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第四章 河口治导线调整方案
第一节 调整原则和范围 一、调整原则 （1）保障设计洪水安全下泄，不抬高行洪水位；在独流减河强迫行洪时，确保洪水安全下泄，并适当留有余地。 （2）统筹兼顾，在保证防洪安全的情况下，兼顾河口地区综合开发利用，充分发挥河口的综合功能，为促进河口地区经济发展创造条件。 （3）尽量维持现有河口中心线位置不变，沿涨落潮主轴方向，减少滩地行洪阻力，治导线中轴线与独流减河口防潮闸中心线基本一致。 二、主要依据 （一）有关法规文件 （1）《中华人民共和国水法》； （2）《中华人民共和国防洪法》； （3）《中华人民共和国河道管理条例》； （4）《天津市河道管理条例》（2005年）； （5）《海河独流减河永定新河河口管理办法》（水利部令第37号）。 （二）有关设计文件及规范 （1）《三河口规划》及水利部《关于海河流域海河口、永定新河口、独流减河口综合整治规划报告（报批稿）的批复》（水总〔2001〕267号）； （2）水利部《关于海河流域海河口、永定新河口、独流减河口综合整治规划治导线调整项目任务书的批复》（水规计〔2006〕51号）； （3）《海河流域防洪规划》及《国务院关于海河流域防洪规划的批复》（国函〔2008〕11号）； （4）《独流减河治理工程可行性研究报告》及天津市发改委津发改农经〔2010〕575号《关于独流减河治理工程可行性研究报告的批复》； （5）《天津市南港工业区总体规划》及批复意见； （6）《天津港总体规划（2011～2030）》及批复意见； （7）国家有关规范及规定。 三、规划范围 独流减河口（含大港分洪道）研究范围：北至独流减河现北治导线以北1km，南至现南港工业区北固化边界，东至-9.0m等深线，西至独流减河进洪闸。 第二节 调整思路 一、总体思路 治导线调整以原规划治导线为基础，以满足行洪要求、保证洪水安全下泄、稳定河口流势为前提，兼顾河口两岸开发建设需要，充分发挥河口综合功能。通过研究治导线宽度和平面布置对行洪能力、水流流态、闸下淤积及清淤量等的影响，拟定治导线方案。 二、技术路线及手段 独流减河口属典型的淤泥质海岸，自然条件复杂，潮汐受渤海湾潮波控制。在风浪和潮流共同作用下，海底淤泥被掀起，随涨潮流向近岸输移。为能较准确模拟河口潮汐运动情况，拟在对自然条件分析的基础上，采用二维恒定流数学模型、二维非恒定流泄流数学模型、防潮闸泄流能力正态物理模型和潮汐定床水流整体物理模型等多种手段，对独流减口防潮闸及闸下通道泄流能力进行论证。运用闸下港区泥沙回淤分析、二维潮流泥沙数学模型和波浪潮流泥沙整体物理模型，对不同治导线布置方案闸下通道及港池航道泥沙回淤状况进行预测；提出满足独流减河安全泄洪条件下，该河口综合整治规划治导线调整相关联的闸下清淤槽布置和河口治导线宽度及平面布置等技术方案。 三、模型范围及边界 （一）河口闸下恒定流泄流数学模型 以河口防潮闸中心线为基准，恒定流泄流数学模型南北宽6km，上游边界至防潮闸上500m，下游边界离岸约20km至-8.6m（-6m理论基面）等深线附近，见图4-1。  图4-1 独流减河口恒定流数学模型研究范围
（二）河口非恒定流泄流数学模型
计算采用三级（层）嵌套模型：第一层模型（简称大模型）涵盖整个渤海；第二层模型（简称中模型），范围为渤海湾；第三层模型（简称小模型）为工程区模型，计算范围南、北分别距离独流减河口约30km，东西长60km。图4-2为各级嵌套模型的计算范围示意。
 图4-2 大、中、小三级模型范围示意图
（三）防潮闸泄流能力正态物理模型
防潮闸泄流能力水工模型模拟范围包括：闸上游河道长度约1000m（进口处河道宽约750m）、闸下游河道长度1500m（模型尾端宽度约1000m）。
正态模型平面比尺与垂直比尺相同，为λl=λh=80，计算得糙率比尺2.08，流速和流量等比尺分别为8.94和57243.34。
防潮闸闸下地形采用天津水运工程勘察设计院2009年3月测量的“独流减河口地形图”（1:2000）。闸上65+960~67+000段采用2007年实测地形。模型上每1m布置一条地形断面，闸址地形按建闸设计地形与自然地形衔接。
模型床面以水泥沙浆抹面。原型河道设计糙率为0.022~0.025，由糙率比尺可计算得到模型糙率为0.011~0.012，抹光的水泥沙浆面糙率为0.012~0.013，与之基本相当或略微偏大。因此，本物理模型无需加糙，且试验结果会略微偏于安全。
（四）波浪潮流泥沙整体物理模型
整体模型模拟范围外海边界至海图10~12m水深处，离岸方向约40km，沿岸方向河口左右两侧分别为12km和18km，共30km。根据相似条件、模型研究范围以及试验场地条件确定，模型平面比尺λl=1000，垂直比尺λh=120。模型中海域部分的尺度为30m×40m，模型研究范围见图4-3。
模型以断面控制高程，水泥沙浆抹面而成，并用菱形橡皮加糙。防潮闸按照几何比尺的要求，采用有机玻璃材料制作。在泥沙模型试验中，选择容重为1.16t/m3，其中值粒径为d50＝0.08mm木粉作为模型沙。模型外海潮流采用尾门控制，波浪则采用传统的推板式造波机造波。模型控制系统、量测系统包括流速测量、潮位测量、含沙量测量等均采用电脑进行数据采集和处理。
模型制作和设备安装调试完成后，进行潮汐水流运动验证和闸下河道泥沙冲淤验证。详见《独流减河综合整治规划调整试验研究报告》。
 图4-3 独流减河口综合整治规划调整试验研究整体物理模型研究范围示意图
第三节 治导线调整方案
本次治导线调整的基础是将原规划中安排由大港分洪道承泄的900m3/s改由防潮闸承泄，即防潮闸泄流能力按4500m3/s考虑。
一、边界条件
根据批复的独流减河治理可研，独流减河设计泄洪3600m3/s，进洪闸上、闸下水位分别为6.44m和6.29m，防潮闸上、闸下水位3.81m和3.42m。由于独流减河河道比降很缓，河口不同的治导线和清淤方案相应的水位变化，可影响到独流减河进洪闸，本次调整治导线研究，以设计行洪3600 m3/s时，防潮闸闸下水位不超过3.42m，非常运用条件下行洪4500 m3/s时，独流减河进洪闸上水位不超过6.94m为控制条件。
1、进洪闸控制水位
独流减河进洪闸于2006年进行了改建。根据水利部《关于独流减河进洪闸除险加固工程初步设计报告的批复》（水总〔2004〕225号），独流减河进洪闸设计流量3600m3/s，相应闸上、闸下水位分别为6.44m和6.29m。东淀超标准运用时控制水位可抬高0.5m，即为6.94m，同意此水位作为进洪闸防洪最高水位。
当东淀超标准运用时，第六埠控制水位可抬高至6.94m，独流减河进洪闸泄洪4500m3/s，按批复的闸孔规模推算，相应进洪闸闸下水位6.79m ，进洪闸上下游水位差为0.15m。鉴于独流减河进洪闸已改建完毕，闸孔规模已基本确定，本次暂按设计水位差0.15m考虑，其安全余量可结合防潮闸改建及延长闸下清淤槽来实现。本次调整治导线，独流减河河道采用设计断面，对独流减河泄洪4500m3/s时，不同防潮闸上水位对应进洪闸下水位进行了相关计算分析，计算成果见表4-1。由表可知，当独流减河泄洪4500m3/s，进洪闸闸下水位6.79m时，对应防潮闸上水位3.81m。
2、防潮闸闸下水位
防潮闸闸上水位确定后，闸下水位与防潮闸闸孔尺寸等工程布置有关。独流减河防潮闸共26孔，其中过流孔22孔，单孔净宽9.8m，非过流孔4孔。中间18孔设宽顶堰，堰顶高程-2.80m，底板高程-3.38m；中边孔(2孔)和外边孔(2孔)堰顶高程与底板高程齐平，分别为-2.35m和-0.18m。
本次调整治导线，研究原由大港分洪道承泄的洪水，将全部由防潮闸下泄的可能性。防潮闸最大过流能力将达到4500m3/s，防潮闸需进行适当的改建或扩建。不同的改扩建方案相应的过闸水头损失和闸下水位不同，为留有安全余量，本次治导线调整防潮闸按现状考虑（维持原闸主体结构），防潮闸水头损失为0. 60m。即在非常运用条件下，当防潮闸泄洪4500 m3/s，防潮闸下水位不高于3.21m，防潮闸上水位不高于3.81m，满足独流减河进洪闸上最高水位不超过6.94m控制要求。
  3、潮水位
独流减河口设计潮型采用1972年7月26日潮型（简称“72”潮型），其设计最高潮位为2.24m。风暴潮采用1972年7月27日潮型，最高潮位为2.81m。
防洪规划考虑大清河中下游地区防汛（风险）调度，在非常情况下，减少文安洼、贾口洼的分洪几率，东淀超标准运用，第六埠控制水位可抬高至6.94m，独流减河进洪闸泄洪4500m3/s，独流减河强迫行洪。
治导线调整洪潮组合方式采用独流减河行洪4500 m3/s与“72.07.26”设计潮型组合；并计算分析 “72.07.27” 风暴潮对独流减河防潮闸下行洪3600 m3/s和4500 m3/s的泄流影响。
二、方案拟定
1、治导线宽度方案
在拟定治导线宽度方案时，考虑如下边界条件，闸下清淤按1300m（详见表4-2），自闸下4020m开始，长约9400m港池航道底宽按一半（约800 m）考虑，底高程-17.6m；河口采用设计潮型；泄洪流量4500 m3/s；治导线平面布置按南治导线不变，北治导线相应北移。独流减河口原治导线宽度为1200m，鉴于河口泄量由3600 m3/s增加到4500 m3/s，治导线宽度方案下限取1400 m，考虑北侧已建防波堤距南治导线约1800m，故治导线宽度方案上限取1800m中间内插1600m方案。即：
宽度方案1：治导线宽度1400m；
宽度方案2：治导线宽度1600m；
宽度方案3：治导线宽度1800m。
不同治导线宽度见图4-4。
2、闸下清淤槽方案
河口清淤是保证独流减河及其河口泄洪能力的重要手段。已批复的《独流减河治理工程可行性研究报告》独流减河口防潮闸下规划清淤槽长1000m，底高程为-2.6m，底宽200~150m。治导线调整闸下清淤槽方案在原规划1000m清淤槽的基础上，采用南治导线不变，治导线宽度1600 m，河口泄洪4500m3/s ，河口设计潮型条件下，结合建港情况，清淤槽长度考虑1300m清淤槽和1900m清淤槽2种不同规模的清淤工况，比选四个方案，即：
清淤槽方案1：1300m清淤槽，通道内为现状地形；
清淤槽方案2：1900m清淤槽，通道内为现状地形；
清淤槽方案3：1900m清淤槽，通道内仅挖航道，挖航道时清淤槽与航道贯通，航道规模为5万t级，即航道底宽180 m，底高程-15.09m；
清淤槽方案4：1900m清淤槽，通道内开挖港池航道，清淤槽与港池航道贯通，港池航道按南港规划10万t级港池航道，航道底宽300 m，底高程-17.59m。
闸下不同清淤槽工况见表4-2。
闸下不同清淤槽平面布置见图4-5，闸下不同清淤槽纵断见图4-6。
 3、治导线平面布置方案
针对治导线宽度1600 m，规划港池，1000m清淤槽情况下，河口泄洪4500m3/s ，河口设计潮型，比选以下2个方案，即：
平面布置方案1：沿防潮闸中心线对称布置方案，如图4-7；
平面布置方案2：原南治导线位置和走向维持不变，平移北治导线方案。
4、导堤固化长度方案
结合平面方案2（南治导线位置不变）、宽度方案2（治导线宽度1600m，固化长度16.5km）、清淤槽方案4（闸下清淤槽1900m，与规划港池航道连通），分析导堤固化长度延长4km对闸下淤积影响。
5、风暴潮对闸下泄流影响分析
结合平面方案2（南治导线位置不变）、宽度方案2（宽度1600m）、清淤槽方案4（闸下清淤槽1900m，与规划港池航道连通），研究风暴潮对闸下泄流及淤积影响，泄洪按3600 m3/s和4500m3/s两种情况考虑。
 图4-4 独流减河口调整治导线南治导线位置不变布置方案示意图
 图4-5 独流减河防潮闸近闸河段不同清淤槽平面示意
（1000m清淤槽－蓝色， 1300m清淤槽－洋红色，1900清淤槽－黄色）
 图4-6 独流减河口闸下不同清淤槽纵剖面图
 图4-7 独流减河口调整治导线中心对称布置方案示意图
三、方案比选
（一）治导线宽度比选
1、不同治导线宽度泄流能力、流速、流态
（1）闸下沿程泄洪水位
图4-8为各方案闸下沿程最高水位对比，不同治导线宽度方案防潮闸下水位统计见表4-3。
由图4-8和表4-3得知，宽度方案1、宽度方案2、宽度方案3三方案闸下最高水位均为3.12m，由此可见，当闸下清淤槽长度为1300m，港池航道底宽按一半考虑，河口采用设计潮型，泄洪流量4500 m3/s，治导线平面布置按南治导线不变，北治导线相应北移，治导线间距由1400m扩大到1800m时，防潮闸下水位基本不变，不同的治导线宽度对防潮闸下水位没有影响。即当闸下建港，清淤槽长度一定情况下，加大治导线间距的办法来增加河口泄流能力的效果不明显。若要增加独流减河口的泄流能力，需要采用扩大闸下河道清淤规模等其他途径，来达到增大泄洪能力，保障河口泄洪安全的要求。
 图4-8 不同治导线宽度方案沿程最高水位对比
（2）通道内沿程流速
图4-9~图4-10分别给出了各方案涨、落潮期间最大流速以及平均流速沿程分布对比。由图可以看到，三个方案通道内航道中心线上流速沿程分布特点一致：涨、落潮期间近闸段流速较大，上述三方案闸下里程1km处泄洪最大流速均在2.25m/s左右，相应的平均流速均在2.20m/s左右；在港池末端~横堤口门段，流速较小：闸下里程4km处，治导线间距1400m、1600m和1800m落潮最大流速分别0.48m/s、0.46m/s和0.44m/s，对应的落潮平均流速为0.21m/s、0.19m/s和0.18m/s，呈现出随着治导线间距增加略有减小的趋势。在闸下里程12km处，上述三个方案的涨潮最大流速和平均流速均分别在0.29m/s和0.12m/s左右，落潮最大流速和平均流速均分别在0.39m/s和0.28m/s左右，变化并不明显。表明三方案对闸下水域流速影响并不明显。
图4-9 外海“72”潮型、流量4500m3/s三个间距通道内建港闸下沿程（中心线）涨落潮期间最大流速对比
图4-10 外海“72”潮型、流量4500m3/s三个间距通道内建港闸下沿程（中心线）涨落潮期间平均流速对比
（3）泄洪流态
图4-11为宽度方案2涨、落急泄洪流态，宽度方案1、宽度方案3的泄洪流态与此类似。由图可见，闸下近闸段涨落潮期间近闸段泄洪流速较大，开挖浚深的港池与航道区域的流速大幅减小，并且依然存在涨潮期间闸下通道内流速明显小于落潮期间流速的特点。
图4-11 外海“72”潮型、流量4500m3/s治导线间距1600m通道内建港泄洪流态
2、 不同治导线宽度泥沙冲淤试验结果分析
图4-12和图4-13分别为宽度方案1～宽度方案3的年均含沙量和年均回淤强度沿程分布。不同治导线间距即不同港区面积的含沙量与淤强分布特征是一致的，在内航道段含沙量较大，回淤强度亦较大；自进入隔堤以内，由于港池（内航道）的开挖提供了泥沙沉积环境，含沙量和淤强明显降低，继续深入港区，含沙量和淤强较快衰减，至港区开挖区末端，含沙量降至0.05kg/m3左右，回淤强度为0.21-0.25m。
图4-12 平常浪不同治导线间距闸下通道港区年均含沙量沿程分布
图4-13 平常浪不同治导线间距闸下通道港区年均回淤强度沿程分布
三方案所反映的年均含沙量和年均回淤强度在沿程分布特征上是一致的，在具体量值上略有不同。宽度方案1含沙量和年均回淤沿程变化较之宽度方案3略为缓慢，其原因是开挖区与港区总面积的比值相对小，其泥沙沉积效率亦相对小。表4-4统计了三种宽度方案港区的回淤量，开挖区总的回淤量宽度方案3较之宽度方案1增加了约11%，在口门含沙量一定的情况下，宽度愈大其纳潮量大，回淤量相应增大。
3、治导线宽度方案比选
通过以上各方案泄流及泥沙试验成果，分析得出以下结论：
（1）1400m、1600m和1800m三种治导线宽度结合建港方案，闸下通道泄流能力变化不很明显，治导线宽度1400m方案即能满足泄洪4500m3/s要求。
（2）在建港条件下闸下通道及港内泥沙回淤分析计算表明，治导线宽度越大，淤积强度越小，但通道越宽泥沙回淤总量越大。
（3）考虑到治导线间距越宽，淤积强度越小，当清淤槽长度及宽度一定情况下，其相应闸下清淤槽的维护性清淤量越小。在1400m、1600m和1800m三种治导线宽度结合建港方案均能保证行洪能力前提下，综合考虑闸下清淤及港池航道维护投入成本等因数，初步推荐治导线间距1600m方案。
（4）结合南科院模型试验中间成果，南港工业区自2009年起开工建设。经过近4年的开发建设，目前，南港工业区200km2范围轮廓初具雏形。独流减河口北侧北防波堤与南侧导堤（南港工业区北边界）已初步建成，防波堤与南侧导堤轴线距离约1800m，推荐治导线宽度1800 m方案已不现实。
（二）清淤槽方案比选
1、不同清淤槽泄流能力
泄洪4500m3/s时清淤槽方案1～方案4闸下沿程最高水位成果见表4-5、图4-14，不同清淤槽和通道内不同地形工况闸下沿程（航道中心线）特征流速见表4-6。
由计算成果可知，泄洪4500m3/s，清淤槽方案1时防潮闸闸下最高水位为3.25m；清淤槽方案2，闸下最高水位为3.18m，比方案1降低了0.07m；清淤槽方案3，闸下最高水位为3.03m，比方案2、方案1分别降低了0.15m和0.22m；清淤槽方案4，闸下最高水位为3.01m，比方案3、方案2、方案1分别降低了0.02m、0.17m和0.24m。成果表明，开挖航道并与清淤槽贯通后，闸下水位降幅明显。
清淤槽方案3（在闸下通道内仅开挖5万t级航道）时闸下最高水位为3.03m，清淤槽方案4（通道内港池航道按最终规模建成）时闸下最高水位为3.01m，与方案3相比，水位下降0.02m，下降幅度较小。
泄洪能力成果分析表明，泄洪4500m3/s时清淤槽方案2～方案4，闸下水位均低于3.21m。当闸下通道内开挖港池航道并与闸下清淤槽贯通，闸下泄洪水位下降明显，对保证河口泄洪安全更加有利。
图4-14 泄流4500m3/s、治导线宽度1600m时不同清淤槽及地形沿程最高水位
2、 不同清淤槽泥沙冲淤试验结果分析
图4-15为泥沙回淤量统计的分区示意图。结合建港各清淤工况1年平常风浪条件下的泥沙回淤状况及回淤强度见表4-7、表4-8。
由试验结果图表可见，结合建港条件下，平常风浪泥沙回淤主要部位在E区以外至C区，其中C区中的C1、C2分区回淤较多。闸下近闸滩地呈现略冲刷的特征，1900m清淤槽内泥沙回淤较轻，闸下清淤槽内1年的回淤量约为20.6万m3，闸下1300m清淤槽内1年回淤量约为35.1万m3；进港航道有接近于0.7m的平均淤积，内航道两侧滩地略有淤积，口门外滩地冲淤轻微。闸下不同清淤工况对闸下河段和F区的泥沙冲淤有些影响，对港区总体的回淤状况影响甚微，港区口门16+500以内的总泥沙回淤量在1227~1259万m3之间。
1300m清淤槽与1900m清淤槽的清淤宽度及底高程相同、清淤长度短了约600m。1300m清淤槽1年的泥沙回淤强度为1.31m，明显大于1900清淤槽的0.48m，回淤量增加约15万m3。分析原因是1300m清淤槽与港池航道未连通，清淤槽下游浅滩泥沙随潮流输沙进入清淤槽，清淤槽内水体的含沙量相对较高，回淤强度相对较大。
图4-15 闸下及港区泥沙回淤量分区统计示意图
3、清淤槽方案比选
通过以上各方案泄流及泥沙试验成果，分析得出以下结论：
（1）适当延长闸下清淤槽并与港池航道相连可明显地降低闸下水位、有效地提高闸下通道的行洪能力。治导线间距1600m结合建港方案、闸下按1900m清淤槽清淤，可满足下泄4500m3/s流量时对防潮闸下水位控制要求，且留有一定的余地。
（2）治导线间距1600m通道内及南侧布置港池的建港方案，由于开挖港池航道，通道口门内水流条件和泥沙运动特性发生了较大的变化，挟带口外泥沙的涨潮流进入通道后流速逐渐减小，水体挟沙能力降低，大量的泥沙在通道的外端沉降落淤，闸下清淤槽泥沙淤积明显减少。平常风浪条件下，通道口门在闸下16+500位置，闸下港区内的泥沙回淤量约为1200万m3，闸下1900m清淤槽年回淤量约为20.6万m3。
（三）治导线平面布置比选方案
图4-16中比较了独流减河泄洪4500m3/s时平面布置方案1和平面布置方案2的沿程水位。从图中可见，两方案的沿程水位基本重合。
由于闸中心线对称治导线布置（即平面布置方案1）和南治导线不变北治导线北移（平面布置方案2）两个方案对泄流能力的影响不明显，考虑独流减河口治导线调整与现有治导线相协调，拟推荐南治导线不变、北治导线北移的平面布置方案。
图4-16 泄洪4500m3/s、治导线宽度1600m不同平面位置方案的沿程水位
（四）导堤固化长度影响分析
为进一步分析导堤固化长度对闸下河道淤积及行洪的影响，以清淤槽方案4为基础，分析港区口门下移4km，即导堤固化长度延长4 km对河道淤积的影响。
表4-9、表4-10分别为清淤槽长度1900 m结合建港，不同口门位置1年平常风浪条件下的泥沙回淤状况及回淤强度。当防浪挡沙堤延长4km，16+500以内港区回淤量约减为976万m3，约为挡沙堤延长前1227万m3的80％；20+500以内港区回淤量约为1078万m3，约为挡沙堤延长前相同范围1337万m3的81％。挡沙堤延长前清淤槽回淤量20.6万m3，延长后为18.1万m3，较延长前减少2.5万m3。由此分析，固化边界向深海延伸，河口处的含沙量减少，闸下河道的淤积量有明显减少。
注：防潮闸里程67+000；
（五）推荐方案
综上各方案比选，分析得出以下结论：
（1）1400m、1600m和1800m三种治导线宽度结合建港方案，闸下通道行洪能力变化不明显。
（2）适当延长闸下清淤槽并与通道港池相连可明显地降低闸下水位、有效地提高闸下通道的行洪能力。治导线宽度1600m结合建港方案、闸下按1900m清淤槽清淤，防潮闸下水位3.01m，较防潮闸下控制水位3.21m降低0.20m，较防潮闸下原设计水位3.42m较低0.41m，即充分满足在非常情况下泄洪4500m3/s流量时对防潮闸下水位控制要求。
（3）通过对闸中心线治导线对称布置和南治导线不变北治导线北移两个方案泄流能力进行比较分析，两者变化不明显。
综上，在确保防洪安全且留有一定余地的前提下，独流减河口综合整治规划治导线调整推荐方案为：南治导线不变，北治导线北移，治导线宽度1600m方案，闸下清淤槽长度为1900m，导堤固化长度16.5km。参见图4-17。即推荐的治导线方案布置如下：
左治导线自独流减河防潮闸北侧起至大港电厂海泵房与原规划左治导线一致，拆除海泵房以下隔热堤，治导线向北移400 m，向东延伸至外海；右治导线维持原规划治导线不变，即自防潮闸起，沿现状岸线、油田防浪墙、规划排泥场北边线至闸下3+000处，然后折向正东平行左治导线延伸至外海。左右治导线间距确定间距1600m，南港工业区北边界及北防波堤形成的固化边界前沿线须在治导线以外。参见附图。控制点坐标见表4-11。
图4-17 拟推荐治导线方案平面布置
（六）风暴潮对防潮闸下泄流及冲淤影响分析
针对推荐的南治导线不变、北治导线北移，治导线宽度1600m、清淤槽长度1900m方案，分析风暴潮对防潮闸下泄流及冲淤的影响。
1、外海风暴潮泄流能力分析
表4-12为外海风暴潮潮型、泄流3600m3/s和4500m3/s、治导线宽度为1600m、建港方案条件下，闸下通道内沿程最高水位分布对比。计算结果表明，遇风暴潮泄流3600m3/s时，1900清淤槽通道内仅挖航道方案，防潮闸下水位3.12 m，若按规划开挖港池航道，防潮闸下水位3.09 m ; 若遇风暴潮泄流4500m3/s时，通道内仅挖航道方案，防潮闸下水位3.21 m，按规划开挖港池航道时防潮闸下水位3.19 m，均满足防潮闸下控制水位3.21m的要求 。
计算表明，当遭遇外海风暴潮，泄洪3600m3/s时闸下水位3.09m，低于闸下原设计水位3.42m。当风暴潮与泄洪4500 m3/s遭遇，防潮闸下水位3.19m仍低于防潮闸下控制水位，满足泄洪4500m3/s的要求。
2、冲淤趋势分析
风暴潮大浪作用下港内泥沙骤淤试验的水动力条件为风暴潮型潮位过程与产生口门区破波的大浪组合，模拟时间相当于原型3天。结合建港各工况的泥沙回淤状况见表4-13。
由试验结果图表可见，结合建港条件下，一次大风浪作用泥沙回淤部位与平常风浪作用基本相似，主要在E区以外至C区，其中C区中的C1、C2分区回淤较多。闸下近闸滩地略微冲刷，内航道两侧滩地也有冲刷，口门外滩地冲淤轻微，内航道泥沙淤积。假定一次大风浪作用时间为3天，闸下1900m清淤槽内回淤量约为2万m3，进港航道有接近于0.13~0.17m的平均淤积；各工况港区口门16+500以内的总泥沙回淤量在166~182万m3之间，约为平常风浪条件下年回淤量的1/7。闸下清淤槽防浪挡沙堤延长4km，16+500以内港区回淤量约减为141万m3，约为挡沙堤延长前174万m3的81％；延长段航道两侧滩地略微冲刷，20+500以内港区回淤量约为142万m3，约为挡沙堤延长前相同范围202万m3的70％。
从一次风暴潮大风浪作用各工况港区泥沙回淤分布特点可知，防潮闸至港池开挖区之间保留较多滩地、横堤内北侧非维护区不预先浚深，均不利于港区内的防淤减淤。
第四节 治导线调整对防洪的影响及挡潮闸安全复核
一、对河道设计行洪的影响分析
根据批复的独流减河治理可研，独流减河设计泄洪3600m3/s，进洪闸闸上、闸下水位分别为6.44m和6.29m，防潮闸闸上、闸下水位分别为3.81m和3.42m，河口潮位采用设计潮型。
经复核，当独流减河口治导线宽度为1600m，防潮闸下清淤槽长度1900m，并结合港池航道开挖方案，河口遇设计潮型，独流减河设计泄洪3600m3/s时，防潮闸下水位2.88 m、闸上水位3.16 m，独流减河进洪闸闸上、闸下水位分别为6.20 m和6.04m，均低于设计行洪水位，满足河道设计行洪要求。
复核表明：独流减河口治导线宽度调整为1600m，南港工业区规划在治导线范围内开挖港池航道，再延长闸下清淤槽长度并与航道衔接，可使河道泄流能力明显增强。
二、挡潮闸安全复核
2011年7月，中水北方公司提交了《独流减河防潮闸加大校核流量方案研究设计报告》，2011年12月，水利部海委组织召开了《独流减河防潮闸加大校核流量方案研究设计报告》专家论证会。根据专家论证会的意见对原报告进行修改和补充，于2013年12月提交了《独流减河防潮闸加大校核流量方案研究补充设计报告》（以下简称《补充设计报告》。《补充设计报告》对独流减河防潮闸加大校核流量至4500m3/s初步拟定以下三个方案：
方案一：拆除左右岸各边4孔并重建，另向外各再扩建3孔，保留原有闸的边孔台阶渐变模式；拆除左右岸控制楼并重建，全闸总计32孔。
方案二：拆除左岸边4孔并重建，另向左岸再扩建6孔，保留原有闸的边孔台阶渐变模式；拆除左岸控制楼并重建，全闸总计32孔。
方案三：保留原闸主体结构，加固下游消能防冲设施，全闸总计26孔。
经综合论证分析初步推荐采用方案三，即保留原闸主体结构，通过壅高闸上水位以满足泄量要求。本次复核计算是在原闸基础、混凝土结构等设计条件下，并结合现状高程进行，推荐方案主要复核成果及结论如下：
（1）泄流能力复核
根据《水闸设计规范》（SL265－2001）附录A推荐公式进行泄流能力复核计算，当防潮闸下水位3.01m、闸上水位3.53m时，闸室泄流能力即能满足4500m3/s要求。
（2）消能防冲复核
经复核，消力池及防冲槽可以满足运用要求，海漫长度需要40.3m，而现状海漫长度只有32m长，不满足要求，需延长海漫长度，本次复核延长海漫长度10m。
（3）防渗复核
本工程采用水平防渗。闸前两侧边坡均设防渗铺盖。闸后消力池两侧边坡也采用现浇钢筋混凝土护坡，基底设反滤。上游铺盖与闸室之间，闸室与消力池及其两侧钢筋混凝土护坡之间，均设止水。地下防渗轮廓长度39.8m。挡水工况渗透坡降水平段计算值为0.10~0.11，出口段为0.36~0.40，防渗长度满足规范要求。
（4）稳定复核
根据不同工况计算，可知桩的竖向承载力、单桩水平承载力、桩最大位移值均不大于允许值，闸室稳定满足要求。
通过计算分析可知，控制闸室稳定的工况不是加大校核流量工况，而是挡水工况；本次复核结果与1994年工程改建时的设计计算结果也进行了对比，目前闸室下沉，累计沉降0.206m，对闸室稳定产生不利影响，尤其是桩的水平承载力有所增加，已在允许值附近。
（5）加固方案
推荐方案为保留原闸主体结构不变，通过壅高闸上水位以满足泄量要求，由于单宽流量增加，经复核，下游消能防冲设施不满足要求，浆砌石海漫需由原来32m加长至42m，增加10m，相应防冲槽移位重建。并结合南京水科院“独流减河防潮闸闸下河道冲刷防护试验研究报告”成果及评审意见，为确保水闸消能设施的安全，对闸下消能防护增设如下措施：
①左右岸两侧抛石防冲槽顺水流向长27m，由12m向下游延长15m，宽度均为60m，厚度为1.5m，抛石重量要求不小于150kg；
②在海漫末端齿墙下设0.6m厚12m深防冲墙，墙底高程为-20.00m，并在两岸边坡处向下游延伸40m。
三、保留大港分洪道的必要性
治导线调整后，结合独流减河防潮闸安全加固，河口可满足4500m3/s的泄洪要求。鉴于独流减河防潮闸行洪4500m3/s工况的行洪安全问题尚在研究过程中，且未来防潮闸下深槽及港池航道清淤存在不确定性。为保证河口遭遇极端风暴潮等特殊情况时天津市中心城区防洪安全，根据国务院批复的《海河流域防洪规划》（国函〔2008〕11号）对独流减河口的洪水安排，保留大港分洪道是必要的。
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