码头桩群对八卦洲汊道分流比的影响研究_陈界仁

1概况长江南京八卦洲汊道属鹅头型汊道，八卦洲头在南京长江大桥下游约4.2km ，见图1。

左汊（北汊）为支汊，长21.7km ，河道较窄，河型弯曲，分汊前主流转向约125°进入左汊，枯水位平均河宽606m ，平均过水面积5440m 2，平均水深9.0m ；右汊为主汊，河道较宽，河型顺直，与干流段平顺衔接，汊道长约10.4km ，枯水位时平均河宽1070m,平均过水面积20700m 2,平均水深19.3m,目前枯期其分流比约为86%。

近几十年来，左汊处于衰退之中，表现为洲头崩退，河道沿程不均匀收缩，沿程和局部阻力增加，河床淤积，分流比减小，1957年左汊分流比为26.0%，目前枯期分流比约为15.0%[1]。

长江南京八卦洲汊道河段隶属南京市，左右两岸厂矿企业码头、取排水口密布、航运发达。

左汊沿岸厂矿林立，是南京市重要工业经济区，有南京钢铁集团、华能南京电厂、南化集团、扬码头桩群对八卦洲汊道分流比的影响研究*陈界仁1,2，余雯2（1.河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏南京210098；2.河海大学水利水电学院，江苏南京210098）摘要：长江南京八卦洲是典型的鹅头型分汊河道，左汊为支汊，右汊为主汊。

近年来，由于洲头冲淤及河流岸线开发利用程度提高等影响，河岸码头兴建数量增大，左汊分流比不断减小，其分流比的减小与码头桩群的阻力影响密切相关。

本文利用平面二维水流数学模型计算研究了码头桩群对分流比的累积影响，结果表明：随着码头的不断兴建，汊道的水流阻力增大，左汊分流比减小明显。

关键词：分汊河道；分流比；数学模型；影响中图分类号：U 611文献标志码：A文章编号：1002-4972（2012）03-0104-04Influence of pile group on division ratio of Baguazhou branchCHEN Jie-ren 1,2,YU Wen 2(1.State Key Laboratory of Hydrology-Water Resources and Hydraulic Engineering,Hohai University,Nanjing 210098,China;2.College of Water Conservancy and Hydropower Engineering,Hohai University,Nanjing 210098,China)Abstract:The branch of Baguazhou is a typical goose-head shape branch river,with the branch on theleft and the main on the right.Main branch is in right.Recently,due to the scouring and siltation at the bar head and increasing development and utilization of the river bank,wharves along the river increas and the division ration of the left branch reduces gradually,which is closely related to the impact from the resistance by the wharfs ’pile groups.This paper studies the accumulative influence of wharf ′s pile group on the division ration by a 2-D flow mathematic model.The result reveals that with the building up of wharves,the flow resistance increases and the division ratio of the left branch decreases remarkably.Key words:branch river;division ratio;mathematic model;influence收稿日期：2011-09-14＊基金项目：水利部公益项目基金（200901005）作者简介：陈界仁（1964—），男，博士，教授，从事水力学及河流动力学研究。

2012年3月第3期总第464期Mar.2012No.3Serial No.464水运工程Port &Waterway Engineering第3期子石化特大型企业及其他企业事业单位码头、至2001年，左汊内已建主要码头45座（图2）。

随着社会经济发展，继续在左汊内兴建各种工程是生产和经济发展的需要，但是处于衰退的左汊内兴建涉水建筑物，无疑将增加左汊局部阻力，左汊分流比进一步减小。

左汊分流比减小的原因在于：上游分流区主泓的变迁和左右汊阻力变化，在上游河势基本稳定的条件下，河道内码头桩群是引起汊道阻力变化的重要因素。

因此，研究和预测码头桩群对汊道阻力及分流比的影响具有重要的实际意义。

本文利用平面二维数学模型计算分析码头桩群的八卦洲汊道分流比的累积影响，根据实测资料进行模型验证，计算分析不同桩群数对分流比的累积影响。

2模型验证根据研究问题的要求和河段特性，确定计算河段为下关—龙袍镇下游，河段全长约26km 。

本文采用的平面二维水流数学模型的基本方程、数值解法、边界条件及动边界技术等详见文献[2]。

基本方程包括水流连续方程、水流动量方程。

先根据实测水文、地形资料，进行水位、断面流速分布的验证计算。

2.1计算域网格生成二维数学模型计算域的进口位于下关，出口位于龙袍镇下游，全长约26km 。

计算域内布置263×75个网格，经正交曲线计算得正交曲线网格，网格沿河长方向为100~300m ，沿河宽方向为20~60m 正交曲线网格，见图3。

为了能模拟复杂边界和修建码头情况下的水流运动，在分汊段内网格沿河长方向为50~120m ，沿河宽方向为10~30m 。

2.2水面线验证根据2006年实测1/10000河道地形和2006年实测水文资料，应用二维水流数学模型计算采用的糙率值n =0.022~0.026。

当洪、中、枯水流量分别为51135，30465和22918m 3/s 时，计算的瞬时水面线与实测值吻合较好，一般误差小于0.02m ，个别点的最大误差也仅为0.04m 。

左、右汊水面线验证结果分别见图4和图5。

2.3断面流速分布和分流比验证在长江流量分别为Q =51135m 3/s ，Q =30500m 3/s ，Q =22700m 3/s ，洪、中、枯三级流量条件下八一断面、左右汊一和二断面、港区中断面垂线流速分布的计算值与实测值较接近，误差小于6%，取图2八卦洲左汊主要码头布置图3计算河段正交曲线网格陈界仁，佘雯：码头桩群对八卦洲汊道分流比的影响研究*图1河道概况图4八封洲左汊水面线验证105··水运工程2012年得了与原体较好的相似。

在洪、中、枯水流量下八卦洲分汊河段计算与实测的分流比结果见表1。

由表1可见，八卦洲左、右汊计算分流比与实测值较为吻合，其误差小于1%。

3方案计算3.1码头桩群处理高桩码头由桩支撑，对水流的影响为支撑桩对水流的作用。

支撑桩的直径较小，通常为几十厘米到1m 。

如果直接模拟这种作用，计算单元网格尺寸必须与之匹配在1m 以内。

对于河道(如长江)这样大的区域，因为桩的尺度与河道的尺度相差悬殊，如果用桩的尺度作数值模拟分析，则用如此小的计算单元网格，其代价是十分昂贵的。

若用河道尺度进行模拟分析，则不易模拟出桩对水流的影响。

为寻找一种可行的模拟方法，本文采用文献[2]的糙率修计算式。

n r =n1.0-k πD 24Δx Δy +KC D2gn 2DH 4/3Δx Δy姨（1）式中：n 为河床糙率；C D 为绕流阻力系数；D 为桩的直径；H 为水深；K 为桩的数目；Δx 为计算单元长度；Δy 为计算单元宽度。

3.2计算结果与分析为研究码头群对分汊河道分流比的影响，选择南京八卦洲河段为例采用数学模型进行码头桩群影响研究。

以2003年码头情况为比较基础，在其他条件不变，考虑八卦洲左汊兴建不同码头桩群个数时，不同流量条件下的左汊分流比的变化情况，其码头桩群位置考虑在现有岸线及码头布置条件下，考虑尚未布置码头的地方考虑布置码头。

计算结果见表2和图6。

八卦洲左汊为支汊，左汊分流比随长江河道流量的增大而增加，在现状条件下分流比的值为13.27%~18.82%。

当左汊增建有码头后，受码头桩群影响，桩群影响的水流局部阻力的增大，左汊分流比有所减小，随着码头桩的个数（长度）增加，左汊分流比呈减小的趋势，随流量的增大，减小的幅度加大。

在枯水流量时，左汊分流比减小了0.43%，减幅为3.24%；洪水条件下，左汊分流比减小了0.76%，减幅为4.04%。

为考虑水流阻力变化对分流比的影响，模型现状阻力条件下考虑水流阻力增大，其分流比变化结果见图7。

由图7得知，左汊水流阻力增加，分流比呈下降趋势，糙率增加1%时，分流比减小幅度为1.7%~2.2%。

图6左汊分流比随流量与桩群数的变化图7左汊不同糙率对分流比的影响图5八封洲右汊水面线验证表1八卦洲汊道分流比验证结果长江流量/(m 3·s -1)2270013.2713.0813.0212.843050015.0114.7714.714.535113518.3417.9517.8917.735950018.8218.2818.2118.0620个40个70个分流比/%现状表2不同码头桩群条件下左汊分流比变化观测日期长江流量/（m 3·s -1）左汊分流比/%右汊分流比/%原型模型差值原型模型差值2006-01-052270014.614.1-0.585.485.90.52006-05-043050015.715.90.284.384.1-0.22006-07-055113519.418.8-0.680.681.20.6106··第3期6结语1）通过砂桩法处理西堤下软土地基，有效减小了二期围堤施工对临近重要建筑物（一期工程后引桥）的影响，保证了二期围堤施工过程中一期工程后引桥的安全及正常使用。

本工程海上砂桩处理软基的设计与施工实践，为砂桩法在海上软基处理工程中的推广应用打下良好的基础。

2）对存在较厚夹砂层且其下仍有较厚软土的围堤地基，提出“悬浮堤”设计结构方案。