢測結(jié)果顯示工程前后變化越小直至基本無變化。

3 防洪綜合評價

3.1 與現(xiàn)有水利規(guī)劃的關(guān)系及影響分析

在擬建碼頭工程建成后,在較為不利的洪潮水文組合條件下,造成現(xiàn)狀河道的行洪水位最大上升約0.009m,壅水影響范圍約600m,流場變化主要在靠船樁簇及固定平臺附近,工程建設(shè)基本不會影響到現(xiàn)有水利規(guī)劃的實施。

3.2 與有關(guān)技術(shù)和管理要求的適應(yīng)性分析

（1）關(guān)于技術(shù)要求的問題：為了河道堤防穩(wěn)定的防洪安全運用,與堤防交叉、連接的各類建筑物、構(gòu)筑物,應(yīng)根據(jù)自身的結(jié)構(gòu)特點、運用要求,選擇安全合理的位置和交叉、連接結(jié)構(gòu)形式。本工程按原有岸線形式,采用順岸式布置,并未對堤防產(chǎn)生較大的不利影響。

（2）關(guān)于河道管理的問題：碼頭采用高樁疏水結(jié)構(gòu),滿足《涉河建筑項目河道管理技術(shù)規(guī)范》（DB4401/T 19-2019）有關(guān)技術(shù)和管理要求。

3.3 對河勢穩(wěn)定的影響分析

擬建碼頭工程建成后,在P=0.5%洪水頻率下,工程河段主流區(qū)流場基本不變,主要變化區(qū)集中在工程靠船樁簇、固定平臺附近。流速上,靠船樁簇、固定平臺及其下游附近流速以減小為主,且越靠近船樁簇及固定平臺減幅越大,主要影響范圍約為工程上游端至下游長約280m河段右岸附近區(qū)域,流速減小。流向上,工程后水流在靠船樁簇附近形成繞流、渦流等形態(tài),水流紊亂,致使流向變化較大,工程區(qū)外流向基本無變化。

3.4 對堤防等水利工程設(shè)施的影響分析

根據(jù)設(shè)計方案,活動鋼引橋與堤頂平順連接,需拆除活動鋼引橋與堤防銜接處的防浪墻和欄桿。原堤頂高程由3.7m降至堤防平臺頂高程3.3m,仍可抵擋各頻率洪水,但需注意的是,防汛搶險期間建設(shè)單位應(yīng)在鉸接處增設(shè)防洪擋板,并服從當(dāng)?shù)貞?yīng)急管理部門統(tǒng)一指揮部署。

3.5 建設(shè)項目自身防洪標(biāo)準(zhǔn)與措施的影響分析

碼頭工程所在河段現(xiàn)狀防洪標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇,相應(yīng)設(shè)計水位為2.68m,堤頂現(xiàn)狀高程為3.7m。本工程的躉船采用浮動式,高程隨水位變化而變化,活動鋼引橋垂直于堤岸布置,一端鉸接于堤岸邊緣,另一端設(shè)置滾輪支承于浮躉甲板面,不占用水域,滿足其防御洪水的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。

3.6 對第三人合法水事權(quán)益的影響分析

施工前應(yīng)與當(dāng)?shù)睾降?、海事、水?wù)部門及附近影響區(qū)域內(nèi)的其他各方聯(lián)系,同時根據(jù)該項目特點,制定工程施工方案,特別是制定工程施工期間各項對應(yīng)的保護(hù)措施,確保施工安全、航道通行安全,保護(hù)河道及堤岸。在航道顯著位置應(yīng)設(shè)置警告標(biāo)志牌和限速標(biāo)志牌等,提醒通航船舶注意避讓。

4 建議

（1）在樁基施工過程中擬建碼頭工程,樁基鉆孔時宜采用回旋鉆,以減小振動對附近堤防的影響。

（2）擬建工程靠船樁簇附近會產(chǎn)生局部淘刷,可能會對附近堤岸產(chǎn)生不利影響,建議對靠船樁簇及固定平臺樁柱附近5m范圍內(nèi)拋石防護(hù)。

（3）靠船樁簇及固定平臺施工盡量安排在非汛期（10月至次年3月）施工,以避免對河道行洪造成影響,確需汛期施工時,應(yīng)將施工度汛方案報送水行政主管部門審批。施工期間的臨時設(shè)施應(yīng)不影響行洪,且應(yīng)采取必要的防洪避險措施。

（4）施工前應(yīng)與當(dāng)?shù)厮畡?wù)、航道、海事部門、廣州地鐵集團及相關(guān)影響方聯(lián)系,制定好工程施工保護(hù)措施,確保防洪安全、通航安全和施工安全。

（5）為保護(hù)工程的安全并維護(hù)河道堤防的穩(wěn)定,建議在碼頭運營過程中,對工程所在水域上、下游局部河床的沖淤情況進(jìn)行定期觀測,加強工程河段堤岸的觀測和保護(hù),不應(yīng)將重型器械、物資等經(jīng)活動鋼引橋運送到躉船上。

（6）在今后施工階段,涉及水利防洪問題,如有變更,建議主動與有關(guān)水行政主管部門銜接,涉及水行政許可的按規(guī)定報相關(guān)水行政主管部門審批。