二维潮流数学模型在码头防洪影响分析中的应用
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第 ２期 ２１ ０ ０年 ６月
水
利
水
运
工
程
学
报
ＮＯ ２ ．
ＨＹＤＲＯ － ＳＣＩ ＥＮＣＥ ＡＮＤ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
Ｊ ｎ． ２ ０ ｕ Ｏ１
二 维 潮 流数 学 模 型在 码 头 防洪 影 响分 析 中 的应 用
陈 秀瑛 ， 马 进 荣
（ 京 水 利 科 学 研 究 院 ，江 苏 南 京 南 ２０２ ） １０ ９
规律 ， 且具 有 投资 少 、 期 短等 优 势 ， 同时进 行 多方 案分 析 计算 ， 周 可 具备 极 好 的 灵 活性 ， 目前 在 此 类 问题 研 究
中 应 较 为 广 泛 ．
江苏联 合 水泥 有 限公 司水 泥专 用码 头 位于 长江 下 游感 潮河 段 ， 水流 流态 较 为复 杂． 文 采用平 面 二维 潮 本
对 工 程河 段 的 水 位 和 流 场 影 响 较 小 ， 会 对 河 段 的 行 洪 带 来 不利 影 响 ． 不
关 键 词 ：二维潮流数学模 型 ； 码头 ； 防洪影 响；长江镇扬河段
中 图 分 类 号 ：０ ４ ２７
文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１ ９ ６０ ２１ ）２ ０８ ｃ ０ — ４Ｘ（００ ０ — ０５一 ｒ ０ ７
摘要 ： 码头建设会对河道行洪、 堤防及其他防洪工程的安全造成不利影响． 防洪影响分析是码头工程设计中一
项 重 要技 术 工 作 ． 用 平 面 二 维 潮 流数 学模 型 ， 长 江 镇 扬 河 段 水 流 运 动 以 及 拟 建 码 头 工 程 对 防 洪 的 影 响 进 行 采 对
了数 值 模 拟 计 算 ． 果 表 明 ， 防 洪 设 计 洪 水 、 滩 水 位 流 量 和 多 年 平 均 流 量 ３种 水 流 条 件 下 ， 程 兴 建 后 水 位 结 在 平 工 壅 高 最 大 值 约 １２ｅ 水 位 降低 最 大 值 约 １５Ｃ 流 速 最 大 增 幅 约 ０ ０ ／ ， 大 减 幅 约 ０ ２ ／ ． 头 兴 建后 ． ｍ， ． Ｉ ｎ， ．５ｍ ｓ最 ． ３ｍ ｓ码
８ ６
水 利 水 运 工 程 学 报
２１ ０ ０年 ６月
２ 平 面 二维 潮 流 数 学模 型介 绍
２ １ 基 本 方 程 ．
工 程 区为河道 ， 采用贴 体正 交 曲线 坐标 系 ， 水流基 本方 程如下 ： 其
连续 方程 ： 动量 方程 ：
Ｏ 。 Ｃ ｄ ’ Ｇ ａ叼 ’Ｃ Ｃ ａ ｔ 叩
我 国每年 因洪水灾 害所造 成 的损 失相 当严 重 ， 且 随着经 济 的发展 ， 一灾 害 对 国民经 济 的影 响也越 来 而 这
越大． 因此 ， 防洪 影 响分 析是 河 道 内非 防洪 工 程设 计 中的重 要 内容 ． 据 国家 计 委 、 依 水利 部 《 道管 理 范 围 内 河
１ 防洪 影 响计 算模 型 的机 理 及 方 法介 绍
码 头 建设 对河 道 、 防的影 响 主要 是建 筑 物 的阻水 、 流 以及局 部 流态 改变 对 河道行 洪 和堤 防及 其他 防 堤 挑
洪 工程 安全 的影 响 ． 数值 模 拟技 术 ， 能在 保证 精 度 的前 提 下较 好 地反 映 水 流运 动 的 内部 规律 ， 得 全 面 的数 获
建设 项 目管理 的有关 规定 》 水 政 ［ ９ ２ ７号 ） ， 在 河 道 管理 范 围 内建 设 的 码头 工 程 ， 进 行 防洪 评 价 ． （ １９ ］ 对 应 目
前研 究 防洪影 响分 析这 类 问题 的主要 手 段 有 河 工模 型 、 学模 型 和经 验 计 算 等 方 法 ¨ ． 河工 模 型 由于 投 数 但 资大 、 周期 长 等原 因 ， 其 适用 性受 到 一定 限制 ； 学模 型 可 细致 模 拟 河道 内工 程 位置 附近 水 流 泥沙 的运 动 使 数
流 数学 模 型 ， 码头 建设 前 后 的河 道水 流流 速 、 对 水位 、 态 的变 化情 况进 行模 拟 和计算 ， 由此分析 工 程建设 流 并
对 防 洪 的影 响 ， 为该 工 程 的实施 和 审批 提供 科 学依 据 ． 文 中高程 系统 除特 别 注 明外 均 为 ８ ５国家高 程基 准 ， 面坐 标 系为 １ ５ 平 ９ ４年 北 京坐标 系 ．
计 算方 法 中最古 老 的方 法 ， 的基 本原 理是 将求 解 域划 分 成许 多矩 形 网格 ， 它 将应 变 量 予 以离 散 化 ， 后 用 离 然 散 化后 应变 量 的差 商来 作 为应 变量 导数 的近似 ， 原来 的微 分方 程 简 化 为代 数 方 程求 解 ． 至今 日， 求 解 将 直 在
据 ， 重要 的是 ， 能提 前对 水 流未 来 的运 动情 况做 出预报 ， 点对 防洪 减灾 工作 意 义重 大 更 它 这 ． 防洪评 价 数学模 型 的建 立 以河 道 、 网 或 泛 区 的水 流数 值 模 拟 技 术 为 基 础 ， 于计 算 浅 水 动 力 学 的 范 河 属 畴． 计算 浅水 动 力学 的计 算 方法 主要 有 有 限差分 法 、 限元 法 、 限体 积法 、 有 有 特征 线 法 等 ． 限 差分 法 是 数值 有
流 体运 动 问题 的数值 方 法 中 ， 限差 分 法仍 占主导 地位 ． 有 本 文 主要 基于有 限差分 法建 立 平 面二 维潮 流数 学模 型 进行 码头 防洪 计 算 ．
收 稿 １ 期 ：２ ０ ５ １ ０ ９—０ ６—０ ５
作 者 简 介 ： 秀 瑛 （ ９５一） 女 ， 南 罗 山人 ， 级 工 程 师 ， 要 从 事 港 口工 程 咨 询 、 计 工 作 ．Ｅｍａ ： ｙｈｎ ｎｒ ｅ 陈 １６ ， 河 高 主 设 － ｉ ｘｃｅ ＠ ｈｉ ｎ ｌ ．
ｆ
＋ 一 ：
鬟 ［（Ｃ ＋１ Ｏ ￣ ＿ Ｄ
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二 维 潮 流数 学 模 型在 码 头 防洪 影 响分 析 中 的应 用
陈 秀瑛 ， 马 进 荣
（ 京 水 利 科 学 研 究 院 ，江 苏 南 京 南 ２０２ ） １０ ９
规律 ， 且具 有 投资 少 、 期 短等 优 势 ， 同时进 行 多方 案分 析 计算 ， 周 可 具备 极 好 的 灵 活性 ， 目前 在 此 类 问题 研 究
中 应 较 为 广 泛 ．
江苏联 合 水泥 有 限公 司水 泥专 用码 头 位于 长江 下 游感 潮河 段 ， 水流 流态 较 为复 杂． 文 采用平 面 二维 潮 本
对 工 程河 段 的 水 位 和 流 场 影 响 较 小 ， 会 对 河 段 的 行 洪 带 来 不利 影 响 ． 不
关 键 词 ：二维潮流数学模 型 ； 码头 ； 防洪影 响；长江镇扬河段
中 图 分 类 号 ：０ ４ ２７
文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１ ９ ６０ ２１ ）２ ０８ ｃ ０ — ４Ｘ（００ ０ — ０５一 ｒ ０ ７
摘要 ： 码头建设会对河道行洪、 堤防及其他防洪工程的安全造成不利影响． 防洪影响分析是码头工程设计中一
项 重 要技 术 工 作 ． 用 平 面 二 维 潮 流数 学模 型 ， 长 江 镇 扬 河 段 水 流 运 动 以 及 拟 建 码 头 工 程 对 防 洪 的 影 响 进 行 采 对
了数 值 模 拟 计 算 ． 果 表 明 ， 防 洪 设 计 洪 水 、 滩 水 位 流 量 和 多 年 平 均 流 量 ３种 水 流 条 件 下 ， 程 兴 建 后 水 位 结 在 平 工 壅 高 最 大 值 约 １２ｅ 水 位 降低 最 大 值 约 １５Ｃ 流 速 最 大 增 幅 约 ０ ０ ／ ， 大 减 幅 约 ０ ２ ／ ． 头 兴 建后 ． ｍ， ． Ｉ ｎ， ．５ｍ ｓ最 ． ３ｍ ｓ码
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水 利 水 运 工 程 学 报
２１ ０ ０年 ６月
２ 平 面 二维 潮 流 数 学模 型介 绍
２ １ 基 本 方 程 ．
工 程 区为河道 ， 采用贴 体正 交 曲线 坐标 系 ， 水流基 本方 程如下 ： 其
连续 方程 ： 动量 方程 ：
Ｏ 。 Ｃ ｄ ’ Ｇ ａ叼 ’Ｃ Ｃ ａ ｔ 叩
我 国每年 因洪水灾 害所造 成 的损 失相 当严 重 ， 且 随着经 济 的发展 ， 一灾 害 对 国民经 济 的影 响也越 来 而 这
越大． 因此 ， 防洪 影 响分 析是 河 道 内非 防洪 工 程设 计 中的重 要 内容 ． 据 国家 计 委 、 依 水利 部 《 道管 理 范 围 内 河
１ 防洪 影 响计 算模 型 的机 理 及 方 法介 绍
码 头 建设 对河 道 、 防的影 响 主要 是建 筑 物 的阻水 、 流 以及局 部 流态 改变 对 河道行 洪 和堤 防及 其他 防 堤 挑
洪 工程 安全 的影 响 ． 数值 模 拟技 术 ， 能在 保证 精 度 的前 提 下较 好 地反 映 水 流运 动 的 内部 规律 ， 得 全 面 的数 获
建设 项 目管理 的有关 规定 》 水 政 ［ ９ ２ ７号 ） ， 在 河 道 管理 范 围 内建 设 的 码头 工 程 ， 进 行 防洪 评 价 ． （ １９ ］ 对 应 目
前研 究 防洪影 响分 析这 类 问题 的主要 手 段 有 河 工模 型 、 学模 型 和经 验 计 算 等 方 法 ¨ ． 河工 模 型 由于 投 数 但 资大 、 周期 长 等原 因 ， 其 适用 性受 到 一定 限制 ； 学模 型 可 细致 模 拟 河道 内工 程 位置 附近 水 流 泥沙 的运 动 使 数
流 数学 模 型 ， 码头 建设 前 后 的河 道水 流流 速 、 对 水位 、 态 的变 化情 况进 行模 拟 和计算 ， 由此分析 工 程建设 流 并
对 防 洪 的影 响 ， 为该 工 程 的实施 和 审批 提供 科 学依 据 ． 文 中高程 系统 除特 别 注 明外 均 为 ８ ５国家高 程基 准 ， 面坐 标 系为 １ ５ 平 ９ ４年 北 京坐标 系 ．
计 算方 法 中最古 老 的方 法 ， 的基 本原 理是 将求 解 域划 分 成许 多矩 形 网格 ， 它 将应 变 量 予 以离 散 化 ， 后 用 离 然 散 化后 应变 量 的差 商来 作 为应 变量 导数 的近似 ， 原来 的微 分方 程 简 化 为代 数 方 程求 解 ． 至今 日， 求 解 将 直 在
据 ， 重要 的是 ， 能提 前对 水 流未 来 的运 动情 况做 出预报 ， 点对 防洪 减灾 工作 意 义重 大 更 它 这 ． 防洪评 价 数学模 型 的建 立 以河 道 、 网 或 泛 区 的水 流数 值 模 拟 技 术 为 基 础 ， 于计 算 浅 水 动 力 学 的 范 河 属 畴． 计算 浅水 动 力学 的计 算 方法 主要 有 有 限差分 法 、 限元 法 、 限体 积法 、 有 有 特征 线 法 等 ． 限 差分 法 是 数值 有
流 体运 动 问题 的数值 方 法 中 ， 限差 分 法仍 占主导 地位 ． 有 本 文 主要 基于有 限差分 法建 立 平 面二 维潮 流数 学模 型 进行 码头 防洪 计 算 ．
收 稿 １ 期 ：２ ０ ５ １ ０ ９—０ ６—０ ５
作 者 简 介 ： 秀 瑛 （ ９５一） 女 ， 南 罗 山人 ， 级 工 程 师 ， 要 从 事 港 口工 程 咨 询 、 计 工 作 ．Ｅｍａ ： ｙｈｎ ｎｒ ｅ 陈 １６ ， 河 高 主 设 － ｉ ｘｃｅ ＠ ｈｉ ｎ ｌ ．
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