基于二维水动力模型的取水口对航道水流条件影响分析

2022-10-14余文忠陆洪亚孙传文朱京德

中国水运 2022年9期

余文忠，陆洪亚，孙传文，朱京德

（连云港市水利规划设计院有限公司，江苏连云港 222000）

船舶航行时，对水流速度有一定要求，较大的流速，可以增加航行速度，但过大的流速，使船舶操纵困难。船舶水上行驶时，纵向流速一般以不超过3m/s 为宜。船舶航行，除对纵向流速有一定要求外，对横向流速也有一些限制。航道内的横向流速，一般应不超过0.3m/s，否则，侧向推力过大，容易发生事故。

航道内取水口作业时，会改变水流条件，对航道通航造成一定的不利影响。本文采用二维水动力模型对取水口位置处流场进行了数值模拟，进而直观了解流速大小、流向等通航水力要素。

1 基本情况

1.1 航道概况

东门河航道位于连云港市灌云县，起点为盐河口，终点为燕尾港闸，全长54.9km，规划为五级航道。本项目取水口位于燕尾港闸上游约2.4km 处航道左岸，现状已满足五级航道标准要求。工程位置处航道较为顺直，规划航道中心线为现状航道深槽中心线。项目区航道现状河底高程约-4.77m，河底宽约130m，航道两岸现状均为土坡。

1.2 取水口建设方案

江苏远征化工有限公司位于灌云县临港产业区精细化工园区，生产用水取自东门河。取水口采用2 台水泵机组及取水管，每台套取水流量120m/h（0.033m/s），合计240 m/h（0.067m/s）。泵池为钢筋混凝土结构，尺寸为5.0m×8.0m，采用挖入式布置型式，泵池前沿与现状河口齐平。取水管道、人行踏板及支撑基础均为钢结构，伸入东门河河道中，其最外缘取水口头部伸入河道距现状河口23.2m。支撑基础共4跨，平均跨径5.0m，每跨设4 根钢管，管径10cm，其上搭设取水管道及人行踏板，人行踏板顶面高程2.94m，取水管道顶面高程3.62m。取水管道共2 根，管径DN150，取水口头部为下探式，管口高程-0.08m。取水口头部搭设排架及横向人行踏板，排架尺寸为3.2×3.5m（宽×高）。

图1 取水口现状图

图2 航道现状图

2 对航道水流条件影响分析

2.1 模型计算范围及网格划分

计算范围：远征化工有限公司取水口上、下游各1km 范围的东门河航道，全长约2.0km。模型范围除了包含上下游两个边界外，还包含本工程取水口、本工程上游约875m 处河道左岸取水口、本工程下游约600m处河道左岸灌云县临港产业区燃煤热电联产项目取水口，共5 个边界。

网格划分：采用无结构三角形网格剖分，边长一般为5～50m，取水口处加密为1～2m，网格数为17383 个，节点数为5894 个。

2.2 模型计算工况

图3 模型计算范围地形图

营运期航道通航水流条件影响包括洪水期、平水期和枯水期三种工况。

2.2.1 洪水期

该工况下，远征化工取水口引水流量为0.067m/s，上游取水口引水流量为0.4m/s，下游取水口引水流量为0.158m/s。模型上游边界东门河行洪流量835m/s（东门河10年一遇设计流量），模型下游边界东门河水位2.26m。

2.2.2 平水期

各取水口流量同洪水期。模型上游边界东门河流量100m/s（根据东门河下游挡潮闸日常排水流量求得），模型下游边界东门河水位1.30m（东门河常水位）。

2.2.3 枯水期

各取水口流量同洪水期。模型上游边界东门河流量10m/s（枯水期东门河上游回归水量），模型下游边界东门河水位0.97m。

2.3 计算结果

2.3.1 洪水期

根据模型计算成果可见，洪水期工况下，本工程取水口处东门河航道以纵向流速为主，河道中心处纵向流速最大，最大值0.86m/s；取水口处最大纵向流速为0.46m/s，支撑基础附近最大纵向流速为0.51m/s；取水口处最大横向流速为0.06m/s，支撑基础最大横向流速位于取水口最外侧上游附近，最大值0.23m/s。