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)和靠泊設施。

擬建碼頭位于前航道右岸,對應堤防樁號為前航右12+710～12+990。該段堤防防洪（潮）標準為200年一遇,設計水位為2.68m,規(guī)劃堤頂高程為3.68m。現(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)學模型建立

2.1.1 一維網(wǎng)河水流數(shù)學模型

（1）一維數(shù)學模型的建立

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)學模型時考慮了網(wǎng)河的復雜連接特性。

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（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行調(diào)整,同時進行驗證。

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行概化：一是根據(jù)碼頭阻水面積調(diào)整過水斷面面積A；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)學模型,以洪水為主潮相應的水文組合,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力方程,服從Boussinesq假設和靜水壓力假設。

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%的設計水文組合條件下,碼頭建設后,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)《堤防工程設計規(guī)范》（GB50286-2013）中附錄D的順壩及平順護岸沖刷深度計算規(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行分析。在P=0.5%的設計水文條件下,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,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施的影響分析

根據(jù)設計方案,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,防汛搶險期間建設單位應在鉸接處增設防洪擋板,并服從當?shù)貞惫芾聿块T統(tǒng)一指揮部署。

3.5 建設項目自身防洪標準與措施的影響分析

碼頭工程所在河段現(xiàn)狀防洪標準為200年一遇,相應設計水位為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防標準。

3.6 對第三人合法水事權(quán)益的影響分析

施工前應與當?shù)睾降馈⒑Ｊ?、水務部門及附近影響區(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的保護措施,確保施工安全、航道通行安全,保護河道及堤岸。在航道顯著位置應設置警告標志牌和限速標志牌等,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。

（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。施工期間的臨時設施應不影響行洪,且應采取必要的防洪避險措施。

（4）施工前應與當?shù)厮畡?、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措施,確保防洪安全、通航安全和施工安全。

（5）為保護工程的安全并維護河道堤防的穩(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行定期觀測,加強工程河段堤岸的觀測和保護,不應將重型器械、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。