（水利工程专业论文）大唐南京电厂建设对行洪影响研究.pdf

摘要 南京下关电厂位于长江下游，与南京下关滨江带开发规划相冲突，成为 实施南京沿江发展规划的制约因素之一。因此，提出将南京下关电厂整体搬 迁至南京马渡的设想。大唐集团确定项目筹建工作由南京下关发电厂负责。 电厂运行需要的煤炭及大件等货物通过长江运输，为此，拟建电厂专用码头 ( 大件码头、卸煤码头) ，另有取、排水等涉水建筑物。根据有关规定，码头 建设需要开展工程对行洪影响的研究。 本文概述了工程所在河道的历史演变，通过已有的原型观测资料对河道 近几年的主泓线、断面、洲滩河床冲淤、码头附近冲刷等进行了详细分析， 总结了近期及将来河道演变规律；论文也建立平面二维水流模型，并根据最 新的资料对模型进行了率定和验证；采用了平面二维曲线模型m i k e2 l c 对 几种工况下的壅水和流速进行了计算；最后总结工程建设对洪水位、流速、 河势、堤防及防洪抢险等方面的综合评价，得出码头建设对行洪影响较小的 结论。 关键词：河道演变数学模型防洪研究 a b s t r a c t t h ep o w e rs t a t i o no fn a n j i n gx i a g u a ni si nt h ed o w n s t r e a mo fy a n g z ir i v e r w h i c hp o s i t i o ni si nc o n f l i c tw i t ht h e p l a nt od e v e l o pt h eb i n gr i v e rb a n go f n a n j i n gx i a g u a n ，a n db e c o m eo n er e s t r i c t i n gf a c t o ri nd e v e l o p i n ga r e a sa l o n g y a n g z ir i v e ri nn a n j i n g s ot h ei d e at or e p l a c et h ep o w e rs t a t i o no fn a n j i n g x i a g u a nw h o l l yt ot h ep o s i t i o no fn a n j i n gm a d ui sb r o u g h to u t t h ed u t yo f s e t t i n gu pi sa r r a n g e dt ot h ep o w e rs t a t i o no fn a n j i n gx i a g u a nb yt h ed a t a n g c o m p a n y t h eg o o d s i nt h e p o w e rs t a t i o n sr l m ，s u c h a s c o a l ，b i gp i e c e s i s t r a n s p o r t e db yy a n g z ir i v e r t h eb u i l d i n gt os p e c i a ld o c kf o rc o a la n db i gp i e c e a n ds t r u c t u r ef o re x t r a c t i n ga n dd i s c h a r g i n gw a t e ri si nt h en e e d a c c o r d i n gt o r e l a t i n gr e g u l a t i o n st h er e s e a r c hf o rf l o o dc o n t r o lb yt h ed o c kc o n s t r u c t e r ss h o u l d b e m a d e t h i sp a p e rs u m m a r i z e st h er i v e r h i s t o r i c a ld e v e l o p m e n t b ym e a n so ft h e l a t e s to b s e r v a t i o nd a t ao ft h ep r o t o t y p e ，t h ed e t a i l e da n a l y s i si sm a d eo nt h em a j o r t h a l w e g ，s e c t i o n ，i s l a n da n db o t t o m l a n d ，t h ee r o s i o nt h ed e p o s i t i o no ft h er i v e rb e d a n ds c o u rh o l en e a rt h ed o c ka n dl a wo ft h ef l u v i a lp r o c e s si so b t a i n e d t h e2 - d m a t h e m a t i c a lm o d e lo ft h ew a t e rf l o wi ss e tu pa n dv a l i d a t e du s i n gt h el a t e s td a t a ， w i t hw h i c ht h ef l o wa n dv e l o c i t yo fs e v e r a lc a s e si sc a l c u l a t e d t h es o f t w a r eo f m i k e21 ci su s e di nt h ep r o j e c tt oc a l c u l a t e f l o wf i e l d sa n dv e l o c i t yi nt h e s e v e r a ld i f f e r e n c ec o n d i t i o n a tl a s tt h es y n t h e t i c a le v a l u a t i o no nt h ei n f l u e n c eo f t h ep r o j e c to nt h ef l o o dl e v e l ，v e l o c i t y ，r i v e rc i r c u m s t a n c e s ，b a n kp r o t e c t i o na n d f l o o dp r e v e n t i o ni sm a d ea n dt h ec o n c l u s i o nt h a tt h ec o n s t r u c t i o no ft h ed o c kh a d l i t t l ee f f e c to nt h ef l o o dd i s c h a r g ei so b t a i n e d k e yw o r d s ：r i v e re v o l v e m e n t ；m a t h e m a t i c a lm o d e ；f l o o dc o n t r o l ；r e s e a r c h 第一章绪论 1 1 问题的提出 第一章绪论 南京市在沿江空问战略规划中提出了产业化、城市化、现代化的要求和由隔江发展向 跨江发展的根本性转变的发展构想，位于南京临江中心区位的下关，是南京市沿江自然景 色优美、建设基础厚实、江城关系紧密的地段，在全市促进产业升级、提升城市功能、加 快现代化建设的进程中占据重要地位，使下关由主城区的边缘转变为都市区的中心。位于 南京市下关中心地带的南京下关发电厂成为实施南京沿江发展规划的制约因素之一，与南 京下关滨江带开发规划相冲突，为此，南京市发展计划委员会会同市有关部门专程赴下关 电厂进行调研，咀“宁计基础字 2 0 0 4 3 5 6 号”文向市政府汇报调研情况，支持下关电厂 整体搬迁至南京马渡的设想，并以“宁计基础字 2 0 0 4 3 5 5 号”文同意南京下关发电厂开 展整体搬迁及扩建项目前期工作。大唐集团明确由南京下关发电厂负责项目的筹建工作。 南京下关发电厂遂以宁下电办 2 0 0 4 7 6 号文委托江苏省电力设计院开展初步可行性研究 工作，在初步可行性研究的基础上，委托中交第三航务工程勘察没计院，进行南京下关发 电厂整体搬迁及扩建项目码头建设进行初步可行性研究。目前，初步可行性研究成果已经 完成，初步选择在南京栖霞区靖安街道( 仪征水道大道河口上) 作为下关电厂整体搬迁厂 址，其中电厂运行需要的煤炭及大件等货物通过长江水运，为此，拟建设电厂专用码头( 大 件码头、卸煤码头) ，另有取、排水等涉水建筑物。这些涉水建筑物的建设可能会对河道 的行洪、防洪及河势产生影响，因此有必要对工程建设在这一方面可能产生的影响进行一 定的研究。 拟建码头及取排水口等设施位置见河势图1 1 和工程布置图l 一2 。 1 2 研究方法综述 1 9 世纪f r o u d e 提出著名的f r o u d e 定律，奠定了物理比尺模型的理论基础，并首次应 用于船舶阻力的比尺模型试验。1 9 1 4 年，b u c k i n g h a m 提出了相似准则的 定理。世界上 第一个河流水力学试验室则于1 9 8 9 年由德国水利科学家h e n g e l s 在德国建立。从此，河 流物理模型得到迅速发展，并成为解决各种水利工程问题的普遍公认的一种工具。 河工物理模型试验可预测河流在自然情况下及建设水工建筑物后水库及河道的水流 l 河海大学工程硕士学位论文 泥沙运动规律、排沙特性、冲淤形态、河势变化等，是研究河床演变、河道整治及洪水预 测预演和水库运行方式等边界条件复杂、三维性较强问题的重要手段。它可以为理论 h - ；t 算模型的建立提供依据和支持，它也可以对已有的理论结果提出修正或质疑，并以此推动 这一领域的研究深入发展。目前，我国工程设计中的多数重大水力学问题仍是通过水力学 模型试验解决，试验模型通常按重力相似准则设汁。大量模型试验证明，水工模型能够预 演大多数原型工程的复杂三维水流现象。目前，除了典型的水力问题外，提出了，一些新领 域的问题，这些新领域需要现代化的量测技术和对于模型相似进行更为复杂深入的考虑。 这些都是基于各种河工物理模型都必须有定的尺寸，其上限受实验室的现实的可能性的 限制，其下限则受各种相似条件的约束。 物理模型一直是验证流体力学理论和研究工程水力学问题的唯一手段，直到数学模型 的出现和应用。 数学模型是将已知的水动力学的基本定律用数学方程来进行描述。在一定的定解条件 ( 初始条件和边界条件) 下求解这些数学方程，从而达到模拟某个水动力学的理论问题或 工程实际问题。在二十世纪血十年代以前，数学模拟的基本理论已经建立，运用这些理论 也曾解决过一些工程问题。但是，这些基本理论的工程应用却是在电子计算机发明以后。 1 9 5 2 年至1 9 5 4 年i s a a c s o n 和t w e s c h 首次建立了俄亥俄河和密两西比河的部分河段的数学 模型，并进行了实际洪水工程的模拟。5 0 年代初期，苏联罗辛斯基和库兹明已经使用一维 数学模型对大型水库的淤积和坝下游冲刷进行长时间和长距离的河床变形计算。二维数学 模型也曾经用于坝区局部河段的冲刷计算，美国人对水库库首淤积进行了类似的1 ：作。我 国在5 0 年代后期也开始用一维数学模型进行水库淤积及河流裁湾耿直的变形计算，西德 h a n s e n 在5 0 年代中期已经开始研究河口、海岸水流泥沙运动的二维数学模型。所有这些 研究出于当时计算条件的限制，不得不做了较多的简化，从而影响到计算的精度。 近儿十年来，计算机功能的迅速增强和使用的日益普及，推动了泥沙数学模型的发展。 h 前，一维数学模型已经广泛用于长河段、长时期和不同水沙组合及河床边界条件的泥沙 淤积变形研究和预报，一维模型只能给出河段平均冲淤深度的沿程变化情况，由j 研究较 早，比较成熟，已经基本上能满足工程需要。二维数学模型，最早是h a n s e n 从研究河口 海岸水流泥沙运动丌始的。二维数学模型主要用于研究短河段、短时期的河床变形。但是， 实际工程中的水流泥沙运动大都具有高度的三维性，只有三维数学模型才能免全满足要 求。目前，三维水流的数学模型也已经进入实用阶段，匡崔萍曾运用三维数学模型刘长江 口水流泥沙盐度进行模型计算。但就当前计算机的硬件水平来看，完整的三维模型昂贵且 第一章绪论 耗时，仅适用于短期预报。因此，当前普遍采用准三维模型，即以二维模型为基础，对三 维问题进行简化，如：j i n 等人建立准三维耦合模式模拟浅水环流；i r e n e 等人在对数流速 剖面的假定下，用渐近方法模拟波流共同作用下的三维泥沙输运；j l o u 采用二维耦合的 方法，在获得水平二维流场后，解三维的动量方程、连续性方程得三维流场；宋志尧等将 速度分解成垂直方向平均值和它们的差值之和，把三维问题简化为一个二维问题和若干个 一维问题。 数学计算方法的实质就是离散化和代数化，离散化即把无限信息系统变成有限信息系 统：代数化即把偏微分方程变成代数方程。目前，常用的数值计算方法有：有限差分法、 有限单元法、有限体积法、边界元方法、有限分析法即特征线法等。 对于河工物理模型试验而言，试验成果的质量在很大程度上取决于量测技术和试验的 控制水平。河工物理模型试验，采集与控制还处于手工或半自动化的水平，一般很难保证 数据获取的准确性，整体的试验精度更难以保证。不但试验人员的工作量大，而且无法做 到实时、连续、同步检测和控制试验过程，这些都直接影响着试验效率和成果质量。同时， 河工模型造价大，时间氏，虽然在同试验中可以进行各种方案的比较和优化，但对于不 同的河流或不同的河段就要重新试验，其保存性不好，会造成人力物力和时间的巨大浪费。 同时由于它无法使用原型尺寸，在一定程度上限制了河工模型试验的精度。随着现代电子 计算机、水力学及河流动力学、计算数学的发展，为水力计算的模型提供了先进的计算工 具、可靠的理论依据、准确的计算方法。所以，解决河工模型试验中的不足，建立一个数 学模型是一种较好的办法，因为计算机的计算速度快、储存量大，可以将河段划分得比较 细，可以考虑更多的影响因素，从而大幅提高计算精度；同时，可以在短时间内算出众多 方案，进行、分析、比较、优化，从而选出最优方案；另外，数学模型可以采用原型尺寸， 使计算建立在原型的基础上。但是，数学模型也受限于计算机的储存能力和计算速度。因 为泥沙问题十分复杂，影响因素很多，所以对于数学模型其根本性的限制是水利工程中很 多要研究的水流工程不能组成封闭的方程组。而在简化的方程组中，假设关系的精度、系 数的已知程度、空间与时间的分解程度( 下限) 、数值的稳定性和求解方案的收敛性以及 边界和初始条件的己知程度又成为数学模型实用上的限制因素。因此，无论从泥沙运动机 理、河床演变规律到建立模型数值求解等各个方面都需要继续进行深入研究。要使数学模 型趋于完善，还需要大量的实测资料来进行验证和确定参数，故应加强流场及其变化特征 的观测，改进天然河道的观测方法和量测设备，提高数据采集的精度。 文献。”1 将个别水力物理模型和数值模型组成总体模型，称之为混合模型。混合模型 河海大学工程硕士学位论文 兼具物理模型和数学模型的优点，将两者有机结合起来，有效地提高了试验研究的精度 可以解决单一模型不易解决和不能解决的问题。 1 3 本文的研究内容和研究方法 在工程建设中，因码头布设和取、排水工程需要占用长江行洪的部分面积，根据水 法、防洪法、中华人民共和国河道管理条例等有关规定，需对工程建设对上下游河 势及长江行洪、防洪影响进行评估。因此有必要对大唐南京电厂工程涉水建筑物进行行洪、 防洪及河势影响分析。由于工程处于初步可行性研究阶段，建立物理模型为时过早，且时 间要求紧，故采用数学模型进行研究。本论文参考河道管理范围内建设项目防洪评价报 告编制导则编制，根据长江下游水文水资源勘测局所观测的水文及地形资料，利用二维 水流数学模型主要研究t x i 程涉水建筑物对行洪防洪的影响，并与河势分析的结论结合， 分析了工程建设对河势和防洪行洪的综合影响。所作结论供有关部门在设计、决策时使用。 文中除特殊 兑明外，均采用1 9 8 5 国家高程基准。 论文主要由六火部分内容组成，主要研究内容及章节安排如下： 第一章绪论简要说明本课题的提出背景及研究意义，对行洪影响研究方法，以及对 河工物理模型和平面二维水沙数学模型研究进行总结，最后提出本文的研究内容和方法。 第二章工程概况对码头位置、河道情况、建设规模、平面布置、结构方案等进行了 简单介绍。 第三章河道演变分析论述工程河段水文泥沙、工程地质、边界条件、水利设施、水 利规划及安排、河道历史演变概况。根据一系列原型观测资料列河道近期主泓线、断面、 洲滩、河床冲淤、码头附近冲刷坑等进行详细分析，总结近期河道演变规律，并对河道演 变趋势及其对码头影响进行探讨。 第四章平面二维水流数学模型计算介绍平面二维水流模型的建立过程，并根据最新 资料对模型近行，率定和验证，采用模型对几种工况组合进行壅水计算和流速计算，得到 不同工况组合下水位、流速及流态的变化。 第五章工程对防洪影响的综合评价采用稳定、方便的m i k e2 1 c 软件对几种工况下 工程前后的水位、流速、流场等的分析，得出工程的建设对长江+ f 游的行洪影响较小的结 论。 第六章结论与建议根据前几章的分析性和研究成果，进行综合性总结、并对涉水工 程的下一步建设提出合理优化建议。 4 匝寐宦酃捌l佃冰卜删套_【匦 术鸯蚪0 婿 6 第二章工程概况 2 1 工程概况 第二章工程概况 大唐南京电厂工程涉水建筑物主要有大件码头、煤码头各一座，取、排水口设施各一 处，见工程布置图l 一2 。 ( 1 ) 大件码头 根据电厂规划装机容量和电厂厂区布置要求，以及水域的自然条件和卸船工艺要求， 大件码头前沿设计泥面高程h 一4 5 0 m ，为与下游侧取水口之问的位置保持一定的关系，为 保证取水口的安全，大件码头前沿线与卸煤码头基本持平。参照附近已建码头面高程及使 用情况，本工程码头台面设计高程取7 6 5 m 。 大件码头总长度为l o o m ，宽度为2 0 m ，码头结构型式采用高桩梁板式结构，上部结 构采用现浇横梁、预制纵梁及叠合面板结构。基桩采用8 0 0 m m p h c 桩，每榀排架布置6 根 桩，排架间距为5 5 m 。为考虑在设计低水位时方便系缆，在码头前沿布置下层系船柱。 引桥总长度约为4 4 9 2 m ( 至后侧大堤为止) ，宽度为l o m 。引桥结构型式采用高桩梁 板结构，上部结构采用现浇横梁、预制纵梁及叠合面板结构。桩基分别采用 8 0 0 m mp h c 桩( 一2 m 等深线以下) 和巾9 0 0 钻孔灌注桩( - 2 m 等深线以上) ，每榀排架布置3 根桩，排 架间距分别为8 m 和l o i n 。从距码头约1 4 0 m 处以0 7 3 的坡度抬高，以便平交江堤。 大件码头前沿泥面高程：一1 3 5 m 煤码头前沿泥面高程：一1 3 6 m 码头台面高：7 6 5 m 码头底梁高程：4 4 5 m 码头后堤防顶高程：8 1 8 3 m 挡浪墙顶高程：1 0 3 m 码头引桥面高：7 6 5 8 1 m 码头引桥底板高：5 4 5 5 9 m 防洪设计水位：7 5 4 m ( 2 ) 煤码头 拟建3 5 万吨级煤码头位于电厂的北侧水域，大件码头和取水口的下游。码头前沿设 河海大学工程硕士学位论文 计泥面高程按一1 2 5 m 考虑，正常年份可以满足： 5 万吨级船舶的靠泊。遇特殊水文年， 采取局部疏浚的工程措施，保证3 5 万吨级船舶的靠泊，以满足电厂用煤的需要。 与前方码头高程一致为7 6 5 r n 。在引桥根部将通过引桥面的纵向变坡与陆域长江大堤 连接。卸煤码头呈“广”形布置，通过一座引桥与后方相接。# l 转运站布置在码头上游 端部，与电厂厂区的# 2 转运站( 江苏省电力设计院设计) 通过输煤栈桥( # 2 廊道) 相 连接。码头上游后侧布置有综合楼平台。 考虑到卸煤码头要进行散货装卸作业，卸船机轨距为2 2 m ，并考虑轨道两侧预留宽度， 为满足运输及工艺要求，卸煤码头宽度定为2 8 m 。码头总长度为2 7 0 m ，宽度为2 8 r n ，码头 结构型式采用高桩梁板式结构，上部结构采用现浇横梁、预制轨道粱和预制纵粱及叠合面 板结构。基桩采用西1 0 0 0 r a m p h c 桩，每榀排架布置7 根桩，排架间距为7 m 。 引桥总长度约4 5 2 0 m ( 至后侧大堤为止) ，宽度为1 2 m 。引桥结构型式采用高桩粱板 结构，上部结构采用现浇横梁、预制纵梁及叠合面板结构。桩基分别采用0 8 0 0 1 1 1 r 1p h c 桩 ( 一2 m 等深线以下) 和巾9 0 0 钻孔灌注桩( 一2 r n 等深线以上) ，每榀排架布置3 根桩，排架 间距分别为8 m 和1 0 m ，从距码头约9 6 r a 处以0 6 1 的坡度抬高，以便平交江堤。另外，在 煤码头的拐角处建设综合楼，综合楼平台结构型式采用高桩墩式结构，上部结构采用现浇 钢筋砼墩台，基桩采用中8 0 0 m mp i q c 桩。 ( 3 ) 取水口 电j 一取水工程设计方案，考虑在大件码头下游与煤码头上游之洲布置两个取水口头 部，2 个取水头按上下游顺列设置，均为钢制蘑菇头形式，采用钢管桩支承，取水头布置 在一1 2 m ( 吴淞高程，0 4 年】2 月长江下游水文水资源勘测局测图) 等深线附近，取水头蘑 菇头顶高一1 6 0 m ( 吴淞高程) ，直径1 2r n 。引水管为2 根重力引水钢管( d n 3 4 0 0 钢管) ， 采用顶管与浮运沉管法相结合的施工方式。循环水泵房设在长江大堤内，地下结构采用沉 井法施工，封底一般采用水下封底，沉井下面采用混凝土钻孔灌注桩支承。i ：部结构为钏 筋混凝土排架结构。循环水压力管采用基坑支护措施大开挖施工，钢管下面的地基采用碎 石桩加固。 ( 4 ) 排水口 电厂冷却水排水由主厂房排出，经虹吸井、钢筋混凝土双孔排水沟道至排出口后，直 排入长江。排出口建在江边，位于大道河河口上游。 排水沟为现浇双孔钢筋混凝土结构，采用基坑支护措施大丌挖施工，排水沟下 面的地基采用碎石桩加固：2 6 0 0 m w 机组排水沟尺寸为2 x 3 0 t a x 3 0 r n 排出l 为钢筋 r 第二章工程概况 混凝土结构，采用基坑支护措施大开挖施工。排水沟道底部高程为0 3 5 m ( 吴淞高程) ， 消力池底部高程为一0 3 m ( 吴淞高程) 。在主防洪大堤外侧建设闸门井和工作桥，排水沟穿 堤段应按规定进行防渗处理，大堤迎水面排水沟开挖处两侧一定范围内护坡处理。 大件码头及引桥结构剖面图见图2 1 ；煤码头及引桥结构剖面图见图22 ：取水、排 水设施结构剖面图见图2 3 、图2 4 。 2 2 河道基本情况 2 2 1 河道概况 拟建厂址位于世业洲分流区的右侧南京市栖霞区靖安街道长江村。世业洲汉道上游是 仪征水道，下游为镇扬河段的六圩弯道。河道的基本特征见表2 1 。 表2 1河道基本特征值统计表 水道名称河型 河长面积 河宽水深宽深比 仪征水道顺直 1 2 03 1 6 8 41 6 5 01 9 22 1 世业洲左汊 顺直1 3 01 0 7 9 89 3 11 1 62 6 汉道 右汉弯曲 1 5 52 2 7 8 8 1 5 5 8 1 4 62 7 六圩弯道弯曲 1 3 53 4 4 7 52 4 0 41 4 33 4 计算水位：36 n , 仪征水道：仪征水道属单一微弯河道，上起三江口及陡山节点，承接南京河段龙潭水 道，下迄世业洲汉道分流段，长约1 2 o k m 。深泓由上游龙潭水道三江口的右岸过渡到左岸 陡山礁板矾紧贴左岸下行，进入世业洲汉道。仪征水道由于进口处陡山礁板矶和近期形成 的三江口节点控制，总体河势相对较为稳定。 镇扬河段世业洲汉道：自泗源沟到龙门口，世业洲属微弯双分汊河型，右汊为主汉， 平面形态呈一个大弯道，长度约为1 5 5 k m ：左汉为支汊，河道平面形态微弯，河道顺直， 长度约为1 3 k i n 。世业洲东西全长 3 k m ，南北最宽3 9 k m 。 六圩弯道上起瓜洲，下迄沙头河，长约1 3 5 k m ，为弯曲型河道，深槽靠近左岸一侧， 右侧为征润洲，是世业洲汉道与和畅洲汊道的连接段。 河海大学工程硕士学位论文 2 2 2 河床地质条件 南京河段位于扬子准地台南京凹陷中部。下三山梅子洲位于次级构造单元马鞍山隆 起。梅子洲三江口位于宁镇弧形褶皱带的北部与六合隆起相邻。印支运动产生的一系列 断裂，组成了长江下游挤压破碎带。南京地区除了上述纵向大断裂外，还有横向断裂与长 江下游破碎带交汇，横向断裂在下三山、下关、八卦洲右汉及栖霞山等地均有发现。地质 资料分析说明南京河段的走向与医江下游挤压破碎带一致；大地构造线在南京以西呈n e 向，南京以东转s e 向，因此，南京河段位于一级河曲上，弯顶在八卦洲，长江水流在此 改变走向，是水流受大地构造控制的反映；八卦洲、兴隆洲位于纵横断裂交汇处。 南京河段的河床除个别基岩直接裸露外，都是现代河流冲积物。除直接i 临水的下三i h 、 燕子矶等山矶外，河岸大多属第四纪沉积物，上层为粘土、亚粘土或粉砂亚粘土，抗冲能 力强，厚度一般在2 5 m 左右，粘土覆盖层较厚的地段如三江口则形成平面形态的凸咀。 第二层次为粉细砂层，抗冲性较差；第三层为中粗砂，这两层的厚度约4 0 5 0 m 。再向下 是基岩上的粗砾石层，最下面是基岩，高程一般在一5 0 m 以下。 镇扬河段地质构造属扬子准地台，构造线方向本河段范围内呈西东向，出五峰山后即 呈西北东南向，河势与构造线的走向一致。南岸为宁镇山脉北麓，有系列的低矮山丘， 除征润洲及少数岸段外，大多为第四纪晚更新世由河流堆积作用形成的下蜀黄土阶地，土 质抗冲性强。河漫潍分布不均匀，呈上窄下宽。北岸从陡山到瓜洲一带是维扬蜀岗的边缘， 上层为河漫滩相亚粘土l 3 m ，中层为淤泥质亚粘土和亚粘士与粉砂十互层，下层为河床 相粉细砂。 2 2 3 水文气象特征 水位：拟建工程河道属于感潮河段，在其上游设有南京水位站，下游设有镇江水位站， 多年实测资料表明，本河段水位受睦江径流与潮汐双重影响，主要受长江径流控制，一般 每年5 1 0 月为汛期，1 1 月次年的4 月为枯季，水位每曰两涨两落，为非正胤半卜j 潮型， 涨潮历时3 个多小时，落潮历时8 个多小时，水位年内变幅较大。大通站水文站是长江入 海阿径流控制站，大通站水位及南京站潮位年特征值见表2 2 ，镇江水位站水位特征值见 表2 3 。 流量、泥沙、流速：工程河段处于长江下游感潮河段，受潮波上溯的影晌，流速过程 1 0 第二章_ t - 程概况 呈近似于诈弦波，每天高潮位前往往出现当日内最小流速，低潮位前出现当日内最大流速， 本河段无明显的涨潮流。因此，影响工程河段河床演变的主要因素是长江上游的径流作用。 表2 2大通站水位及南京站潮位年特征值统计表 i 站名项目特征特征值 发生日期统计年份 历年最高水位 1 4 7 01 9 5 4 0 8 o l1 9 5 0 2 0 0 4 大通水位 历年最低水位 1 2 51 9 6 1 0 2 0 31 9 5 0 2 0 0 4 多年平均水位 6 8 81 9 5 0 2 0 0 4 历年最高 8 3 1 1 9 5 4 8 1 7 潮位( m ) 历年最低 一0 3 7 1 9 , 5 6 1 9 汛期最大 1 3 1 1 9 9 2 9 2 5 潮差桔季最大 1 5 6 1 9 6 2 3 7 统计年份 南京 最小潮差 01 9 6 5 9 51 9 5 0 落潮平均 8 5 1 9 5 6 1 9 9 9 2 0 0 3 矩 历时( 小时) 涨潮平均 3 9 历年最大7 8 11 9 9 9 年变幅( m ) 历年最小4 8 92 0 0 1 表2 - 3镇江水位站水位特征值表 项目特征值发生时间 i 多年平均水位( m ) 2 5 2 历年最高水位( m ) 6 7 01 9 9 6 8 1 历年最低水位( m ) 一0 6 5 1 9 5 9 1 2 2 涨潮最大潮差( m ) 2 3 21 9 7 9 1 3 0 落潮最大潮差( m ) 2 2 0 1 9 7 9 1 3 0 最小潮差( m ) o o o1 9 6 9 9 6 据统计大通站以下干流区间入江流量约占大通站流量的3 左右，大通水文站的流量、 泥沙特征基本代表长江下游来水、来沙特征。大通水文站流量泥沙特征值见表2 4 。 从来水来沙的年际变化来看，5 0 6 0 年代出现丰水多沙和中水中沙年的组合较多，2 0 世纪7 0 年代的出现了三次来小水少沙年：8 0 年代上半期出现大( 中) 水多沙年；进入9 0 l l 河海大学_ y - 程硕士学位论文 表2 - 4 大通水文站流量、泥沙特征统计表 项目特征值 发生日统计年份 历年最大 9 2 6 0 01 9 5 4 8 119 5 0 2 0 0 4 流量( m 3 s ) 历年最小 4 6 2 0 1 9 7 9 1 319 5 0 2 0 0 4 多年平均 2 8 6 0 0 l9 5 0 2 0 0 4 历年最大 3 2 4 1 9 5 9 8 61 9 5 0 2 0 0 4 含沙量( k g m 3 ) 历年最小0 0 1 61 9 9 93 31 9 5 0 2 0 0 4 多年平均0 4 6 91 9 5 0 2 0 0 4 历年最大 6 7 81 9 6 419 5 0 2 0 0 4 输沙量( 1 0 8 f ) 历年最小 1 4 72 0 0 4 1 9 5 0 2 0 0 4 多年平均 41 8 19 5 0 2 0 0 4 表2 - 5 大通水文站来水来沙年内分配统计表 流量 多年平均输沙率多年平均 月 多年平均年内分配多年平均年内分配含沙量 份 ( mr l s ) ( ) ( k g s )( ) ( k g m ) l1 1 0 0 03 2 l1 1 4 0o 7 40 0 9 8 21 1 7 0 03 4 21 1 5 0o 7 4 0 0 9 3 31 6 0 0 04 6 82 4 0 01 5 5o 1 4 2 42 4 0 0 07 0 15 7 4 0 3 7 10 2 3 4 53 3 8 0 09 8 81 1 6 0 07 4 90 3 2 4 64 0 1 0 0儿7 21 6 2 0 01 0 4 60 4 0 l 75 0 5 0 01 4 7 63 5 7 0 0 2 3 0 50 7 4 2 r 84 4 1 0 01 2 8 92 9 4 0 01 8 9 80 7 0 2 g4 0 3 0 01 1 7 82 6 2 0 01 6 9 1o 6 7 7 1 0 3 3 3 0 0 9 7 31 6 2 0 0 1 0 4 6o 4 9 5 1 12 3 2 0 06 7 86 6 5 04 2 90 2 9 2 1 21 4 2 0 04 1 52 4 4 01 5 8o 1 7 0 5 l o 月 4 0 4 0 07 0 7 52 3 5 0 08 7 3 50 5 5 7 年平均 2 8 6 0 01 1 4 00 4 6 9 备注：流量根据1 9 5 0 2 0 0 4 年资料统计； 输沙率、含沙量根据1 9 5 1 、1 9 5 3 2 0 0 4 年资料统计； 第二章王程彀瓿 年代后，遴续出现大水小沙或中水小沙年，来水来沙的变化对河道的冲刷和淤积具有重要 豹影嚷。近些年来，长江连续出现几次大水，1 9 9 5 年洪峰流量为7 4 5 0 0 a 1 s ，1 9 9 6 年洪蜂 流量出现7 5 0 0 0 m s ，1 9 9 8 年洪峰流餐达8 1 7 0 0 m i s ，1 9 9 9 年滋峰流量达戮8 4 5 0 0m 3 s 。 值得关注的是，大通水文站监测资料表明，近两年来长江上游来水来沙出现小水少沙年， 麴2 0 0 4 年年平均流量为2 4 9 0 0 m 。s ，输沙量1 4 7 i 0 8 t ，其变化的原因有待搜象资籽进一 步分桥研究。扶来承柬沙的年内分配稽，大逶水文站年虑来水采沙主要集中在l 嘏期，水量 约占全年的7 0 7 5 ，沙蹩约占全年的8 7 3 5 ，沙峰般略滞聪于洪峰。大通水文站来水 来沙年痰分配见表2 - 5 。 南京澍段位于长江下游溺医界内，冀流速特征澄本表蕊为瞄径流为主的单向流，据南 京河段内实测水文测验资料，洪水期流速曾达3 3 9 m s ，平均流速在i 1 i 4 m s ，枯水 麓流速约在1 o m s 。承嚣跳降洪水鬻般在1 o 2 5 2 i 0 1 左右，桔水赣一般在0 7 3 5 6 3 xi 酽左右。高流遮区般在弯i l 莹凹岸深稽区稻水工建筑物辩近( 如桥蹲) ，低流速区 一般在边滩和心滩床面。 气象：马渡厂垃虽处亏：南京市壤内，毽距仪 霰气象台最近，该台姿辩更熊代表厂址遗 区气象情势。据该台1 9 5 9 2 0 0 0 年漆辩统计，各气象要素特征德如下： ( 1 ) 气温 历年乎均气温为： 1 5 。2 。c 极端最高气温为：3 9 8 e ( 1 9 5 9 年8 月2 2 目) 极端最低气温为： 一1 5 1 ( 1 9 6 9 年2 月5 日) ( 2 ) 降承 历年最大年降水量： 历年最大一f j 降水量 历年平均辫零鳖为： ( 3 ) 蒸发量 历年最大年蒸发量： 历年乎均年蒸发量： ( 4 ) 臀暴 历年平均雷黎天数： 历年最多年羲黎爨数 ( 5 ) 风速风向 1 7 4 6 0 胁m 。堤防高程设计超高1 5 2 o m 。堤防已经达标。 2 a 现有水利工程及其它设施情况 分析河段内主要的水利工程除堤防工程外，还有河道整治工程及其他工 程设施。 第二章工程概况 2 3 1 河道整治工程 i 9 7 0 1 9 8 0 年期问，南京河段开展了把加固险工段和控制主流转向位置结台起来的河 道整治工程。全面加固护岸的有：七坝、大胜关梅子洲头、八卦洲右汊及栖霞龙潭水 道的护岸工程，累计长度约3 7 k m ，使南京长江大桥以上主流得到基本控制，河势趋于基本 稳定，整治效果明显。 1 9 8 5 1 9 9 1 年问，开展了南京河段集资整治工程。以维护八卦洲头分水鱼嘴和控制、 稳定三江口节点为重点，兼顾南京河段其他对河势不利影响的严重崩岸段的规划设计方 案，主要有七坝、大胜关、八卦洲头等1 3 处进行了抛石护岸加固，并于1 9 9 3 年基本竣工， 对南京河段河势的稳定起到重要作用。1 9 9 8 年长江特大洪水后，又对被洪水损坏的局部江 段进行了加固和护理。南京河段河道整治工程效果明显，作用巨大。为进一步整治长江南 京河段的总体河势，为沿江经济建设，岸线开发综合利用创造条件，有关部门已实施南京 河段二期整治工程。其主要任务是：对处于自然演变状态下的新济洲汉道段进行控制，并 为下游河段河势的稳定创造有利条件；维持梅子洲分汊段现状分流比的持续稳定；重点整 治八卦洲分汉段，改善左汊进流条件，适当扩大左汊分流比，抑制右汉的进一步发展；稳 定栖霞龙潭湾道现有的单一弯道河势，保证出流的稳定，为下游镇扬河段的稳定创造有利 条件。 根据南京河段二期河道整治工程规划报告，南京河段二期河道整治护岸总长 6 2 5 9 k m ，其中新护1 9 8 5 k m ，加固4 2 7 4 k m ，工程项目见表2 6 。到目前为止，南京河段 二期整治工程已经进入实施阶段。见河道治理图2 5 。 镇扬河段一期整治工程于1 9 8 3 年开始实施，1 9 9 3 年竣工，历时1 0 年。共新建护岸 1 7 8 k m ，加固护岸2 0 2 k m ，总计抛石4 4 7 4 万吨，沉梢石2 8 4 万m 2 。镇扬河段虽经一期 工程的整治及局部应急措施，使河势得到了初步控制，但并未完全稳定，尤其是1 9 9 5 、1 9 9 6 年连续两年大洪水，险工段崩岸时有发生，特别是和畅洲汊道左兴右衰的趋势仍未停止， 为此，从1 9 9 8 年5 月开始实施镇扬河段二期整治工程，主要工程包括世业洲汉道、六圩 弯道、和畅洲汉道护岸等13 项。完成的项目有，新建护岸2 6 5 2 m ，加固护岸1 2 1 6 0 m ，抛 石7 8 7 1 6 3 m 3 ，碎石3 3 4 8 m 3 ，土方4 7 2 7 2 m 3 ，沉梢9 4 1 0 0 m 2 。 为沿江岸线和水域的进一步开发利用创造了良好的条件。2 0 0 2 年4 月长江水利委员会 批准了长江镇扬河段二期整治工程和畅洲左汉口门控制工程单项初步设计报告，2 0 0 2 年9 月开始实施和畅洲左汉口门控制工程，水下主体工程于2 0 0 3 年9 月4 日全部完工。 河海大学工程硕士学位论文 实际完成抛石护底2 8 1 2 9 1 m 3 ，完成塑枕坝体及浅滩部位抛石护顶6 7 3 1 4 3m 。，河道治艘见 围2 - 6 。 表2 6南京河段= 期整治工程项目表 工程顼瓣工程霉瓣 铜井河口段沉排护岸工程维持新生洲右汊现状分流比，保护堤防安全 维持济潜水邀现状分流比，防止七坝顶冲点上 耨滚滚差i 缘是帮撼器护岸工程 滋，增鸯鞋薪钓除工段 新济洲左缘头部抛石护岸工程防止串沟口门避一步扩大，避免左岸顶点下移 七坝段挞石熬强护簿工程缝持七埂节点，铩护抟由圩一蒂提茨安全 大胜关抛石加固护岸工程保护提防安全，维护下游河势稳定 梅子洲左缘抛石加固及尾端 镶持主流走灌骥 左汊豹现有游势 f 惩沉辩护岸王巍 八卦洲左右缘抛石加固护岸工维护现有河势，避免右汊分流比进一步扩大，确 程及洲头鱼嘴抛石加固工程保洲头鱼嘴稳定 燕予辍段撵石加黼护岸工程稼护防洪安全及下游淹势稳定，维护燕子砜节点 天河口抛石加固扩，岸工程维护现有河势稳定 西瑷激石热霞护岸王程缳护提陵安全，维护秀臻节点 栖霞院潭抛石护岸加固工程保护提防安全及下游河势稳定，维护现有湾道形态 八羚洲头圈堤工獠防止高水时漫潍水流翻越潍顶，减小左汉分流比 1 , 3 2 = 程段其他设施情况 魄厂厂蛙翳近辽岸为叁然岸线，素进行大瓶撰嚣开发，没有丈型戆涉承建筑设藏。嚣 前，拟建大件码头上游约3 5 0 m 娥过江电缆保护匿的下界，以，t 约9 0 0 m 鼹电缆保护区的上 界，紧挨着是大年河口，大年河口宽约5 0 m ，设有排水涵闸，e l 门附近怒几处小型岸瓞式 弱头，稼大年承运联运羁头，弱头上瓣有几个鑫然岸鞍戆时沙码头，到酝家沟一繁均寒骞 涉水建筑物。拟建电厂排水口下1 3 0 0 m 为大道溺日，也是南京市和镇江市的赛河，大濑弼 6 第二章工程概况 宽约5 0 m ，为通江河道，河道内建有几处小型码头，另建设有排涝涵闸。工程段水利及其 它设施详见图27 。 2 4 工程区地质情况 根据可研性报告提供的本工程相邻地区地质资料， 勘探区在勘探深度范围内揭露的 土层，主要为第四纪松散堆积层：褐黄色素填土、褐黄灰黄色粉质粘土、灰黄色淤泥质 粉质粘土、灰黄色粉砂、灰黄色细砂含砾、灰色粉细砂及灰色粉质粘土央砂。 根据揭露土层的地质时代、成因类型、分布规律、埋藏深度、土的物理力学性质指标 及标准贯入击数等工程地质特征，将土层自上而下划分为4 个层，9 个弧层，各土层的工 程地质特征详述如下： i 素填土( k c ) 褐黄色，软塑。粉质粘土性，含植物根茎及氧化晕，无层理。含有机质。该层在勘探 区陆域分布，一般厚度为0 3 2 o m ，为陆域表土层。 i i1 淤泥质粉质粘土( a 1 一m q 4 ) 灰黄色，饱和，流塑。土质不匀，切面稍粗糙，摇震见反应，夹粉细砂微薄层，含少 量云母碎片。该层在勘探区水域部分揭露，分布不稳定，厚度3 6 7 9 m ，顶板直接裸露 江底。标准贯入击数 1 击。 i i2 粉质粘土( a l - m q 4 ) 褐黄灰黄色，饱和，可塑偏软软塑。土质不匀，切面较光滑，摇震无反应，含铁 锰结核及氧化斑迹，局部为淤泥质粉质粘土。该层在勘探区陆域分布，厚度0 7 1 9 m ， 顶板标高+ 3 1 + 3 5 【f i 。 i i3 粉砂( a - m q 4 ) 灰黄灰色，饱和，松散。砂质不匀，局部为砂质粉土，切面粗糙，摇震反应较迅速， 夹少量粉质粘土微薄层。该层在勘探区陆域分布，厚度6 6 9 9 m ，水域顶板直接裸露江 底，陆域顶板标高为+ 2 8 0 + 1 - 6 0 m 。标准贯入击数一般为3 9 击。 1 1 4 含砾细砂( a l - m q 4 ) 灰黄灰色，饱和，松散中密。质较纯，粒不匀，切面粗糙见砾，摇震反应较迅速， 含云母碎片。该土层在勘探区分布较稳定，厚度为7 3 1 5 2 m ，水域直接裸露江底，陆域 顶板标高为一5 7 8 6 m ，标准贯入击数一般为7 1 9 击。 i i5 淤泥质粉质粘( a l m q 4 ) 17 河海大学工程硕士学位论文 灰黄色，饱和，流塑。土质不匀，切面较粗糙，摇震见反应，夹粉土薄层，单层厚约 2 a m 。该层分布不稳定，仅以透镜体状分布在i i3 粉砂层中，厚度0 8 - - 1 5 m ，顶板标高 0 7 一3 4 m 。标准贯入击数l 3 击。 i i i l 粉细砂( a l - m q 4 ) 灰色，饱和，中密密实。砂质较纯，粒不匀，切面粗糙，摇震反应迅速。局部央粘 性土薄层，含云母碎片。该土层稳定分布在整个勘探区内，厚度本次未揭穿，已揭示部分 厚度大于2 2 0 m ，顶板标高一般为一1 9 3 - - - 2 6 1 m ，标准贯入击数一般为1 7 3 6 击，个 别大于5 0 击。 i i l 2 粉质粘土夹砂( a l - m q 4 ) 灰色，饱