资源描述
11概述11.1 项目背景11.2 评价依据11.2.1 法律法规 10700 m3/s,在调查期内排第一位、第二位，历史洪水位重 现期均按调查起讫年法确定。根据19522008年实测洪峰流 量和历史洪水，排频计算，经P-IH曲线适线得到虎山水文站 的设计洪峰流量。设计洪水成果见表4.4,频率曲线见附图4. 2、4. 3o表4. 4设计洪水成果表站名集水面积(km2)均值CvCs/C设I洪峰流量(m3/s)2%5%10%石镇街站83674565.90.463.01020086307370乐安河设计洪水水而线分析成果51000.472.71137397008308虎山站63744482.40.4753.01030086207330乐安河设计洪水水面线分析成果45960.483.01059488787530为分析设计洪水的合理性，采用上下游成果对照和其方 成果对比，通过对照，本次成果上下游统计参数合理，与上 饶水文局1996年的乐安河设计洪水水面线分析成果对比，虎山站成果两者相差较小，石镇街站成果相差较大，主要是 采用资料系列造成的。本次分析资料系列较长，系列中包括 了丰平枯，代表性较好，设计洪水统计参数、计算成果更合理。4.1.4.2码头断面设计洪水分析码头在石镇街水文站下游2.2km处，中间有一支流大黄 水在码头旁汇入，汇入面积6km:由于码头断面的流域面积 和石镇街水文站流域面积的差别很小，码头断面设计洪水成果直接采用石镇街站的成果，见表4. 5o表4. 5 码头断面设计洪水成果表序号设计洪水频率石镇街站设计流量 (m3/s)码头断面设计流量 (m3/s)120年一遇86308630210年一遇737073704.L4.3排洪沟设计洪水根据群英水库洪水调度原则，排洪沟最大接纳水库泄洪 流量为44.7 m3/s (百年一遇洪水)，在二十年一遇洪水时水 库不泄洪，排洪沟只有自然流域产生的洪水，由于流域无实 测水文资料，我们移用相同水文区内的面积相当的水文站实 测洪水设计成果。乐安河支流洎水上游支流直源水文站建于 1982年，流域面积9.2kn)2,采用直源站实测年最大流量系列 进行频率计算，得直源站年最大流量设计成果，设计参数为: 均值二25.5, Cv=O. 79, Cv/Cs=2. 2,直接采用面积比的2/3次 方将直源水文站各频率的设计洪峰流量比拟至排洪沟流域。 直源站年最大流量频率曲线见附图4. 12。表4.13采用水文比拟法推求的设计洪峰流量成果表断面面积频率(%)5%10%直源站洪峰流量 (m3/ s)9.265.252. 1排洪沟洪峰流量 (m3/ s)6.049.039.24.2壅水分析计算4.2.1水面曲线法分析河段从石镇街水文站断面到下游黄巢山断面总长 为2. 6km,共布设12个水文分析断面，分别布设在弯道、河 段转折处、工程控制点等位置。按四等水准要求测量高程和 大断面，高程统一采用吴淞基面。同时，进行了分析河段水 下地形测量、野外洪痕和河道情况调查测量，绘制了河道及 周边地形图。水文分析断面布置图见附图4.4。1、起算水位的确定为了分析河道水面线，根据河道情况，选择码头下游 380m处的黄巢山断面作为水面线计算的起算断面。黄巢山断 面水位流量关系采用试算法确定：假设不同流量级的黄巢山 断面水位用柏努利能量方程计算上游石镇街水文站同流量 的水位，根据误差情况调整黄巢山断面水位，再进行试算直 至误差小于等于0. 01m为止，通过试算确定一组不同流量的 黄巢山断面水位即可建立对应石镇街水文站河洪情况下的 黄巢山断面水位流量关系。表4.6黄巢山断面水位流量关系计算成果表流量黄巢山断面 水位计算的石镇街 站水位石镇街站综合 线水位误差178016. 9016.9917. 00-0.01251017. 8918. 0018. 000. 00328018. 8719. 0019. 000. 00410019. 8519. 9920. 00-0.01510020. 8421.0021.000. 00616021.8222. 0022.000. 00750022.7923. 0023. 000. 00900023.7624. 0024.000. 002、水面线推求的基本公式水面线的推求采用能量守恒原理进行，其基本公式为：z, + 幺卜.+*+%.+%上 2g2g 7式中：、匕生一一上、下游断面的流速水头（m）；2g 2gZ上、Z下一一上、下游断面水位（m）；hf、hj上、下游断面间的沿程水头损失和局部水头损 失（m）；沿程水头损失计算采用如下公式：ht=J , LJ = （J 上+J 下）/2下.可式中：7河段的平均水力坡度；L上、下游断面间的间距（m）；n上、n下一一上、下游断面的糙率；R上、R下一一上、下游断面的水力半径（m）；V上、V下上、下游断面的平均流速（m/s）。另外对河槽局部地方有突出变化或障碍物均计算了局部水头损失。（1）河道扩大或缩窄的局部水头损失扩大：&取-0.7；缩窄：g取0.5。（2）桥墩阻力的局部水头损失1取0.18 （圆墩）或0.35 （方墩）（3）支流汇入的局部水头损失（4）弯道的局部水头损失y2 V2/?. =0.05（ 一. + ） 2g 2g3、水面线的计算水面线的计算采用逐段试算法进行，从起算断面开始， 逐段往上或往下推算，试算的步骤是假设一系列所求断面的 水位值，求得能满足能量方程式的Z值，即为所求断面的水 位。由黄巢山断面起算向上试算求得拟建桥河段频率为5%、 10%的现状和建码头后河道的设计洪水水面线。起算水位用 设计流量查黄巢山断面河洪情况下的水位流量关系线得，成果见表4.7o黄巢山断面图见附图4.6。表4. 7水面曲线法起算断面水位流量表设计洪水重现期流量(m7s)水位(m)备注20年一遇863023.5010年一遇737022.70糙率n根据水文站实测资料和98洪水调查资料推求, 取值范围：主槽为0.022-0.03,滩地为0. 035-0.05。洪水水面线计算成果见表4. 7o设计洪水水面线见附图4. 5o从表4.7水面线计算成果可看出，码头后的水面线较建 码头前的水面线在码头断面上游约0.2公里范围内有所抬 高。水面线反映出，频率为5%建码头后码头附近上游水位最 大抬高为0.01m,频率为10%建码头后码头附近上游水位最 大抬高为0. 01mo码头20年一遇水位为23. 61m, 10年一遇 水位为22. 78m。表4. 7码头河段洪水水面线成果表断面编号断面名称河长5%洪水水位(m)10%洪水水位(m)建设前建设后建设前建设后1黄巢山023. 5023. 5022.7022. 702码头下292.723. 5923. 5922. 7722. 773码头下沿365.623. 6023. 6022. 7822. 784483.923. 6023.6122. 7822. 795码头上沿596.523.6123. 6222. 7922. 806码头上734. 823. 6223. 6222. 8022. 8071148.323. 6623. 6622.8422. 8481707. 423. 6923. 6922. 8622. 869桥11971.323. 6923. 6922. 8622. 8610桥上2125. 523. 7323. 7322.8922. 89112303. 223. 7423. 7422.9022. 9012水文站2547. 323. 7423. 7422. 9022. 90422数学模型根据工程建设地点河道情况、工程可能影响范围，选取 码头断面上下长约1150nl的河道，作为二维数学模型和工程 影响计算河道。一、基本原理以有限元素法求解，根据水深平均理论而得之水深平均 二维水流连续方程式及动量方程式如下：连续方程式：dh , (du du oh dh MQ o + /?+ +u + V = 0( J-/ )dt dx dy) dx dy动量方程式:di dih%铲(3-4)dv dv dv 1 dvdz dh tdt dx dy p dy ) dy dy) ph式中，u, V：为水流流速的X, y分量x, y:平面直角坐标t ：时间P ：水的密度g ：重力加速度z ：河底高程h ：水深、4八Jy、：涡动粘性系数(紊流交换):外在曳引力，如底床摩擦、风、克利兹（Coriolis）作用力等若底床剪应力以曼宁公式表示，则可写成1.486*6nV (f /2 +P2)- - COS2曲5sin0pgv ( ，2y/2 22 , c ,.(1/ + v J Ya% sin“_2p/?3，sin 1.486/71/6 Vn 其中，n：曼宁糙率系数C：经验风剪力系数 v a ：风速和方向（力）3：地球自转角速度 力：风向与X轴的夹角1）：地经纬度 1.486：公制到英制单位换算系数如将（3-3）式和（3-4）式乘以h,可得基本动量方程式，其和（3-2）式连续方程为本模式的基本方程:.du . du . du hh + hit + /7V dt dx+1.486/2,/6du dLu 苏+ G铲)+ gh(dz. 6h+ dx dx-(ir + v2 )1； 一二2 cos-2/?msin = 0. dv f dv f dvhn + hit + hvvrdt dx dy p yd2vd2v(dz oh6厂dy) dy)+-7(it2 +/广一二u/sin2/?msin = 01.486/?6 丫pn j忽略风应力和地球自转影响上两式可简略为.duouon hdu (&dhyh + hu + hv - + ry- + gh + dtdxdy p8厂 ，dy )I Oxdx)+一/+/产=。1.486户 6 n (3-5)方程式(3-2). (3-5)、(3-6)分别代表河流中水深平 均的连续方程式、X方向及Y方向的动量方程式。经过上述 假设与估计适当的参数值，控制方程式中的未知数为h、u、 v三个，理论上应可由(3-2)、(3-5)、(3-6)式求解，但在 实际应用时，因边界几何形状有时极为复杂，通常上述偏微 分方程无法求得解析解，因此必须由数值方法求解，模式中 所采用的为伽辽金(Galerkin)有限元素法。二、参数估值1、底床剪应力底床剪应力可以用曼宁糙率n值来表示，一般河道情况采用n值约为0. 020. 05,仍需根据河道床质与滩地情况而定，根据码头建设所在河道情况，乐安河主槽糙率取0.022, 两岸滩地糙率取0. 035-0. 05o2、涡动粘性系数（紊流交换）涡动粘性系数（紊流交换）即在方程式（3-5）、（3-6） 中的Exx、Exy、Eyx、Eyy等参数，表不紊流的交换率，其大小 与紊流强度有关，一般取1000-50000之间。本次分析时取Exx = exy = yx = yy =1000。三、资料衔接和边界条件本次分析时先以水面曲线法计算整个河段的水面曲线, 再根据码头附近的局部河段，选择适当的上、下游控制断面, 以水面曲线法计算结果作为上下游控制断面的边界条件。下 游出口选在黄巢山断面，边界条件为水位，上游进口选在7 号断面，边界条件为流量。具体数据见表4.8。分析网格、材质分区见附图4.6、附图4.7。表4. 8各种计算方案水位、流量表如卜贻女玄旦（、5%863023. 5010%737022.70四、模型验证本模型在信江上饶段、赣江丰城段用实测高水流量成果 进行了验证，流速分布与实测流速分布基本相同，流速误差 不大于0.10m/s,水位误差不大于0.05m。五、计算结果通过计算，建码头后，10年一遇洪水码头上游最大壅水0. 004m,平均壅水0. 0004m； 20年一遇洪水码头上游最大壅 水Q 007m,平均壅水0.0023m。4.2.3成果分析比较两种方法计算结果，采用水面曲线法的壅水值作为 正式成果：10年一遇洪水壅水0.01m, 20年一遇洪水壅水 0. 01m,壅水长度200m。4.3河势影响分析计算基本原理及参数同4.2.2节。4.3.1建码头前后河段流速分布分析图4. 1是20年一遇洪水码头中断面建码头前后流速分布 图，图4.2是20年一遇洪水码头下游45m断面建码头前后流 速分布图，图4. 3是20年一遇洪水码头下游340nl断面建码 头前后流速分布图，图4.4是20年一遇洪水码头上游138m 断面建码头前后流速分布图，图4.5是20年一遇洪水码头 上游552m断面建码头前后流速分布图，对比分析建码头前 后的设计洪水流速成果可知，由于建码头后，左岸滩地人为 填高了，挤占了部分行洪面积，使左岸滩地流速减小，由于 天然情况下左岸滩地流速本来就小，行洪能力有限，建码头 后造成的影响相应就小。从表4.9、表4. 10中数据可知,20 年一遇洪水时，建码头后除左岸滩地流速减小外，主槽流速和右岸流速基本不变，建码头对流速的影响主要在码头区。10年一遇洪水的情况相同。图4.15%洪水码头中断面建码头前后流速分布图水面宽(m)(S/E)泡爆水面宽(m)图4. 2 5%洪水码头下游45m断面建码头前后流速分布图(S/W)冠度图4. 3 5%洪水码头下游340m断面建码头前后流速分布图右岸CtS-Z / qL Q/-X-建码头后 建码头前3 5 2 5 1 N L0050100150200250300水面宽(m)图4. 4 5%洪水码头上游138m断而建码头前后流速分布图(S/3型与右岸丁C CX 0/-x建码头后 一建码头前X050100150200250300350400450水而宽(m)图4.5 5%洪水码头上游552nl断面建码头前后流速分布图水而宽(m)(S/3第蟆表4. 95%洪水建码头前后断面流速表(m/s)断面 编号断面名称左岸滩地流速(m/s)主槽流速(m/s)右岸滩地流速(m/s)建设前建设后建设前建设后建设前建设后1黄巢山0. 350. 352. 172. 170. 650. 652码头下0. 330. 331.831.830. 370. 373码头下沿0. 350. 161. 721. 760. 330. 3440. 100. 231.931. 940. 420.435码头上沿0. 140. 251. 831. 850. 550. 556码头上0. 350. 351. 911. 910.410.4170. 470. 471.831.830.450. 4580.510.511.901.900. 450. 459桥下0. 400. 101.991.990. 320. 3210桥上0. 340. 342. 022. 020.490. 49110. 450. 452. 182. 180. 650. 6512水文站0. 600. 602. 242. 240. 460. 461表4. 1010%洪水建码头前后断面流速表(m/s)断面 编号断面名称左岸滩地流速(m/s)主槽流速(m/s)右岸滩地流速(m/s)建设前建设后建设前建设后建设前建设后1黄巢山0. 290. 291.961.960. 570. 572码头下0. 270. 271.681.680. 290. 293码头下沿0. 290. 081.581.600. 250. 2640. 320. 111. 771. 770. 360. 375码头上沿0. 360. 131.671.690. 480.496码头上0. 280. 281.761.760. 350. 3570.410.411.681.680. 380. 3880.430.431.761.760. 370. 379桥下0. 320. 321.831.830.210.2110桥上0. 270. 271.851.860.410.41110. 370. 372. 002. 000. 560. 5612水文站0.510.512. 052. 050. 370. 37建码头后，由于码头挤占了左岸滩地部分行洪面积，使 断面行洪面积减小，水位略有抬高，码头断面近左岸流速小 于建码头前。除码头区以外河段各分析断面平均流速、近左 岸、近右岸流速建码头前后基本不变。整个河段流速大小分 布与未建码头前基本一致。4. 3. 2建码头前后河段流场分析从20年一遇洪水流场图看出，建码头前后流场分布其 本一致，只有在工程附近范围内有一些差别，由于码头的阻 水作用，在码头下游局部形成一个回流区。附图4.10是20 年一遇洪水工程建设前流场图，附图4.11是20年一遇洪水 工程建设后流场图，图4. 6是20年一遇洪水建码头前左岸 码头区周围流场图，图4.7是20年一遇洪水建码头后左岸 码头区周围流场图，比较图中可知码头区周围的流场在码头下局部形成回流，没有明显的冲岸水流。图4. 620年一遇洪水建码头前左岸码头区周围流场图图4. 720年一遇洪水建码头后左岸码头区周围流场图4.3.3右岸堤防近岸流速流向变化为了了解建码头后右岸近岸水流流向对畲湾联好的影响，我们在计算区内布置了 7个观察点，以观察流向的变化。1-7号观察点分别布置在畲湾联好面向码头一侧。观察点布置见图4.8。通过计算，各观察点流向变化情况见表4. 11、表4.12。表4.11十年一遇洪水观察点流速、流向变化计算表观测 点建码头前流速流向建码头后流速流向流速 变化流向 变化序号流速X分量Y分量流向流速X分量Y分量流向11.06-0. 82
展开阅读全文