浅析河道修建码头对其防洪能力的影响

马宏琦

宝鸡市凤县自来水公司 陕西 宝鸡 721700

1 所需条件和方程离散

1.1 初始条件

采用河段上下游边界的水位就是初始水位，运用线性插值来得到各计算单元的初始水位：初始的流速场为0m/s。

1.2 边界条件

上游的边界条件还有下游边界条件均采用水位边界条件，而控制断面则是河道实测断面，并运用线性插值来推求边界水位[1]。

1.3 方程离散

浅水方程的离散主要分为空间离散与时间离散。空间离散采取有限元法：运用Galerkin加权有限元法将浅水方程离散成为非线性的代数方程，然后在采取Newton原Raphson迭代法来进行求解。而时间离散则是采取非线性的有限差分法来进行求解[2]。变量的表达式为：

在这个公式中常数是a、b、c，c是1.5。在该方程中采取全隐式的求解方法，解法就是Newton原Raphson非线性迭代。

2 数学模型的验证和计算

2.1 对模型验证

依据河道修建码头的过程在的位置和码头修建完工以后可能会引发实际的水流的情况，以及河道水流的条件来选取计算所需的区域，还可以采取三角形网格离散的方法来计算所选取的区域而网格的大小，还有疏密情况，就可以了解到河道还有河势的宽窄的变化情况，同时通过网格也可以发现，码头附近的网格是最密的。运用之前高洪水期间的流量数据以及实测的水位，在模型验证中进行使用。在验证的结果验证图的显示中都可以了解到，河床糙率还有湍流交换的系数主要是按照实测的水面线进行的，也充分地考虑到了码头附近的地形特征，并且依据爱因斯坦的方法来进行确定：主河槽糙率是0.025，左右河滩的糙率的取值为0.045，主河槽湍流的交换系数是200，码头附近的糙率是0.05；码头附近的湍流交换的系数是200，而左右河滩的湍流交换的系数则是30[3]。

2.2 河道防洪能力的分析和计算

运用验证成功后的数值模型，来对码头所处于的码头附近以及河段区域内的水流流场分布进行分析和计算。

设计是在洪水位11.27m、流量为339m3/s这样的条件之下进行：

（1）最大的流速区发生在靠船墩的右侧，最大的流速近似值接近到0.23m/s，所对应的范围大概约为40m2为到达河流的对岸，并使河流对河岸没有冲刷的影响[4]。

（2）在靠船墩的右边，水流的流速增加，流速增大的区域范围是从船头的右前方大概80m的地方开始向下游出模拟区域，宽度大概是100～120m。其中的流速达到了0.21m/s的区域的范围大概是45m，在靠近岸边的一面，也会有夜歌水流流速稍微增加的一个区域，在这个区域的范围是从码头的前口起沿的码头的左边向下游一直到码头尾后面大概10m，宽度大概是10～15m的位置。

（3）水流流速的影响范围基本上和水位的影响范围相对应，水位的最大上升的幅度为0.0030m，壅水高度为0.0028m的范围内大概是30m2。

3 码头修建应该注意的事项

通过上面关于河道修建码头对防洪的影响的内容分析，我们了解到河道在修建码头之后，会占有河道上面一定程度的过水断面，这样就会引发冲刷、壅水还有流态改变等河道上产生的问题，对于上游洪水下泄会造成不利的因素，进而就会使在河道两岸的堤防安全受到严重的威胁。因此，为了保证河道两岸的堤防安全，在对码头进行建设的时候一定要注意以下的事项：

（1）为了减少码头修建而所占用的河道的过水断面，减少因为码头修建而造成的壅水过高等问题，进而使得码头的修建影响到河道的防洪能力，码头的结构型应该尽量去采取高桩梁板式的结构。

（2）在对码头选取修建地址的时候，应该去选取在河道顺直同时河宽比较大的河岸，以此来避免因为流态的改变而对河岸造成冲刷，进而对河堤的安全造成影响。

（3）为了保证所修建的码头的附近的河道堤防的安全，应该对所选码头的地址的上下游的一定范围内的堤防进行护岸的有效处理。

4 结束语

综上所述，虽然河道修建码头会使得河道内的水流的流场引起一定的改变，但是，改变还是比较小的。上游的流速处于相对平稳的时候，水流 在受到码头的阻力影响以后，水位太高而流速开始减小；当码头的两侧的流速稍微增多以后，过码头以后的流速又会逐渐趋于平稳的态势，水流的流态以及水流的流速分布并没有什么特别明显的变换，对其防洪的影响并不大。而在岸坡桩基的工程中，在岸坡桩基钻进的过程中，对于钻孔周边的地基会产生扰动，让扰动带中的底层渗透性加大，在高水位的条件之下，很有可能会形成管涌，进而对堤坝的安全造成威胁，因此，一定要对堤防的稳定性进行深入的研究，进而确保码头修建工程的安全性和可靠性。