龙潭港港区工程群建设防洪累积影响研究

2015-04-07王华曹双罗红雨

水利水电快报 2015年12期

关键词：河势龙潭港区

王华曹双罗红雨

(长江水利委员会长江下游水文水资源勘测局，江苏南京210011)

龙潭港港区工程群建设防洪累积影响研究

王华曹双罗红雨

(长江水利委员会长江下游水文水资源勘测局，江苏南京210011)

为全面了解南京龙潭港建港以来河势的变化，以及水流运动状态的变化情况，对工程建设对河势演变及长江防洪、行洪影响开展了累积评估工作。结果表明:工程的建设从某种程度上起到了加固险工段，进一步稳定龙潭水道河势的作用，但局部未开发利用段河势及岸坡稳定仍相对薄弱;工程段河槽对主流的约束能力有所增强，高低水位下及不同水文年该段主流线摆幅有明显减小，河道泄洪能力更为通畅;由于工程群的累计阻水效应，同流量级下水位略有壅高。研究结果为后期龙潭港区的建设，现有护岸工程的监测、加固、维护提供了科学依据。

港区;河势演变;防洪工程;龙潭港;南京江苏

1 概述

龙潭港区位于南京长江大桥下游35 km处，距新生圩港约15 km。龙潭港区是长江流域重要的航运中心，是长江上下游重要的港口转运点之一，是南京重要的对外、对内港区，未来将成为现代化、多功能的江海型重要枢纽港口。

南京港开发采取分期、分功能区建设的方式。龙潭港区共分为7期工程进行建设，总建设期安排在1998年至2020年间。龙潭港港区1，4，6期工程建设为箱泊位，港区3，5期工程建设为散货泊位，港区2，7期建设为通用泊位。其中港区1～5期工程现已建成投产，后期开发的相关研究正在进行中。为全面了解龙潭港建港以来河势的变化，以及水流运动状态的变化情况，同时，为后期龙潭港区的建设，现有护岸工程的监测、加固、维护提供科学依据，也为有关单位对龙潭港的发展和建设提供决策参考，本文对龙潭工程群的累计防洪影响进行了研究。

2 龙潭水道概况

龙潭水道的两端分别由西坝和三江口节点控制，平面形态向南凹进，长约21.3 km，主流紧贴凹岸下行，深槽紧靠右岸，至弯道末端经三江口挑流过渡到左岸的陡山节点进入仪征水道。1985年后南京河段实施全面整治工程，西坝拐头和下游三江口两处节点得到有效保护，兴隆洲左汊实施堵汊并岸。目前龙潭水道的河势基本稳定。

3 各期工程情况

(1)港区1期工程。1998年6月由国务院批准建设的南京港龙潭港区正式开工，港区1期工程总吞吐量为52万标准箱(TEU)。开发码头岸线总长910 m，引桥5座，后方陆域纵深1 000 m，陆域面积0.91 km2，建设堆场0.38 km2，道路0.15 km2，生产、生活辅助设施建筑面积0.03 km2。港区1期工程于2000年投入运营，目前后方有建成疏港公路，港区货物公路中转运输畅通。

(2)港区2期工程。港区2期通用泊位工程位于1期工程东北侧，紧邻1期工程，开发岸线长580 m，陆域面积为0.40 km2，总投资概算5.6亿元。建设3万，4万t级及5 000 t级通用泊位各一个，设计年吞吐量190万t。

(3)港区3期工程。3期散货泊位工程位于港区用地西南端，华能电厂东北侧，在八卦洲下游约1.2 km处。3期工程总投资7.1亿元，建设3.5万t级、5万t级散货泊位各一个，设计年吞吐量达880万t，开发岸线长480 m，陆域平均纵深约800 m，形成陆域面积约0.39 km2。

(4)港区4期工程。4期集装箱泊位工程规划位于1期已建工程上游，建设集装箱码头及堆载区，开发岸线长1 400 m，陆域平均纵深1 000 m，占地面积约1.40 km2。

(5)港区5期工程。港区5期工程地块紧靠3期工程地块，规划建设3.5万t级与5万t级散货泊位，开发岸线长1 070 m，陆域平均纵深800 m，占地面积约0.86 km2。

(6)港区6期工程。6期工程紧靠4期工程，规划建设集装箱码头及堆载区，开发岸线长1 365 m，陆域平均纵深接近1 000 m，占地面积约1.25 km2。

(7)港区7期工程。7期工程地块位于港区最北端，规划建设通用泊位，开发岸线长940 m，陆域面积为0.45 km2。

4 前期主要研究成果

(1)南京河段及龙潭水道经过整治后为龙潭港区的开发建设提供了宏观稳定的河势条件。

(2)1985年以前工程段以自然演变为主，在实施兴隆洲左汊堵塞以及右岸陆续河道整治工程后，工程段的宏观河势基本趋于稳定、表现为右岸线微冲微淤，深泓摆动趋小，深泓纵剖面冲淤基本平衡，工程段近岸河床趋于稳定，为码头工程建设提供了基本的河床条件。但是近岸岸坡相对较陡，影响到岸线的开发和利用，应予以关注。

(3)通过局部工程段的河床稳定性分析和水流情况分析，工程段下段岸线属于龙潭弯道受冲的凹岸，岸线已经得到一定程度的有效守护，但工程段位于主槽水流和心滩幅槽水流汇合段的江岸，因此该江段受水流冲刷作用的强度明显大于上段，从局部来看，NJA22-1～NJA23断面之间受冲强度最大。

(4)数学模型计算成果表明，工程修建后对水位的变化值及变化范围的影响均不太大。在防洪设计水位计算工况下，单个工程方案实施后，码头局部水位壅高最大值为0.088 m，水位降低最大值为0.051 m，流速增加最大值码头区为0.06 m/s，流速减小最大值码头区为0.24 m/s，上游崩窝区的流速变化相对较大，总体来看，对长江行洪、河势稳定无明显不利影响。在对崩窝进行整治，将近岸流场恢复平顺状态的前提下，工程的建设对长江防洪、行洪影响将会更小。

(5)工程段各地层土质良好，根据地质资料所进行的抗滑稳定复核计算结果表明，工程段堤防最小安全系数大于规范的要求，抗滑稳定性满足要求。

(6)工程建设对防汛抢险、水文观测基本没有影响。工程建设不会对防洪工程和防汛抢险工作产生明显的不利影响。

5 数学模型计算研究

为了分析工程群实施对防洪的累计影响，此次计算模型选择DHI公司下的MIKE21平面二维水流运动数学模型进行专门的研究，该模型采用三角网格。采用非结构网格中心网格有限体积法求解，其优点为计算速度较快，非结构网格可拟合复杂地形。

5.1 基本资料及计算工况

5.1.1 地形

工程前地形采用2006年6月实测1∶10 000资料，工程局部水下地形采用2005年4月1∶2 000资料。

工程后地形采用2013年7月(拐头-泗源沟)与2014年1月(南京潮位站-拐头)实测1∶10 000资料，工程局部水下地形采用2013年4月1∶2 000资料。

5.1.2 水流

采用与2005～2006年地形资料对应的两次测验资料，以及与2013～2014年地形资料对应的两次测验资料进行率定验证。

5.1.3 计算工况

对龙潭码头群工程建设后的影响进行了评估计算，研究工程建设后水位、流场的对比变化，以评估工程建设前后对长江防洪、河势是否有不利影响，以及影响的程度和范围。

各期工程建设前，对近岸河床进行局部疏浚清理，对局部岸坡进行削坡抛石守护。模型计算时主要考虑各期工程疏浚开挖、削坡挖泥河槽断面形态的改变、码头工程建设占用的河道面积，以及这两种综合情况下水位、分流比、水流形态的改变情况。

5.2 模型计算成果

为定量分析工程建设引起的水位、流速变化，在工程段附近布置了6个断面，每个断面提取3个对比点(共18个)，对对比点工程前后水位、断面流速、主流线变化以及分流比变化进行了对比分析。

(1)水位对比。分析表明，工况1下，龙潭港区工程群建设前后引起的水位壅高幅度很小，沿程自上而下由于河道的束窄幅度略有增大，5号断面处引起的水位最大壅高为5 mm。

工况2及工况3下由于港区码头群建设占用的相应水位下河道过水面积比例更小，引起的水位壅高幅度更小，工况2下水位变化幅度不超过4 mm，工况3下水位变化幅度不超过2 mm。

(2)断面流速分布对比。分析表明，高水位下3号断面以上主槽部位略有淤高，右岸高滩部位流速减小明显，最小达到0.4 m/s;4号断面主槽及左岸河滩有明显冲刷下切，左侧略有淤高，右岸变化不大，高水位下主流流速略有增大(平均增大0.1 m/s左右)，两侧滩地尤其北岸河滩流速明显降低，水流集中归槽明显;5号断面位于工程区末端，左岸滩地平均冲刷达到5 m，由于断面过流面积明显增大，断面流速分布都呈不同程度减小;6号断面位于工程区下游约3 km，河道地形变化不大，但断面流速受上游右岸工程区挑流影响，右岸及主泓流速略有降低，左岸流速略有增大。中、低水位工况下，工程群建设前后引起的流速分布和高水位类似，但幅度要小。

(3)主流线变化。整体来看，龙潭港区开发建设前后主流线走向摆幅很小，基本保持稳定。相对变化较大的主要在两段，第1段位于上弯道段，工程建设后该段主流略有左偏，其中低水位工况下摆动幅度相对较大，达到180 m，占河宽的比例约为12.5％，但工程建设后3种工况下主流线更趋稳定，摆幅由原先的120 m降低到60 m。主流变幅较大的第2段位于龙潭港区段龙潭河口段，低水位(工况3)下，主流右偏130 m。其余部位主流线变化相对较小。总体而言，工程建设后高、中、低水位下主流线走向摆幅进一步趋小，水流集中约束归槽明显。

(4)分流比变化。防洪设计水位计算工况下，由于工程建设，上游八卦洲进左汊分流比减小0.8％，中水位工况下左汊进口流量减小幅度约0.7％，低水位下左汊进口分流比减小0.9％。

5.3 综合分析

根据模型计算的成果，龙潭港区建设后，由于码头群的累计阻水效应，不同流量下都会引起水位的壅高，工程段水位壅高的幅度和流量呈正比，防洪设计水位下工程段水位普遍壅高幅度3～5 mm，与单个码头相比壅水发生在整个工程河段而不是仅仅限于码头局部高滩区域，这与相关的研究成果相吻合。

由于在建设过程中对右岸顶冲段都进行了不同程度的抛石守护，因此工程前后右岸冲淤不大，冲淤主要在深槽部位，同时右岸岸壁的强化下游段对岸兴隆洲左缘受到一定幅度的冲刷下切，这与河道演变与治理的一般规律相吻合。工程建设后，左、右岸近岸流速呈不同幅度减小，而主流区流速增大明显，幅度随流量减小而减小，说明河槽对水流的约束能力增强。工程建设后，该段深泓贴近右岸下行的态势不变，但是高、中、低水位下主流的摆动幅度明显减小，进一步说明工程本身的实施及相关防护措施的实施对该段主流的稳定起到了有利作用。