淺析河道修建碼頭對其防洪能力的影響

馬宏琦

寶雞市鳳縣自來水公司 陜西 寶雞 721700

1 所需條件和方程離散

1.1 初始條件

采用河段上下游邊界的水位就是初始水位，運用線性插值來得到各計算單元的初始水位：初始的流速場為0m/s。

1.2 邊界條件

上游的邊界條件還有下游邊界條件均采用水位邊界條件，而控制斷面則是河道實測斷面，并運用線性插值來推求邊界水位[1]。

1.3 方程離散

淺水方程的離散主要分為空間離散與時間離散。空間離散采取有限元法：運用Galerkin加權有限元法將淺水方程離散成為非線性的代數方程，然后在采取Newton原Raphson迭代法來進行求解。而時間離散則是采取非線性的有限差分法來進行求解[2]。變量的表達式為：

在這個公式中常數是a、b、c，c是1.5。在該方程中采取全隱式的求解方法，解法就是Newton原Raphson非線性迭代。

2 數學模型的驗證和計算

2.1 對模型驗證

依據河道修建碼頭的過程在的位置和碼頭修建完工以后可能會引發實際的水流的情況，以及河道水流的條件來選取計算所需的區域，還可以采取三角形網格離散的方法來計算所選取的區域而網格的大小，還有疏密情況，就可以了解到河道還有河勢的寬窄的變化情況，同時通過網格也可以發現，碼頭附近的網格是最密的。運用之前高洪水期間的流量數據以及實測的水位，在模型驗證中進行使用。在驗證的結果驗證圖的顯示中都可以了解到，河床糙率還有湍流交換的系數主要是按照實測的水面線進行的，也充分地考慮到了碼頭附近的地形特征，并且依據愛因斯坦的方法來進行確定：主河槽糙率是0.025，左右河灘的糙率的取值為0.045，主河槽湍流的交換系數是200，碼頭附近的糙率是0.05；碼頭附近的湍流交換的系數是200，而左右河灘的湍流交換的系數則是30[3]。

2.2 河道防洪能力的分析和計算

運用驗證成功后的數值模型，來對碼頭所處于的碼頭附近以及河段區域內的水流流場分布進行分析和計算。

設計是在洪水位11.27m、流量為339m3/s這樣的條件之下進行：

（1）最大的流速區發生在靠船墩的右側，最大的流速近似值接近到0.23m/s，所對應的范圍大概約為40m2為到達河流的對岸，并使河流對河岸沒有沖刷的影響[4]。

（2）在靠船墩的右邊，水流的流速增加，流速增大的區域范圍是從船頭的右前方大概80m的地方開始向下游出模擬區域，寬度大概是100～120m。其中的流速達到了0.21m/s的區域的范圍大概是45m，在靠近岸邊的一面，也會有夜歌水流流速稍微增加的一個區域，在這個區域的范圍是從碼頭的前口起沿的碼頭的左邊向下游一直到碼頭尾后面大概10m，寬度大概是10～15m的位置。

（3）水流流速的影響范圍基本上和水位的影響范圍相對應，水位的最大上升的幅度為0.0030m，壅水高度為0.0028m的范圍內大概是30m2。

3 碼頭修建應該注意的事項

通過上面關于河道修建碼頭對防洪的影響的內容分析，我們了解到河道在修建碼頭之后，會占有河道上面一定程度的過水斷面，這樣就會引發沖刷、壅水還有流態改變等河道上產生的問題，對于上游洪水下泄會造成不利的因素，進而就會使在河道兩岸的堤防安全受到嚴重的威脅。因此，為了保證河道兩岸的堤防安全，在對碼頭進行建設的時候一定要注意以下的事項：

（1）為了減少碼頭修建而所占用的河道的過水斷面，減少因為碼頭修建而造成的壅水過高等問題，進而使得碼頭的修建影響到河道的防洪能力，碼頭的結構型應該盡量去采取高樁梁板式的結構。

（2）在對碼頭選取修建地址的時候，應該去選取在河道順直同時河寬比較大的河岸，以此來避免因為流態的改變而對河岸造成沖刷，進而對河堤的安全造成影響。

（3）為了保證所修建的碼頭的附近的河道堤防的安全，應該對所選碼頭的地址的上下游的一定范圍內的堤防進行護岸的有效處理。

4 結束語

綜上所述，雖然河道修建碼頭會使得河道內的水流的流場引起一定的改變，但是，改變還是比較小的。上游的流速處于相對平穩的時候，水流 在受到碼頭的阻力影響以后，水位太高而流速開始減小；當碼頭的兩側的流速稍微增多以后，過碼頭以后的流速又會逐漸趨于平穩的態勢，水流的流態以及水流的流速分布并沒有什么特別明顯的變換，對其防洪的影響并不大。而在岸坡樁基的工程中，在岸坡樁基鉆進的過程中，對于鉆孔周邊的地基會產生擾動，讓擾動帶中的底層滲透性加大，在高水位的條件之下，很有可能會形成管涌，進而對堤壩的安全造成威脅，因此，一定要對堤防的穩定性進行深入的研究，進而確保碼頭修建工程的安全性和可靠性。