余文忠,陸洪亞,孫傳文,朱京德
(連云港市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司,江蘇 連云港 222000)
船舶航行時(shí),對(duì)水流速度有一定要求,較大的流速,可以增加航行速度,但過(guò)大的流速,使船舶操縱困難。船舶水上行駛時(shí),縱向流速一般以不超過(guò)3m/s 為宜。船舶航行,除對(duì)縱向流速有一定要求外,對(duì)橫向流速也有一些限制。航道內(nèi)的橫向流速,一般應(yīng)不超過(guò)0.3m/s,否則,側(cè)向推力過(guò)大,容易發(fā)生事故。
航道內(nèi)取水口作業(yè)時(shí),會(huì)改變水流條件,對(duì)航道通航造成一定的不利影響。本文采用二維水動(dòng)力模型對(duì)取水口位置處流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,進(jìn)而直觀了解流速大小、流向等通航水力要素。
東門河航道位于連云港市灌云縣,起點(diǎn)為鹽河口,終點(diǎn)為燕尾港閘,全長(zhǎng)54.9km,規(guī)劃為五級(jí)航道。本項(xiàng)目取水口位于燕尾港閘上游約2.4km 處航道左岸,現(xiàn)狀已滿足五級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)要求。工程位置處航道較為順直,規(guī)劃航道中心線為現(xiàn)狀航道深槽中心線。項(xiàng)目區(qū)航道現(xiàn)狀河底高程約-4.77m,河底寬約130m,航道兩岸現(xiàn)狀均為土坡。
江蘇遠(yuǎn)征化工有限公司位于灌云縣臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)精細(xì)化工園區(qū),生產(chǎn)用水取自東門河。取水口采用2 臺(tái)水泵機(jī)組及取水管,每臺(tái)套取水流量120m/h(0.033m/s),合計(jì)240 m/h(0.067m/s)。泵池為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),尺寸為5.0m×8.0m,采用挖入式布置型式,泵池前沿與現(xiàn)狀河口齊平。取水管道、人行踏板及支撐基礎(chǔ)均為鋼結(jié)構(gòu),伸入東門河河道中,其最外緣取水口頭部伸入河道距現(xiàn)狀河口23.2m。支撐基礎(chǔ)共4跨,平均跨徑5.0m,每跨設(shè)4 根鋼管,管徑10cm,其上搭設(shè)取水管道及人行踏板,人行踏板頂面高程2.94m,取水管道頂面高程3.62m。取水管道共2 根,管徑DN150,取水口頭部為下探式,管口高程-0.08m。取水口頭部搭設(shè)排架及橫向人行踏板,排架尺寸為3.2×3.5m(寬×高)。
圖1 取水口現(xiàn)狀圖
圖2 航道現(xiàn)狀圖
計(jì)算范圍:遠(yuǎn)征化工有限公司取水口上、下游各1km 范圍的東門河航道,全長(zhǎng)約2.0km。模型范圍除了包含上下游兩個(gè)邊界外,還包含本工程取水口、本工程上游約875m 處河道左岸取水口、本工程下游約600m處河道左岸灌云縣臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目取水口,共5 個(gè)邊界。
網(wǎng)格劃分:采用無(wú)結(jié)構(gòu)三角形網(wǎng)格剖分,邊長(zhǎng)一般為5~50m,取水口處加密為1~2m,網(wǎng)格數(shù)為17383 個(gè),節(jié)點(diǎn)數(shù)為5894 個(gè)。
圖3 模型計(jì)算范圍地形圖
營(yíng)運(yùn)期航道通航水流條件影響包括洪水期、平水期和枯水期三種工況。
2.2.1 洪水期
該工況下,遠(yuǎn)征化工取水口引水流量為0.067m/s,上游取水口引水流量為0.4m/s,下游取水口引水流量為0.158m/s。模型上游邊界東門河行洪流量835m/s(東門河10年一遇設(shè)計(jì)流量),模型下游邊界東門河水位2.26m。
2.2.2 平水期
各取水口流量同洪水期。模型上游邊界東門河流量100m/s(根據(jù)東門河下游擋潮閘日常排水流量求得),模型下游邊界東門河水位1.30m(東門河常水位)。
2.2.3 枯水期
各取水口流量同洪水期。模型上游邊界東門河流量10m/s(枯水期東門河上游回歸水量),模型下游邊界東門河水位0.97m。
2.3.1 洪水期
根據(jù)模型計(jì)算成果可見(jiàn),洪水期工況下,本工程取水口處東門河航道以縱向流速為主,河道中心處縱向流速最大,最大值0.86m/s;取水口處最大縱向流速為0.46m/s,支撐基礎(chǔ)附近最大縱向流速為0.51m/s;取水口處最大橫向流速為0.06m/s,支撐基礎(chǔ)最大橫向流速位于取水口最外側(cè)上游附近,最大值0.23m/s。
圖4 洪水期取水口處縱向流速圖
圖5 洪水期取水口處橫向流速圖
2.3.2 平水期
根據(jù)模型計(jì)算成果可見(jiàn),平水期工況下,取水口處東門河航道以縱向流速為主,河道中心處縱向流速最大,最大值為0.17m/s;取水口處最大縱向流速為0.12m/s,支撐基礎(chǔ)附近最大縱向流速為0.14m/s;取水口處基本無(wú)橫向流速,支撐基礎(chǔ)附近最大橫向流速為0.06m/s。
圖6 平水期取水口處縱向流速圖
圖7 平水期取水口處橫向流速圖
2.3.3 枯水期
根據(jù)模型計(jì)算成果可見(jiàn),枯水期工況下,取水口處東門河航道以縱向流速為主,河道中心處縱向流速最大,最大值為0.012m/s;取水口處基本無(wú)縱向流速,支撐基礎(chǔ)附近最大縱向流速為0.14m/s;取水口處基本無(wú)橫向流速,支撐基礎(chǔ)附近最大橫向流速為0.01m/s。
圖8 枯水期取水口處縱向流速圖
圖9 枯水期取水口處橫向流速圖
由以上計(jì)算結(jié)果可知,遠(yuǎn)征化工取水口工程在洪水期、平水期、枯水期工況下,最大縱向流速均未超過(guò)3m/s,最大橫向流速均未超過(guò)0.3m/s,對(duì)東門河航道水流條件及通航安全影響較小。
本文采用二維水動(dòng)力模型對(duì)遠(yuǎn)征化工東門河航道取水口位置處流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬,計(jì)算結(jié)果表明,模型能夠較好地反映水流流速、流向等通航水力要素變化情況,該方法可作為航道主管部門審批類似工程的技術(shù)支撐。