码头工程防洪评价方法与探讨

赵 博，朱 梅，赵家祥，李雪凌，毕玲玲

(安徽农业大学工学院，安徽 合肥 230036)



码头工程防洪评价方法与探讨

赵 博，朱 梅，赵家祥，李雪凌，毕玲玲

(安徽农业大学工学院，安徽 合肥 230036)

以某砂石水运码头工程防洪评价报告编制为例，对既没有水位资料，又没有设计流量的断面,利用内插值法推算出工程断面的设计洪水位；对工程所在河段既没有实测水文资料，也没有实测横断面的资料,采用曼宁公式推算工程断面处设计流量；选用陆浩公式作为码头工程雍水分析计算的公式；采用纵向稳定系数、横向稳定系数、断面宽深比三个指标分析了河势影响稳定性。为类似工程防洪评价报告的编制工作提供参考。

码头；防洪评价；方法

随着我国经济的快速发展，我国交通运输业也在持续快速的发展，有关水运码头建筑物的修建不断地增多。码头工程的修建减小了河道断面的有效过水断面面积，使得码头上游水位壅高，影响河道的行洪安全，并且洪水对码头和岸坡产生冲刷，危及码头安全。按照水利部2004年颁发的《河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则(试行)》(以下简称《导则》)的规定，需对涉河码头进行防洪影响评价。防洪评价计算是防洪评价报告重要组成部分[1]。本文以某砂石水运码头工程防洪评价为例，对水文分析计算、壅水分析计算、河势影响分析计算内容做了具体的介绍，阐述了分析计算过程中遇到的问题，并根据工程实际情况提出了解决问题的方法。

1 工程概况

某砂石水运码头工程位于和县境内的滁河右岸(古河和赤镇之间)，工程占用岸线约51m，建设1个300 t级(兼顾500 t级)散货进出口泊位，设计代表船型主要参考《滁州港总体规划》中滁州港预测到港船型，设计运量年出口砂石50万 t。鉴于工程所在位置河槽较狭窄(约24 m宽)，为不占用主航道，码头采用挖入式港池、趸船浮码头型式，前沿线布置在距离堤顶42 m的位置，与水流流向和等深线走向基本一致，趸船后方上游端与后方道路连接，下游端通过皮带机与后方进料漏斗相连。码头船台高程：14.15～13.89 m，码头挡土墙顶高程：8.20 m，所在堤防堤顶高程：14.15 m，所在滩地高程：6.0～7.0 m，其设防标准为20 a一遇洪水。

2 水文分析计算

水文分析计算的内容主要包括设计洪水位和设计流量的计算。

2.1 工程断面设计洪水位的计算

一般情况下，对于有充分水位资料的断面，可以通过对水位频率分析的途径推求符合指定频率的设计洪水位；对于没有实测和调查水位资料的断面，可以根据设计流量及断面资料，按恒定均匀流及非均匀流公式用试算法求解[2]；对于既没有水位资料，又没有设计流量的断面，目前还没有一套切实可行的方法来计算设计洪水位。

2.1.1 计算方法

笔者根据已有的工程经验，对既没有水位资料，又没有设计流量及断面资料，根据实际工程情况，总结出了类似工程情况的计算方法：根据工程河段上、下游控制点的设计洪水位成果，并结合河段河势推算工程断面设计洪水位。具体计算过程如下：

根据《导则》要求，结合河段情况，防洪评价的计算条件采用码头所在河段的规划防洪标准(20 a一遇)，经过调研，码头工程所在的滁河干流自古河镇以下，河床比较平缓，并且根据实测码头工程河段1：1000地形测图，码头工程河段航槽比较明显，除个别河段外河道深泓线基本没有变化，说明河道比较稳定，水流造床作用微弱，河段河势稳定，所以古河和赤镇之间水面比降是几乎稳定不变的，因此，可根据滁河干流各主要控制点20 a一遇设计洪水位成果，以及码头工程与古河、赤镇设计水位控制点之间的距离，利用内插值法推算出工程断面的设计洪水位。

2.1.2 计算结果

根据上述计算方法，推算出工程断面的设计洪水位，结果为13.27 m，详见下表1。

表1 滁河干流各主要控制点20年一遇设计洪水位 m

2.2 工程断面设计洪水位下相应流量的计算

设计流量的推算方法主要有以下三种：(1)水文统计法，适用于大中河流，具有一定时间长度的实测资料，最好还有调查到的特大洪水资料；(2)地区性公式、暴雨径流的推理公式，适用于中小河流，难于搜集到实测洪水资料，但可以搜集到降雨资料或地区性水文资料情况；(3)相关分析法，对于工程断面附近资料较少，但相邻地区或河段有较多资料的，可应用相关分析插补、延长水文资料系列。

2.2.1 计算方法

由于码头所在河段没有实测水文资料，也没有实测横断面的资料，只有工程总平面布置图，无法使用上述三种方法。笔者根据已有工程经验总结出类似工程情况下的计算方法：(1)首先利用工程总平面布置图上标出的高程和比例尺，手动测量平面图上每两个高程点位之间的水平距离，利用Excel表格绘制出工程处河道横断面图；(2)再结合已计算出的工程断面设计洪水位等，采用曼宁公式推算工程断面处设计流量。具体计算过程如下：

1)横断面图的确定

因为码头工程阻水的部分主要是浆砌石挡墙、皮带机和卸料漏斗，所以，选择过浆砌石挡墙、皮带机和卸料漏斗的横向河道作为横断面的位置。

根据码头总平面布置图(比例为1:1000)，以码头工程所处横断面的左堤为坐标原点(如图1)，依次向右，每隔一段距离，手动测量出每两点之间的水平距离，两点间的平面标高已知，借助Excel表格绘出横断面图。

2)设计流量的计算

根据《公路工程水文勘测设计规范》(JTG-2002)，当调查的历史洪水位处于水面比降均一、河道顺直、河床断面较规整的稳定均匀流河段时，可按曼宁公式计算设计流量[3]，根据调研以及上述分析可知，本次采用曼宁公式计算设计流量是合理可靠的。

曼宁公式为：

Q=(1/n)A×R2/3×I1/2

(1)

式中：A为断面面积m2；n为河床糙率，采用0.02；R为水力半径(m)；I为比降，取1/30 000。

2.2.2 计算结果

横断面图的确定：

设计流量的计算：利用已知的设计洪水位、横断面图，经计算，20 a一遇设计水位13.27 m对应的流量为1 179.10 m3/s。

3 壅水分析计算

壅水分析计算包括阻水情况、壅水高度和壅水长度的分析计算，码头工程壅水计算没有专门的计算公式，对于中小河流，做数学模型和物理模型均较繁琐，通常是采用桥梁壅水经验公式进行计算[4]。

3.1 计算公式的选择

桥梁壅水经验公式类型很多[4]，其中陆浩公式是根据我国模型试验和40余座桥梁调查资料，经过多年不断完善和检验而制定的，该式适用于各类跨河桥梁，目前已被列入最新《公路工程水文设计指南》推荐使用的公式。杨春瑞把陆浩公式与其他公式在码头工程壅水计算的应用进行了比较，发现陆浩公式更加适用于码头工程的壅水分析计算[5]。因此，本次选择陆浩公式作为雍水分析计算的公式。

陆浩公式：

(2)

式中：ΔZ为桥前最大壅水高度，KN为定床壅水系数，与工程前后断面流速变化有关；KY为与工程后桥下水流流态有关的系数；Vm为冲刷后桥下的平均流速(m/s)；Vom为天然状态下桥梁处平均流速(m/s)。

3.2 计算结果

3.2.1 阻水面积计算

本码头工程阻水的部分主要是浆砌石挡墙、皮带机和卸料漏斗。经计算设计洪水位条件下阻水面积约为25.39 m2。工程前设计洪水位条件下的过水断面面积为1 197.40 m2，阻水面积百分比为2.12%。

3.2.2 壅水高度计算

根据陆浩公式，码头上游最大壅水高度计算值为3.26 mm；根据《桥渡水文》：桥下壅水高度可根据该规范按下述方法确定：一般采用最大壅水高度的1/2；当河床坚实不易冲刷时，可采用桥前最大壅水高度值。根据实际情况，码头处局部壅水高度取1/2=1.63 mm。

3.2.3 壅水曲线长度

壅水曲线长度近似估算式[6]为：

L=2ΔZ/I(3)

式中：I为计算河段水面比降；ΔZ为码头上游最大壅水高度，经计算得L=48.9 m

表2 计算结果表

4 河势影响分析计算

4.1 河势影响稳定性评价指标

由于工程所在河段缺乏不同时期的河道纵横断面资料，对河道的纵横向变形较难作出定量的分析判断，笔者根据工程河段河床质组成、河道比降以及实测断面的宽深关系，参考《桥渡水文》相关理论和判断指标，对工程河道稳定性作出定性描述[7]。其计算公式为：

式中：i水面比降(mm/m)；Q造床流量(m3/s)；B造床流量时的河宽(m)；造床流量时的平均水深(m)。

4.2 河势影响稳定性分析计算

经计算，工程河段纵向稳定系数为0.6，横向稳定系数为2.0，断面宽深比为1.36，根据《桥渡水文》判断标准，定性推断工程附近河段属稳定河道。工程河段稳定分析评价指标计算成果见表3。

表3 工程河段稳定分析评价指标计算成果表

5 结语

水文分析计算、壅水分析计算、河势影响分析计算是防洪评价的重要内容，要想准确地分析计算这部分内容，首先要收集足够的水文地质资料，而且收集到的资料要具有可靠性、 合理性和一致性，其次要确定合理的计算方法。然而，在防洪评价报告编制过程中经常会遇到资料不足、计算方法不合理的情况。笔者以某砂石水运码头工程防洪评价报告编制为例，在防洪评价计算部分编制过程中遇到资料不足、计算方法不明确的情况下，根据工程实际情况，并结合工程经验给出了计算方法。 具体问题及解决方法总结如下：

(1) 设计洪水位计算的工程条件：既没有水位资料，也没有设计流量及断面资料。计算方法：根据工程河段上、下游控制点的设计洪水位成果，并结合河段河势，利用内插值法推算工程断面设计洪水位。

(2)设计流量计算的工程条件：工程所在河段没有实测水文资料，也没有实测横断面资料，只有工程总平面布置图。计算方法：首先利用工程总平面布置图上标出的高程，手动测量平面图上每两个高程点位之间的水平距离，利用Excel表格绘制出工程处河道横断面图；然后根据工程断面设计洪水位，采用曼宁公式推算工程断面处设计流量。

(3)码头工程壅水计算公式的选择：陆浩公式已被列入最新《公路工程水文设计指南》推荐使用的公式，不仅适用于各类跨河桥梁的壅水分析计算，也同样适用于码头工程的壅水分析计算，因此，建议选陆浩公式作为码头工程壅水分析的计算公式。

(4)河势影响稳定性分析计算的工程条件：工程所在河段缺乏不同时期的河道纵横断面资料，对河道的纵横向变形较难作出定量的分析判断。计算方法：根据工程河段河床质组成、河道比降以及实测断面的宽深关系，参考《桥渡水文》相关理论和判断指标，采用纵向稳定系数、横向稳定系数、断面宽深比三个指标对工程河道稳定性作出定性描述。

文章重点阐述了水文分析计算、壅水分析计算、河势影响分析计算过程中遇到的问题及相应的解决方法，为类似工程防洪评价报告的编制工作提供参考与借鉴。

[1]徐新华，夏云峰．防洪评价报告编制导则研究及解读[M].北京：中国水利水电出版社.2008，11-12.

[2]魏国泉．无资料地区设计洪水位的计算方法[J].电力勘测.1997，52-55.

[3]JTGC 30-2002．公路工程水文勘测设计规范[S].北京：人民交通出版社.2002，17-18.

[4]尚志宏，王智，鞠晔．河道管理不同类型建设项目防洪评价[J].东北水利水电.2009，37.

[5]杨春瑞．码头工程防洪评价中壅水计算公式浅析[J].工程与建设.2012，26(1)：54-56.

[6]张佰战，黄美兰，孟军涛．桥梁壅水曲线长度的计算[J].铁道建筑.2005(5)：18-20.

[7]钟鸣辉．河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制若干问题探讨[J].中国水利.2013:40-42.

P641.2

A

1004-1184(2016)06-0139-03

2016-10-17

赵博(1990-)，男，安徽蚌埠人，在读硕士研究生，主攻方向：水文水资源及农田水利。