（水利工程专业论文）mike+21在梁济运河长沟船闸防洪影响评价中的应用研究.pdf

摘要 目前，计算水动力学一维、二维模型的研究比较成熟，三维模型由于需要精 细的定解和参数识别条件而应用较少。在浅水河流、湖泊数值模拟的实践中一维 模型过于简单，二维模型则得到了非常广泛的应用。如太湖风生湖流的数值模拟、 巢湖流场的数值模拟、珠江口伶仃洋的流场模拟、洪泽湖混合流数值模拟以及三 峡库区岸边污染混合区数值模拟与分析等都采用了二维模型。 对于河道内建筑物对河道防洪流态影响的模拟分析，一维模型计算难度较 大，且成果精确度较低，三维模型虽然精确度较高，但是模型搭建计算难度较大， 一般工程应用较少，故现在国内外在河道局部流态模拟分析中，二维模型应用较 多且结果能够满足评价分析要求，故在河道、河口、海湾的水动力模拟分析中应 用广泛。 本研究结合梁济运河上拟建的长沟船闸工程，采用丹麦水力研究所( d a n i s h h y d r a u l i ci n s t i t u t e ，简称d h i ) 开发的m i k e2 1 中的水动力模块( h y d r o d y m a m i c m o d u l e ) ，根据工程相关资料，确定模拟计算的边界条件，创建模型对长沟船闸 项目闸址处河道设计洪水工况下流态进行动态的模拟，对计算结果进行后处理， 提取所需数据成果、图表，并对计算成果进行分析，得出分析结论；对拟建船闸 对梁济运河防洪影响进行客观的评价，针对工程设计提出相应的防治措施及建 议，为河道管理部门对河道的防洪管理提供依据。 通过本项目的研究也为今后内河河道内建设项目的防洪影响评价提供有参 考价值的理论、方法。 关键词：m i k e2 1 ；二维水动力模型；动态模拟；防洪影响评价 a b s t r a c t o n e d i m e n s i o n a la n dt w o - d i m e n s i o n a lh y d r o d y n a m i cm o d e la l ec o m p a r e d m a t u r ea tp r e s e n t b u tt h r e e - d i m e n s i o n a lh y d r o d y n a m i cm o d e li sr a r e l yu s e df o r t h e r e q u i r e m e n to ff i n e s o l u t i o na n dp a r a m e t e r - i d e n t i f yc o n d i t i o n o n e - d i m e n s i o n a l h y d r o d y n a m i cm o d e li st o os i m p l ef o rs i m u l a t i o no fs h a l l o ws t r e a ma n dl a k ea n d t w o d i m e n s i o n a l h y d r o d y n a m i c m o d e li su s e de x t e n s i v e l y f o re x a m p l e ，t h e s i m u l a t i 0 1 1o fw i n dd r i v e nl a k ec u r r e n to ft a il a k e ，t h en u m e r i c a ls i m u l a t i o no fc h a o l a k ef l o w , t h ef l o ws i m u l a t i o no fl i n g d i n go c e a na tj u j i a n gr i v e re s t u a r y , t h em i x e d f l o wn u m e r i c a ls i m u l a t i o no fh o n g z el a k ea n dt h ef l o ws i m u l a t i o na tt h eb a n ka r e ao f t h r e eg o r g e sa l ea l ls t u d i e db yt w o d i m e n s i o n a lh y d r o d y n a m i cm o d e l t h es i m u l a t i o na n a l y s e sf o rt h ei m p a c to fc h a n n e lb u i l d i n go i lf l o o dp r o t e c t i o n a l ed i f f i c u l tu s i n go n e d i m e n s i o n a lh y d r o d y n a m i cm o d e la n dt h er a t i oo fp r e c i s i o ni sl o w a n d t h ep r e c i s i o ni sb e t t e r f o rt h r e ed i m e n s i o n a lh y d r o d y n a m i cs i m u l a t i o nb u tt h eb u i l d i n go ft h e m o d e li sd i f f i c u l t s ot h et w od i m e n s i o n a lh y d r o d y n a m i cm o d e li su s e de x t e n s i v e l yi ns i m u l a t i o n o fs t r e a ml o c a lf l o wa n dt h er e s u ri ss a t i s f i e da n dt w od i m e n s i o n a lh y d r o d y n a m i cm o d e li su s e d e x t e n s i v e l yf o rs t r e a m ，e s t u a r ya n db a yf l o w i nt h i ss t u d y , h y d r o d y n a m i cm o d u l eo fd a n i s hh y d r a u l i ci n s t i t u t e - m i k e21i s u s e df o rl o n gd i t c hl o c kp r o j e c ta tl i a n g i ic a n a lw h i c hw i l lb ec o n s t r u c t e d t h e b o u n d a r yc o n d i t i o n sa r ed e f i n e da c c o r d i n gt ot h er e l a t i v em a t e r i a l t h ec h a n n e lf l o w o fd e s i g nf l o o ds i t u a t i o na tl o c ks i t ei ss i m u l a t e db ym i k e21 t h er e s u l td a t a , f i g u r e s a n dt a b l e sa l ee x t r a c t e da n dt h ec o n c l u s i o n sa l eg i v e nt h r o u g ht h ea n a l y s e so fr e s u l t s t h ei m p a c to fl o c ko nf l o o dp r o t e c t i o na tl i a n g j ic a n a li sa n a l y z e d t h ec o n t r o l m e t h o d sa n ds u g g e s t i o n sa r eg i v e n t h es t u d ys u p p l i e sb a s er u l ec o n d i t i o nf o r a d m i n i s t r a t i o no ff l o o dc o n t r 0 1 t h es t u d ya l s oc a nb eu s e df o rf l o o dp r o t e c t i o ni m p a c to fo t h e rc h a n n e lp r o j e c t s a n dt h et h e o r ya n dm e t h o d sa l ev a l u a b l ef o ro t h e rs i m i l a rs t u d i e s k e yw o r d s ：m i k e21 ；t w o - d i m e n s i o n a lh y d r o d y n a m i cm o d e l ；d y n a m i cs i m u l a t i o n ；f l o o d c o n t r o li m p a c te v a l u a t i o n i l 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：盈! 堡叁日期：兰! ! ：! ! ：箩 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件 和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：之簋玺导师签名： 日期： h 内! ，d 塔 山东大学硕士掌位论文 |_ iiiiii_ i 皇曼皇曼曼鼍 1 1 研究项目背景及意义 1 1 1 长沟船闸地理位置 第1 章概述 长沟船闸是与南水北调东线工程长沟泵站对应的渠化梯级通航建筑物， 选址位于济宁市北部长沟镇，小新河与新赵王河河口之间的梁济运河河道内， 整体工程布置于现状河道西侧滩地上，西侧紧靠梁济运河西大堤；下游距离济 宁港航工程处位置( 济宁大王庙段起点) 约1 6 k m ，其船闸闸室中心处位于梁 济运河设计桩号2 6 + 2 1 5 处。 1 1 2 总体建设规模 长沟船闸设计等级为i i 等，船闸主尺度确定为2 3x 2 3 0 x5 m ( 有效宽度 有效长度槛上水深) 。 公路桥：公路一i i ，桥面宽度9 m ( 9 m 宽车道+ 2 1 o m ) 。设计荷载汽一2 0 级，挂- 1 0 0 。 设计船型：一顶+ 2 x 2 0 0 0 t 级顶推船队。 1 1 3 项目前期工作概况 受山东省交通厅京杭运河续建工程建设办公室委托，中交水运规划设计院 有限公司于2 0 0 8 年4 月编制完成了京杭运河东平湖至济宁段航道扩建工程( 长 沟船闸、邓楼船闸、八里湾船闸) 可行性研究报告( 送审稿) ，完成了长沟船 闸的可行性研究，确定了船闸设计方案。在可研报告通过相关部门审查通过后、 初步设计报告编写完成报审前，需要提交拟建长沟船闸对梁济运河防洪影响评 价结果，在此背景下，受山东省交通厅京杭运河续建工程建设办公室委托，我 们对拟建长沟船闸工程所在位置处的梁济运河河段防洪影响情况进行研究分 析，并给出防洪影响评价及结论。 1 2 研究意义 采用非结构化网格二维水动力模型，分析评价拟建工程对南水北调规划断 山东大掌硕士掌位论文 面在设计洪水条件下，河道内洪水流态进行较为准确直观的二维的动态模拟， 并通过对计算成果后期提取及后处理，对拟建工程对所在河道防洪影响情况进 行评价，为拟建工程设计提出修改建议及防治措施，同时为河道管理部门对河 道的防洪管理提供依据。同时，也为今后内河河道内建设项目的防洪影响评价 提供有参考价值的理论、方法。 1 3 国内外研究现状 目前，计算水动力学一维、二维模型的研究比较成熟，三维模型由于需要 精细的定解和参数识别条件而应用较少。在浅水河流、湖泊数值模拟的实践中 一维模型过于简单，二维模型则得到了非常广泛的应用。如太湖风生湖流的数 值模拟、巢湖流场的数值模拟、珠江口伶仃洋的流场模拟、洪泽湖混合流数值 模拟以及三峡库区岸边污染混合区数值模拟与分析等都采用了二维模型。 对于河道内建筑物对河道防洪流态影响的模拟分析，一维模型计算难度较 大，且成果精确度较低，三维模型虽然精确度较高，但是模型搭建计算难度较 大，一般工程应用较少，故现在国内外在河道局部流态模拟分析中，二维模型 应用较多且结果能够满足评价分析要求，故在河道、河口、海湾的水动力模拟 分析中应用广泛。 1 4 技术路线及研究内容 1 4 1 技术路线 本次防洪评价计算，采用丹麦水力研究所( d a n i s hh y d r a u l i ci n s t i t u t e ，简称 d h i ) 开发的m i k e2 1 中的水动力模块( h y d r o d y m a m i cm o d u l e ) 对长沟船闸项 目闸址处河道防洪的影响进行数值模拟，并根据分析成果提出相应的措施及建 议。技术路线图见图1 1 山东大掌硕士学位论文 i收集分析相关资料 i i边界条件分析、确定 i l边界条件分析、确定 l i 模型选择 i l 模型率定和验证 l 搭建模型进行模拟计算 i i 对计算成果进行提取、分析 l f 根据成果进行防洪综合评价 i i提出i 程影响防治措施 l 防洪影响评价结论与建议 1 4 2 主要研究内容 图1 1技术路线图 本次防洪评价是在长沟船闸可行性研究报告以及实地查勘的基础上，根据 有关防洪规划与工程设计成果，按照河道管理范围内建设项目防洪评价报告 编制导则的要求进行编制。 建设项目的主要内容为长沟船闸、上、下游导航建筑以及上、下游靠泊建 筑等，在防洪影响评价中依据河道的现行标准和规划标准评价拟建设项目对梁 济运河防洪可能产生的影响，分析论证行洪断面内建设工程造成的壅水影响、 流场变化以及河势影响等。主要内容如下： 1 、收集整理建设项目概况，包括涉河建筑物的名称、地点、建设目的、建 设规模、设计标准、设计方案与施工方案等。 山东大学硕士掌位论文 2 、收集新建长沟船闸及上下游建筑物所在河流地形地貌、河道历史治理情 况、水文、泥沙、地质及河道规划整治情况。 3 、验证、核实有关防洪规划与工程设计的成果，确定工程所在处河段的防 洪、除涝要求以及相应的水位、流量等指标； 4 、对河道演变情况进行分析。 5 、根据工程建设前后的河道行洪断面，进行防洪评价计算； 6 、分析计算拟建工程后的水位壅高状况以及对上、下游河道的影响； 7 、分析论证工程对河道流场变化、河势稳定、现有河底冲刷及对河道堤防 的影响。 8 、根据防洪规划及防洪评价计算成果进行综合评价，并就拟建工程中存在 的主要问题提出意见及建议。 山东大学硕士学位论文 2 1 建设项目概况 2 1 1 地理位置 第2 章基本情况 长沟船闸位于济宁市北部长沟镇，位于小新河与新赵王河河口的梁济运河 西侧滩地上，其闸室中心基本处在南水北调工程设计桩号的2 6 + 2 1 5 处。 2 1 2 建设目的 长沟船闸的建设是结合南水北调东线第一期工程南四湖东平湖段梁济运 河输水与航运结合工程，实现梁济运河的长沟泵站处梯级通航要求。 2 1 3 长沟船闸建设等级标准及防洪标准 2 1 3 1 建设等级标准 l 、长沟船闸等级i i 级，在不同时期一次过闸船舶吨位逐步增加后，船闸年 单向通过能力为2 1 2 0 万t 2 4 4 0 万t 。船闸主要部位建筑标准见表2 1 1 ： 表2 1 1船闸主要部位建筑标准 序号分项工程级别备注 1 上、下闸首 2 2闸室2 3 上、下游导航建筑 3 4 上、下游靠泊建筑 3 5 上闸首与湖区大堤间连接堤 2 水利堤防工程 6 临时建筑 4 2 、船闸设计代表船型为1 顶2 x 2 0 0 0 t 级船队，航道设计代表船型为l 顶2 x1 0 0 0 t 级顶推船队。 3 、桥梁 公路桥：公路一i i ，桥面宽度9 m ( 9 m 宽车道+ 2 1 0 m ) 。 设计荷载汽车站2 0 级，挂1 0 0 。 4 、设计水位 长沟船闸设计水位及相应流量见表2 1 2 ： 山东大学硕士学位论文 表2 1 2长沟船闸设计水位及相应流量 设计水位 上游水位 下游水位 流量 船闸名称 ( m ) ( m ) ( 皿)( m 3 s ) 设计最高通航水位 3 8 5 63 8 4 7 1 4 8 7 长沟船闸设计最低通航水位 3 4 2 3 2 01 0 0 校核高水位 3 8 7 63 8 6 41 7 3 5 2 1 3 2 防洪标准 防洪标准为5 0 年一遇洪水标准。 2 1 4 长沟船闸总体布置 船闸布置在靠近西大堤内侧，船闸纵轴线距现有大堤内侧堤顶线6 5 m ，距 节制闸纵轴线1 3 3 m 。下闸首布置在节制闸上游，下闸首边缘距节制闸横轴线 3 7 8 m 。节制闸公路桥在下游引航道靠船段尾部穿过。 船闸上、下引航道均采用曲线进闸、直线出闸的不对称布置型式。上、下 游引航道设停泊段2 4 0 m ，导航段兼做调顺段2 2 3 m ，引航道直线段总长4 6 3 m ， 底宽6 0 m 。 上游航道连接段以两个r = 8 0 0 m 反“s 弯与梁济运河上游航道连接。下游 引航道连接段，转角8 0 后通过日东高速公路桥进入梁济运河下游航道。下游引 航道靠船段末端距日东大桥垂线距离约9 0 0 m ( 约5 倍船长) ，下游引航道连接 段轴线与日东大桥轴线的法线方向夹角约1 2 0 。 由于船闸上下游引航道水域狭窄，为方便船舶待闸、过闸，需在船闸上下 游设置船舶停泊锚地。船闸上游停泊锚地及远调站设置在距上闸首1 4 k i n 处， 下游停泊锚地与远调站设置在距下游日东高速桥0 6 k m 处。 船闸管理区设在船闸西侧的梁济运河西大堤外，与西大堤同高。纵向范围 为上闸首至下闸首2 9 0 m ，横向1 1 9 m 范围。管理区包括生产办公、多功能辅助 用房，生活辅助建筑，变电所、泵站、机修间、仓库、门卫等用房。 新建节制闸公路桥轴线与下游引航道轴线正交，节制闸公路桥轴线距下闸 首约3 7 8 m 。具体布置详见附图一。 2 1 5 长沟船闸主要设计尺度及型式 2 1 5 1 船闸输水系统及主体结构 山东大掌硕士学位论文 船闸设计水头为3 3 m ，上闸首设计采用带格栅式帷墙消能室的短廊道头部 集中输水系统，下闸首采用有消力坎的对冲式消能集中输水系统，阀门位置廊 道断面尺寸为3 3 m ，闸室设4 m 镇静段。上、下闸首均采用钢筋混凝土实体 板和箱型边墩组成的整体式结构，闸首平面尺寸均为2 8 0 4 0 0 m ( 长宽) ， 底板厚3 0 m 。 闸室总长度2 3 4 m ，宽度2 3 m ，采用钢筋混凝土坞式结构，闸室底板厚2 8 m 。 上、下游主导航墙各长2 3 m ，为钢筋混凝土墩板式结构，辅导航墙为现浇混凝 土重力墙式结构。上下游靠段各长2 4 0 m ，各设间距2 0 m 现浇混凝土重力结构 的靠船墩1 2 个，墩与墩之间用钢筋混凝土t 型梁( 兼作人行桥) 相连。引航道 及航道连接段内侧坡面铺设预制砼六角块护坡，坡度1 ：3 。锚地驳岸结构上、 下游长度均为4 0 0 m 采用重力式结构型式。 2 1 5 2 闸、阀门和启闭机械 上下闸首工作闸门均采用横梁式钢质人字门，输水廊道工作阀门选用实腹 式钢质平板阀门。人字门门扇计算宽度1 3 5 3 m ，上、下游门体高度分别为1 0 3 6 m 和1 2 0 6 m ，闸门设计厚度为1 3 6 m 。闸门底枢蘑菇头及顶枢轴套采用高分子自 润滑材料，以减少结构磨损，延长使用寿命。 阀门的工作条件为动水开启，静水关闭，事故状态可用压力动水关闭。上、 下闸首工作阀门高3 3 m ，宽3 5 m ，厚0 4 m ，采用实腹式板梁结构，材料选用 q 2 3 5 b 。阀门滚轮轴套采用耐磨性能高的自润滑材料。 本工程闸门和阀门分别采用最大启闭力为3 5 0 k n ，3 0 0k n 的液压直推式启 闭机方案，活塞杆直径2 5 0 m m 。 2 1 5 3 桥梁 节制闸公路桥主桥为跨径8 0 m 下承式钢管混凝土系杆拱桥，主桥桥面宽 9 m ，行车道宽度7 0 m ，箱形边主梁梁高1 s r n 。引桥为标准跨径为2 0 m 的预应 力空心板梁排架结构，下部基础为钻孔灌注桩。桥跨布置为4 2 0 + 8 0 + 4 2 0 = 2 4 0 m 。 闸室上过闸工作桥为跨径2 5i t i 钢质系杆拱桥。 2 1 5 4 管理区 山东大掌硕士掌位论文 管理区包括生产和生活辅助建筑，主要有办公楼、宿舍客房楼收费处、启 闭机房、变电所、泵房、库房、远调站等，总建筑面积4 8 2 0 m 2 。办公楼建筑面 积为1 2 0 0m 2 ，层数3 层，层高3 3 m 。宿舍楼宿舍客房楼为四层建筑，层高2 8 m ， 建筑面积1 8 0 0m z 。 2 1 6 拟建船闸施工组织设计 2 1 6 1 外部条件 1 、交通条件 本工程沿线交通发达，国道、省道及县乡公路纵横交错，2 2 0 国道和1 0 5 国道基本与梁济运河平行，相距不超过3 9 k m 。济宁梁上公路紧邻八里湾工 程区，京沪铁路、新( 乡) 石( 臼) 铁路、3 2 7 国道、1 0 5 国道、2 2 0 国道、2 5 2 省道、 3 3 7 省道、3 3 3 省道横跨和通过梁济运河，京杭运河1 0 0 0 t 级航道也已通至济 宁港，一般情况下船只可直达长沟船闸工程处，工程区对外交通条件十分优越。 2 、建筑材料 工程施工所需的砂可分别取自大清河、大汶河及滕州市马河水库上游砂厂， 平均运距为6 5 k m 。所需的料石、块石、乱石及碎石可取自滕州市的官庄乡、柴 胡店、嘉祥县马集镇、东平县的银山、斑鸠镇等几十家石料加工厂，平均运距 为5 0 k m 。 水泥、钢材、钢筋、木材和油品等材料可分别自枣庄、曲阜、微山县、梁 山县、汶上县、嘉祥县等地批发采购。 3 、水和电 ( 1 ) 施工用水 工程区地下水埋藏较浅，水位稳定，水量比较丰富。但梁济运河中、下游 河道内水源污染较为严重，水质较差，不能用作施工和生活用水。因此施工期 用水主要采取打井抽取地下水的方式解决。 ( 2 ) 施工用电 工程沿线排灌站多，考虑排灌站高压线年久失修和河道拓宽需重新建设排 灌站，南水北调工程拟先架设永久供电线路，可满足航运工程施工用电的需要。 2 1 6 2 土方调配方案 山东大掌硕士掌位论文 j _ g ! i i i _ m _ l 、调配原则 土方的合理调配直接关系着征地补偿和工程造价，应合理利用弃土，将弃 土作为资源，找到弃土资源利用的最佳方式，应作好当地用土量大的工程如公 路建设等工程调查，也可考虑将可用于耕作的土，复还给耕地，尽量使弃土能 充分利用或合理处理，以减少弃土占地。 2 、调配方案 长沟船闸开挖总量为3 2 0 7 9 万m 3 ，填筑土方量为3 4 4 8 万m 3 ，剩余土方 2 8 6 3 l 万l n 3 。弃土暂按在工程位置周边2 5 k m 范围内选择弃土区，按照临时占 地进行堆放。初步按照堆高4 m 测算，弃土占地1 1 0 4 亩。 3 、施工占地 长沟船闸弃土临时占地1 1 0 4 亩，施工临时占地8 8 亩，总计1 1 9 2 亩。 2 2 河道基本情况 2 2 1 河道干流自然地理概况 梁济运河位于山东省的西南部、北靠黄河、南邻南阳湖，西与洙赵新河流 域接壤，东以洗府河为界。梁济运河属淮河水系，是南四湖湖西地区一条具有 防洪除涝、引水灌溉、航运等多功能的综合利用河道，是京杭大运河的一重要 组成部分。干流起源于黄河南岸国那里闸处的北宋金河入口，向南流经济宁市 的梁山、汶上、嘉祥、市中区、任城区，于任城区的大张庄东入南阳湖，全长 8 7 8 k m 。流域内包括菏泽市的郓城、巨野，济宁市的梁山、汶上、嘉祥、宁阳、 市中区、任城区，泰安市的东平等9 个县、市、区，流域面积3 3 0 6 k m 2 。 梁济运河是南水北调东线工程规划中利用的现有行洪河道之一，位于南四 湖与东平湖之间，是沟通黄、淮、海三流域的重要连接工程。规划拟扩挖现有 河道，从湖口至邓楼站下长5 8 2 5 2 k m 。 梁济运河干流以西属黄河冲积平原，以东为山麓冲洪积扇的前沿，整条河 道均位于黄河冲积和山洪冲击交汇处的低洼地带，干流西侧地势西高东低，地 面坡度约1 5 0 0 0 l 8 0 0 0 ；干流东侧地势东北高西南低，地面坡度约1 1 0 0 0 1 5 0 0 0 。干流以东马庄( 5 7 + 0 0 0 ) 处为金线岭，是干流的最高处，地面高程为 4 1 5 r n ，自此向北向南均逐渐降低。向北至北宋金河口，地面高程为3 9 o m ，地 一9 一 山东大学硕士掌位论文 面坡降约为1 1 6 0 0 0 ；向南至入湖口，地面高程为3 4 o m ，地面坡降约为1 11 0 0 0 。 梁济运河属淮河流域南四湖水系，支流众多，干流东侧有代码河、柳长河、 湖东排水河、小新河、泉河、汶宁新河、南跃进河等支流，干流西侧有北宋金 河、金码河、琉璃河、流畅河、赵王河、郓城新河等支流，流域面积l o o k m 以 上的支流河道共1 3 条。 2 2 2 航道现状 京杭运河在1 8 5 5 年黄河改道被截断后就分为南运河和北运河两段，山东境 内黄河以南到济宁间的老河道建国之前就已经淤废，建国后经多次整治开挖梁 济运河替代，后因水源等多种因素一直没能维持通航。 梁济运河是作为发展航运，结合排水、排洪等目的而扩建的一段河道。在 5 0 年代和6 0 年代，对其大规模的施工就有三次。首次实施由山东省大运河工 程指挥部统一领导，在赵王河口以下2 6 k m ，以挖河为主，结合筑堤，河底宽 6 0 m ，河底高程2 9 8 m ，水深3 2 m ；赵王河口以上，以筑堤为主，结合挖河， 河底宽2 0 - 3 0 m ；并建公路桥一座，涵洞9 座。第二次施工于6 0 年代初，为了 排泄东平湖新湖区滞蓄洪水，由黄河水利委员会山东河务局投资和设计，将柳 长河至长沟镇长3 6 k m 段的河槽，按河底比降二万分之一，河底宽4 0 m ，河底 高程3 4 7 - - 3 2 9 m 进行扩挖，其排渗、排涝标准分别可达到5 0 m 3 s 、1 4 0m s s 。 1 9 6 7 年开始第三次施工，由山东省交通厅投资设计，按照通航1 0 0 吨级驳船的 级航道进行整治，并正式定名为梁济运河。新建郭楼船闸和节制闸，航道底 宽1 5 m ，河底高程郭楼以上为3 3 5 m ，以下为3 1 5 m 。1 9 6 7 年底，船闸和节制 闸相继建成投产，但因种种原因船闸未能发挥作用。 为了进一步治理梁济运河，经水利部和山东省批准，按三年一遇排涝流量 的5 0 开挖河道，按排泄东平湖滞蓄黄河洪水流量1 0 0 0m 3 s 加3 年一遇洪水流 量的5 0 沿河筑堤。于1 9 8 9 年冬，由山东省淮河流域工程管理局对梁济运河进 行了全线的扩挖并对沿岸4 5 座涵洞及6 7 座排灌站，按原规模进行改造，使梁 济运河成为济宁以北地区排洪、灌溉、除涝的骨干河道。 该河段目前不能通航，河道尺度从黄河口至赵王河口段，河道底宽约1 5 - - 6 0 m ，赵王河以下河道底宽5 0 - - , 6 0 m ，河道顺直。河槽两侧河滩宽度相差较大， 一侧为4 0 - 5 0 m ，另一侧为1 4 0 18 0 m 。梁济运河从湖口至邓楼泵站河道现状 山东大学硕士学位论文 主要指标见表2 2 1 ； 表2 2 1粱济运河( 邓楼以下) 河道现状主要指标表 河槽 平槽泄防洪泄流 位置桩号 堤顶高程内堤距 流能力能力 底宽底高程河岸高程 ( m )( m ) ( m )( m )( m ) ( m 3 s )( m 3 s ) 湖口南跃进河o 枷0 l8 + 5 9 6 5 m 击52 9 o 3 0 13 5 o 3 6 o4 0 2 4 2 03 0 0 1 0 - 1 1 2 1 6 0 5 1 5 8 0 赵王河 l8 + 5 9 6 2 4 + 6 3 34 5 - - 6 03 0 1 3 0 2 3 6 o 3 6 54 2 o 4 2 53 0 01 1 2 1 8 215 8 0 1 4 9 0 泉河2 4 + 6 3 3 - 2 9 + 8 7 43 5 5 03 0 2 3 0 7 3 6 5 3 6 64 2 5 1 0 3 0 01 8 2 1 4 61 4 9 m 1 5 3 郓城新河 2 9 + 8 7 耷ol + 3 3 73 0 - - - 4 03 0 7 3 1 7 3 6 6 3 6 54 1 0 - - 4 1 83 0 01 4 6 - 7 37 5 3 7 3 2 邓楼 41 + 3 3 7 5 8 + 7 0 03 5 4 53 1 7 3 3 3 3 6 5 3 8 54 1 8 4 3 o3 0 07 3 - - 9 97 3 2 - 5 2 8 2 2 3 水文气象 梁济运河流域同南四湖区气候特点相似，四季分明，夏热多雨，冬寒少雪， 春旱多风，秋早少雨。多年平均气温为1 4 ，月平均最高气温在7 月份，一般 为2 7 - - 2 7 4 c ；月平均最低气温在1 月份，一般为一1 4 一2 5 。极端最 高气温为4 3 1 ，极端最低气温为一2 2 3 。历年平均无霜期在2 0 0 天左右， 初霜冻一般在1 0 月上旬末，终霜冻一般在3 月下旬。河流多年平均封冻期为 5 0 天，最大岸冰厚度1 8 c m ，历年最大冻土深度为3 5 c m 。日平均气温大于或等 于零度的日数一般在2 9 0 天左右。因受季风影响，春季多东风和东南风，夏季 多南风和西南风，秋季多西风和南风，冬季多北风。多年平均风速为3 m s ，历 年最大风速为2 4 m s 。据流域内1 9 5 1 - - 2 0 0 0 年实测降雨资料分析，多年平均降 水量为6 6 7 3 m m 。降水量年季之间变化比较大，丰水的1 9 6 4 年降水量为 1 2 3 2 7 m ，枯水的1 9 8 8 年降水量只有3 7 0 5 m m ，丰枯比为3 3 3 。降水量年内分 配也不均匀，主要集中在汛期6 9 月份，多年平均汛期降水量为4 7 8 o m m ，占 年均降水量的7 1 6 。降雨量年际、年内的分布不均匀，形成了“春旱夏涝、 晚秋又旱的气候特点。 梁济运河流域内干、支流均系季节性的河道，径流主要来源是汛期降雨， 6 - - , 9 月份的河道流量约占全年径流量的8 0 - - 一9 0 。暴雨是造成本流域洪水的最 主要原因。暴雨具有明显的季节性，较大暴雨主要发生在7 、8 月份中。造成暴 山东大掌硕士掌位论文 雨的天气系统，主要为黄淮气旋、南北切变、暖切变等。由于流域内地势平坦， 河道比降较缓，受其影响，洪水涨落比较缓慢，汇集消退时间均较长，洪水过 程一般为矮胖型，变化缓慢。 2 2 4 泥沙运动 梁济运河沿线地势较低，历来是黄河滞洪的主干道，其流域属黄泛区。由 于承接大面积流经黄泛区的洪水和涝水河道淤积比较严重。因运河沿线接纳1 0 条大小不一的支流，运河河道内的泥沙主要来自丰水年运河两岸降雨侵蚀和枯 水年引黄灌溉所携带的泥沙。据运河济宁后营水文站多年观测资料，年平均输 沙量给4 9 7 万t 。运河内年均淤积量约2 5 万m 3 。 2 2 5 地质概况 2 2 5 1 地形地貌 梁济运河段穿越不同的地貌单元。南段位于冲积湖积平原区；中段位于黄 泛冲积平原与冲积湖积平原交互处；北段位于黄泛冲积平原区。整体上地势低 平，开阔，北部东部略高，南部西部略低。 2 2 5 2 地层岩陛 本区属于鲁西中台隆西部的沉降部分，自第三纪下沉以来，沉积有巨厚的 第四纪沉积物。在勘察深度范围内，上部沉积有第四系全新统冲积的粘土、壤 土、砂壤土、粉砂、细砂层，中部沉积有第四系全新统泻湖相沉积的淤泥质壤 土、粘土层等，下部为第四系上更新统汶、泗河冲洪积的壤土、壤土夹姜石、 粘土、粉细砂层等。 本工程区域属于鲁西中台隆西的沉降部分，自第三纪下沉以来，积有巨厚 的第四纪沉积物。 2 2 6 防洪及除涝标准 梁济运河现状防洪标准为1 0 年一遇或东平湖退水1 0 0 0 m 3 s 加3 年一遇流 量的5 0 ，排涝标准为3 年一遇洪水的5 0 9 6 ；规划防洪标准为5 0 年一遇或东平 湖退水1 0 0 0 m 3 s 加5 年一遇洪水流量、排涝标准为5 年一遇。 山东大学硕士掌位论文 2 2 7 现有水利工程及其他设施情况 2 2 7 1 现有水利工程情况 梁济运河干流为1 9 8 9 - 1 9 9 1 年第三次治理断面，治理标准按三年一遇排涝 流量的5 0 扩挖河槽，为满足东平湖滞洪区退水1 0 0 0 m 3 s 的要求，邓楼以下5 7 k m 长的河道进行了一侧退堤，内堤距展宽为3 0 0 m ( 局部段内堤距小于3 0 0 m ) ，堤 顶高程为1 0 年一遇或退水1 0 0 0 m 3 s 两者洪水位的高者加超高1 5 m ，弃土自内 堤肩向外堆放，一般高于堤顶l 一2 m ，局部达到3 m 。由于河道治理采用一侧退 堤，所以梁济运河为偏槽结构，滩地一侧为4 0 - 5 0 m ，另一侧为1 4 0 一- - 1 8 0 m 。梁 济运河从湖口至邓楼河道现状主要指标见表2 2 2 。 表2 2 2粱济运河河道现状主要指标表 河槽 堤顶高程内堤距 位置桩号 底宽河岸高程 ( m ) 底高程( m ) ( m )( m ) ( m ) 湖口南跃进河 0 + 0 0 0 - 18 + 5 9 65 0 6 52 9 0 3 0 13 5 o 3 6 04 0 2 4 2 03 0 0 赵王河l8 + 5 9 6 - 2 4 + 6 3 34 5 “03 0 1 - 3 0 23 6 o 3 6 5 4 2 0 4 2 53 0 0 泉河 2 4 + 6 3 3 2 9 + 8 7 43 5 5 03 0 2 - 3 0 73 6 5 3 6 64 2 5 4 1 o3 0 0 郓城新河2 9 + 8 7 4 - - 4 1 + 3 3 73 0 o o3 0 7 - 3 1 73 6 6 3 6 54 1 o 4 1 83 0 0 邓楼 4l + 3 3 7 5 8 + 7 0 03 5 一4 53 1 7 3 3 33 6 5 3 8 54 1 8 4 3 o3 0 0 本次计算选取范围为：最南端为赵王河河口向下1 8 k m ，最北端至泉河河 口，长6 8 k m 。在此段内梁济运河现状基本情况：河底高程3 0 1 m ，河底宽度 4 5 0 i ，两堤内堤肩距3 0 0 m 左右；西侧滩地宽度1 5 0 m 1 7 0 m ，高程为3 6 o i l l 3 6 5 m ；东侧滩地宽度5 0 m 6 5 m ，高程为3 6 0 m 3 6 8 m 。两侧大堤顶高程在 4 1 0 m - 、4 6 o m 之间。 2 2 7 2 其他设施情况 在赵王河河口处，建有日东高速公路大桥，其走向为西南一东北向，与梁济 运河河道走向夹角为9 5 。拟建工程下游引航道靠船段末端距日东大桥垂线距 离约9 0 0 m ，下游引航道连接段轴线与日东大桥轴线法线方向夹角约1 5 。由于 日东高速公路桥为大跨度桥梁，对梁济运河行洪没有影响，故不参与本次防洪 计算。 2 - 2 8 有关水利规划及实施安排 2 2 8 1 南水北调工程 山东大掌硕士学位论文 2 0 0 8 年8 月，山东省水利勘测设计院编制完成了南水北调东线第一期工 程南四湖东平湖段梁济运河输水与航运结合工程初步设计报告，输水航道利 用现有梁济运河湖口邓楼段，长度5 8 2 5 2 k m 。拟在长沟处( 设计桩号2 6 + 0 0 0 ) 东大堤外修建长沟泵站，在设计桩号2 5 + 7 0 0 附近修建梁济运河节制闸。输水航 道基本在梁济运河现状河道基础上进行扩挖，一期工程实施后，设计输水流量 为l o o m 3 s ，长沟泵站站下设计航道尺寸为：设计底宽6 6 o m ，设计边坡为1 ： 4 o ，设计河底高程2 8 7 m 。站上设计航道尺寸为：设计底宽4 5 o m ，设计边坡 为l ：3 o ，设计河底高程3 0 8 m 。 南水北调二期工程在第一期工程的基础上扩建，在设计河底高程、河道边坡 和设计输水水位不变的情况下，站下河底宽度为1 3 6 o m ，站上设计河底宽度为 9 8 0 m 。二期输水流量加大至2 0 0 m 3 s 。 2 2 8 2 山东省淮河流域防洪规划 根据1 9 9 9 年1 2 月山东省水利厅编制的山东省淮河流域防洪规划报告 中的工程安排计划，规划于近期完成梁济运河等几条湖西、湖东骨干河道的防 洪治理工程，规划主要工程内容为：梁济运河按3 年一遇挖槽，2 0 年一遇防洪 标准筑堤，主要设计指标见表2 2 3 和表2 2 4 。远期治理标准为5 年一遇除 涝挖槽，5 0 年一遇防洪或东平湖退水1 0 0 0 m 3 s 加5 年一遇筑堤，主要设计指标 详见表2 2 3 和表2 2 4 。 表2 2 3梁济运河规划治理设计流量水位表 设计桩设计流量( m 3 s )设计水位( ： 位置 号 1 31 51 2 01 5 01 0 0 0 + 1 31 0 0 0 + 1 51 31 51 2 01 5 0l 0 0 0 + 1 31 0 0 0 + 1 5 南跃进 1 8 硼6 1 8 8 6 21 6 9 9 1 9 8 5 1 6 1 81 8 6 2 3 6 0 43 6 0 43 8 2 43 8 7 0 3 7 8 6 3 8 2 7 河 2 4 + 6 0 0赵王河5 7 7 8 0 81 5 8 61 9 3 91 5 7 7 1 8 0 8 3 6 2 53 6 2 53 8 6 93 9 1 6 3 8 3 9 3 8 7 7 2 9 + 8 0 0泉河4 8 76 7 41 3 2 21 7 3 51 4 8 71 6 7 43 6 4 43 6 4 4 3 9 0 l 3 9 5 83 8 8 63 9 2 5 表2 2 4梁济运河规划治理设计断面指标表 设计河底高程( _ )设计河底宽( - )设计堤顶高程( - ) 设计桩号位置 近期远期近期远期近期远期 1 8 + 6 0 0 南跃进河 3 0 o o3 0 0 01 3 21 8 64 1 2 24 1 2 2 2 4 + 6 0 0赵王河 3 0 0 0 3 0 0 01 0 1 1 4 4 4 0 6 94 1 1 6 2 9 + 8 0 0泉河3 0 5 43 0 3 58 11 1 34 1 0 14 1 5 8 山东大学硕士掌位论文 第3 章长沟船闸防洪评价计算 3 1 水文分析计算 3 1 1 洪水标准 长沟船闸： 长沟船闸等级为i i 级，按照防洪标准( g b5 0 2 0 1 - - 0 4 ) 其防洪标准为 5 0 年一遇。1 9 9 9 年山东省编制的山东省淮河流域防洪规划报告确定梁济运 河干流治理标准为5 年一遇除涝标准开挖河槽，5 0 年一遇防洪或5 年一遇除涝 流量加东平湖南排退水1 0 0 0 m 3 s ( 两者取大值) 筑防洪堤( 堤防超高2 m ) 。长 沟处按5 年一遇除涝流量加东平湖南排退水1 0 0 0m 3 s 等于1 6 7 4 m 3 s 的流量防 洪，船闸上、下游相应水位分别为3 8 7 6 m 、3 8 6 4 m 。确定长沟船闸上、下游校 核高水位分别为3 8 7 6 m 、3 8 6 4 m 。 工程所在河道( 粱济运河) ： 本次防洪影响评价，是在全面了解长沟船闸布置及其设计情况的基础上， 按照河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则( 试行) 的要求，依据 梁济运河防洪规划、泥沙、水文资料等设计成果进行编制。根据山东省水利厅 1 9 9 9 年编制的 山东省淮河流域防洪规划报告，梁济运河规划的防洪标准： 一般堤段防洪标准为5 0 年一遇，济宁城区段( 湖口至南跃进沟1 8 6 k m 的左堤) 防洪标准为百年一遇。一般堤防为i i 级，济宁城区段堤防为i 级堤防；洪水组 合：黄河特大洪水东平湖滞蓄后，下泄1 0 0 0 m 3 s 入梁济运河，与梁济运河3 年 一遇涝水相遇( 简称1 0 0 0 + q 啪) 同梁济运河2 0 年一遇洪水防洪标准相对应；东 平湖下泄1 0 0 0 3 s 入梁济运河，与梁济运河5 年一遇涝水相遇( 1 0 0 0 + q 。，。) 同 梁济运河5 0 年一遇防洪标准相对应。本次防洪影响评价洪水标准选择山东省 淮河流域防洪规划报告中2 0 年一遇与l o o o + q 。，。洪水中大者作为2 0 年一遇洪 水，即1 4 8 7 m 3 s 、5 0 年一遇与1 0 0 0 + q 。洪水中大者作为5 0 年一遇洪水，即 1 7 3 5 m 3 s 进行计算分析。 3 1 2 梁济运河干流设计洪水 3