張躍東 甄峰

摘 要：本文通過(guò)分析宿連航道穿新沂河段的周邊現(xiàn)狀及洪水情況，通過(guò)建立水動(dòng)力模型，計(jì)算不同河道來(lái)水情況下，宿連航道穿新沂河段的流速、流態(tài)，針對(duì)不滿足規(guī)范要求區(qū)域提出改善措施，并進(jìn)行了驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：宿連航道;新沂河;水流分析

徐宿連航道是江蘇省干線航道網(wǎng)“兩縱五橫”中最北的“一橫”，共計(jì)329公里，由蘇北運(yùn)河至宿遷段、宿連航道、徐圩港區(qū)疏港航道組成。該項(xiàng)目的建設(shè)對(duì)落實(shí)“一帶一路”、長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶、長(zhǎng)三角港航一體化等重大戰(zhàn)略，完善江蘇省干線航道網(wǎng)建設(shè)，打通蘇北蘇中地區(qū)與連云港港的航運(yùn)通道，滿足宿遷市“借港出?！卑l(fā)展等現(xiàn)實(shí)需求意義重大。

作為徐宿連航道重要組成部分的宿連航道與新沂河正交穿越，該穿越區(qū)域?yàn)樾乱屎印鹦潞?、岔流新開(kāi)河三河交匯處，本文通過(guò)數(shù)學(xué)模型方法，分析對(duì)宿連航道穿新沂河段的流速、流態(tài)及其對(duì)安全通航的影響。

1周邊水系現(xiàn)狀概況

1.1新沂河段現(xiàn)狀概況

新沂河全長(zhǎng)146km，設(shè)計(jì)行洪流量7500～7800m3/s，由沭陽(yáng)樞紐負(fù)責(zé)控制排泄新沂河上游區(qū)間的來(lái)水，沭陽(yáng)樞紐范圍內(nèi)河道寬約1300m，河道內(nèi)分南偏泓、中泓、北偏泓，其余均為灘地，其中南偏泓內(nèi)設(shè)置龍埝套閘、中泓設(shè)置攔污壩、北偏泓攔污閘及尾水地涵一道組成新沂河沭陽(yáng)樞紐，小流量洪水情況下通過(guò)南、中、北泓泄洪，大流量洪水情況下漫灘行洪。

1.2沭新河現(xiàn)狀概況

淮沭新河在新沂河段以北稱為沭新河，承擔(dān)向連云港市區(qū)送水和沭新河沿線供水的任務(wù)。沭新河長(zhǎng)75.3km，是一條引水灌溉、截水排澇結(jié)合航運(yùn)的骨干河道，以供水功能為主。沭新閘為沭新河進(jìn)水控制建筑物，設(shè)計(jì)流量100m?/s。

1.3岔流新開(kāi)河現(xiàn)狀概況

岔流新開(kāi)河為新沂河段北岸支流，系沂北地區(qū)高低分治的高地截水溝。上游承泄新沂市的淋頭河、大沙河來(lái)水，在沭陽(yáng)縣潼陽(yáng)鎮(zhèn)岔流村西會(huì)合向南至桐槐樹(shù)后又匯虞姬溝，改循后沭河故道至沂北閘處入新沂河，全長(zhǎng)32km。

2建設(shè)方案概況

宿連航道規(guī)劃等級(jí)為Ⅲ級(jí)，設(shè)計(jì)最大船舶噸級(jí)為1000t，設(shè)計(jì)航道最小通航水深3.2米，航道底寬不小于45米，航寬不小于55米。宿連航道于柴沂河口斜交入新沂河，沿新沂河南偏泓主槽向東行進(jìn)700m后，北上600m穿過(guò)新沂河灘地正交入新沂河中泓，沿新沂河灘地右側(cè)繼續(xù)行進(jìn)500m后，正交入新沂河北偏泓，最后沿沭新河出新沂河。

3新沂河洪水情況分析

根據(jù)1970～2019年共50年的水文資料，以歷年逐日平均流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)：≥200m?/s，≥400m?/s，≥500 m?/s，≥700m?/s，≥1000m?/s，≥2000m?/s的流量級(jí)多年平均出現(xiàn)天數(shù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

根據(jù)宿連航道規(guī)劃等級(jí)及通航保證率要求，本文僅分析行洪500 m3/s流量下的流速、流態(tài)及通航安全。

4 數(shù)學(xué)模型的建立及驗(yàn)證

4.1控制方程

模型采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格離散克服復(fù)雜邊界和計(jì)算尺度懸殊所引起的困難，并可以進(jìn)行局部加密。采用有限體積方法和交錯(cuò)網(wǎng)格變量布置，即把標(biāo)量定義在單元的中心，矢量定義在邊的中心。對(duì)計(jì)算中灘地的淹沒(méi)與出露，采用水位判別法處理，即當(dāng)水深小于某一薄水深（0.01m）時(shí)，設(shè)置該處流速為0。

4.2 模型建立

4.2.1模型參數(shù)

模型采用模型網(wǎng)格共36276個(gè)單元，31524個(gè)節(jié)點(diǎn)，最短邊5.8m，最長(zhǎng)邊43.3m，平均邊長(zhǎng)20.1m。計(jì)算區(qū)域網(wǎng)格剖分圖見(jiàn)下圖。

4.2.2模型參數(shù)

模型糙率選?。恒?.028、灘0.038。

5 水流條件計(jì)算分析

5.1計(jì)算工況

根據(jù)前面的分析，本文僅考慮岔流新開(kāi)河、新沂河沭西段、淮沭新河來(lái)水，通過(guò)沭東段北偏泓、南偏泓下泄，為了分別考慮三方來(lái)水對(duì)宿連航道處水流條件的影響，設(shè)置3個(gè)方案，分別為僅岔流新開(kāi)河來(lái)水500m?/s、僅新沂河沭西段來(lái)水500m?/s、僅淮沭新河來(lái)水500m?/s，通過(guò)流量與水位關(guān)系曲線，相應(yīng)的水位值均為6.91m。

5.2計(jì)算結(jié)果

主要測(cè)點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果如表2：

根據(jù)以上分析成果，岔流新開(kāi)河、淮沭新河入流500m?/s的表層流速在航道線路上的橫向投影值都滿足0.3m/s的要求，新沂河沭西段來(lái)水對(duì)航道處水流條件影響較大，需采取一定措施使航道處表層流速在橫向的投影滿足0.3m/s的要求。

5.3降低流速措施

新沂河沭西段入流500m?/s，考慮不移動(dòng)沭陽(yáng)排污閘的位置而通過(guò)控制沭陽(yáng)排污閘的下泄流量和中泓、南泓河道開(kāi)挖使北泓、中泓、南泓的過(guò)流流速減少。經(jīng)試算北泓控泄60m?/s、70m?/s、80m?/s、100 m?/s四個(gè)方案，當(dāng)北泓控泄70m?/s時(shí)，北泓流場(chǎng)可以滿足橫向的投影值滿足0.3m/s。工程措施為北泓開(kāi)挖范圍長(zhǎng)250m，寬60-160m，底高程4.1m;中泓開(kāi)挖長(zhǎng)410m，寬60-300m，底高程4.1m;中泓向南泓引流長(zhǎng)700m，寬200-400m，底高程6.5m;南泓下游開(kāi)挖長(zhǎng)900m，寬100m，底高程4.1m時(shí)，可以減少表層流速在航道橫向的投影值滿足0.3m/s要求，主要測(cè)點(diǎn)流速詳見(jiàn)表2。

6 主要結(jié)論

本文通過(guò)分析宿連航道穿新沂河段的周邊現(xiàn)狀及洪水情況，通過(guò)建立水動(dòng)力模型，計(jì)算不同河道來(lái)水情況下，宿連航道穿新沂河段的流速、流態(tài)，針對(duì)不滿足規(guī)范要求區(qū)域提出改善措施，并進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明：

（1）為分析宿連航道穿越新沂河處表層流速在航道橫向的流速分布情況，本次分析采用河道二維數(shù)學(xué)模型的計(jì)算理論，通過(guò)對(duì)各流速級(jí)相應(yīng)的行泄流量多年出現(xiàn)的天數(shù)做分析，考慮不同邊界條件下，新沂河表層流速在航道線路上橫向投影分布情況，并采取一定的工程措施。

（2）本文主要分析了岔流新開(kāi)河、新沂河沭西段、淮沭新河來(lái)水，通過(guò)沭東段北偏泓、南偏泓下泄，為了分別考慮三方來(lái)水對(duì)宿連航道處水流條件的影響，設(shè)置3個(gè)方案，分別為僅岔流新開(kāi)河來(lái)水500m?/s、僅新沂河沭西段來(lái)水500m?/s、僅淮沭新河來(lái)水500m?/s。經(jīng)計(jì)算，岔流新開(kāi)河、淮沭新河入流500m?/s的表層流速在航道線路上的橫向投影值都滿足0.3m/s的要求，新沂河沭西段來(lái)水對(duì)航道處水流條件影響較大，需采取一定措施使航道處表層流速在橫向的投影滿足0.3m/s的要求。

（3）通過(guò)考慮不移動(dòng)沭陽(yáng)排污閘的位置而通過(guò)控制沭陽(yáng)排污閘的下泄流量和中泓、南泓河道開(kāi)挖使北泓、中泓、南泓的過(guò)流流速減少。經(jīng)試算當(dāng)北泓控泄70m?/s時(shí)，北泓開(kāi)挖范圍長(zhǎng)250m，寬60-160m，底高程4.1m;中泓開(kāi)挖長(zhǎng)410m，寬60-300m，底高程4.1m;中泓向南泓引流長(zhǎng)700m，寬200-400m，底高程6.5m;南泓下游開(kāi)挖長(zhǎng)900m，寬100m，底高程4.1m時(shí)，可以減少表層流速在航道橫向的投影值滿足0.3m/s要求。

參考文獻(xiàn)：

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