沱浍河航道临涣镇段整治方案数学模型研究

孙刘林

（安徽省交通科学研究院，安徽 合肥 230000）

沱浍河航道整治工程临涣镇段左岸为临涣镇镇区，航道自上而下分布有临涣里桥（整治后改建为人行桥）、临涣码头桥（整治后改建为人行桥）、青阜铁路桥（原址改建上行线），现状河道呈连续“S”型弯道，弯曲半径仅为200m，需对该弯道进行整治。为分析不同整治方案的整治效果，现建立工程河段二维平面水动力数学模型，对弯道的水流流场以及横向流速、回流强度等水流指标进行研究分析。

1 方案设计

根据河道现状及航道设计标准，本阶段设计三个方案进行比选。

方案一：本方案航道线路利用部分老河道平顺布置，切除两岸部分滩地，能够保证临涣码头桥位于航道直线段上，桥梁法线与航道中心线夹角为1.5°。

方案二：本方案避开文物保护区，航道线路靠浍河右岸布置。不涉及文物保护区；但临涣码头桥位于弯道上，桥梁法线与航道中心线切线夹角为8.8°。

方案三：本方案航道线路充分利用现有河道尽量少占用两岸滩地。但临涣码头桥位于弯道上，桥梁法线与航道中心线夹角为5.2°。

2 模型建立及参数选择

2.1 计算范围及网格尺寸

数学模型模拟计算的范围选取本次航道整治工程起点上游1km 处，下游为临涣节制闸处，全长约32km。地形采用实测1:2000 河道地形，并考虑航道整治实施对地形的影响。模型采用三角形网格，并对航道区网格进行加密，加密区域网格大小为5m，其余区域网格尺寸为5-20m 之间，网格总数为92751 个。

2.2 糙率的选择

2.3 计算方案与工况

根据浍河河道水文特征并结合本次航道整治工程的目标，选取最不利工况（最高通航水位条件）模拟计算该段航道不同方案下航道内的水流条件。

图1 临涣镇段航道整治方案布置示意图

3 整治效果分析

方案一工程实施后，在最高通航水位下，主流位于新开挖航槽内，航道区流速较平顺，航道范围内无回流产生。新开挖航槽内航道流速大小为0.9～1.10m/s，滩地流速在0.10～0.25m/s 左右，航道内纵向流速在0.85～1.05m/s 之间。水流流向总体与航道走向基本平行，流速与航道线夹角在0～10°之间，航道区存在较小的横向流速。由于航道线靠河道左岸布置，右岸包河来水对航道的造成的横流较小，回流流态较好，满足航道安全通行的要求。

方案二实施后，航道平均流速大小为0.8～1.05m/s，航道内纵向流速在0.70～0.90m/s 之间。在包河汇流口及下游新开挖航道与老河道交口，由于受包河来水及老河道来水的影响，水流顶冲航道，航道横向流速较大，包河汇流最大横向流速约为0.6m/s，下游新开挖航道与老河道交口最大横向流速约为0.45m/s。

方案三实施后，航道平均流速大小为0.75～1.00m/s，航道内纵向流速在0.70～0.90m/s 之间。由于航道稍弯曲，水流流向与航道走向存在一定的夹角在0～30°之间，航道区最大横向流速约为0.4m/s。

4 方案比选

图2 方案一后临涣里桥～青阜铁路桥段切滩后河道流场分布

图3 方案二后临涣里桥～青阜铁路桥段切滩后河道流场分布

图4 方案三后临涣里桥～青阜铁路桥段切滩后河道流场分布

通过对临涣镇段航道方案一、方案二、方案三三种工况下河道的水流流场模拟可知：

从工程对河势影响角度而言，三个方案实施后均能提高了河道的行洪能力，对河道水位、流场等变化相差不大；但方案二切滩后，河道中心形成长条形孤岛，对河势影响较大。从通航角度而言，方案一航道顺直靠近河道左岸，航道弯曲半径较大，直线段长度较长，弯道的纵向流速及横向流速均较小，通航水流条件较好，有利于船舶的安全通行。该弯道为连续反弯段航道，航道上下游约束条件较多，需增加航行安全系数，综上，临涣镇段航道整治方案采用方案一较为合适。

5 结论

数学模型计算结果表明：方案一实施后，弯道的纵向流速及横向流速均较小，通航水流条件较好，有利于船舶的安全通行；对河势影响较小，满足水利部门的管理要求，有利于后期桥梁改建工程的实施。