何 雙

(遼寧省水利水電勘測設計研究院，遼寧 沈陽 110006)

基于MIKE21模型的火驅站防洪評價計算

何 雙

(遼寧省水利水電勘測設計研究院，遼寧 沈陽 110006)

河道管理范圍內的建設項目和位于河流影響范圍內的重要建設項目應進行防洪影響評價，重要的防洪工程應運用數學模型分析計算。選用數學模型時，可根據實際情況，在滿足工程實際的需要條件下，適當的選用一維或二維數學模型。為評價典型河道內火驅站的防洪影響，采用MIKE21軟件模擬設計洪水的流場，分析火驅站對洪水的阻水作用。計算結果表明，采用二維結構網格構建計算模型，可對比工程建設前后的流場，可準確、直觀的分析出火驅站建設對水位及流水的影響程度。

繞陽河；防洪評價；MIKE21模型；二維模型

1 計算背景

自1992年之后，我國各地逐步對建設項目審查要求編制防洪評價報告[1-3]。1994年，水利部頒布了《河道管理范圍內建設項目防洪評價報告編制導則(試行)》[4-5]，進一步規范了防洪評價報告編制內容，其規定防洪評價報告包括六大內容，其中作為防洪評價報告重要組成部分的防洪評價計算，主要包括水文分析計算、壅水分析計算、沖刷和淤積分析計算、河勢影響分析計算等內容，其中的壅水分析計算是所有計算的核心部分。

防洪評價報告的編制工作結合了建設項目所在地的地理、洪水、社會經濟等信息，通過資料搜集、計算分析、綜合分析，最終以報告的形式將建設項目的對防洪的影響論述清楚，為相關部門對項目的審批提供決策依據。

2 計算方法

隨著計算技術的發展，數值模型已廣泛應用于河流工程的研究、規劃和設計中，已成為工程優化設計的一個有效手段，得到了工程界的認可。

文章研究主要采用MIKE21(水動力模塊)軟件來模擬火驅站設計洪水條件下的洪水演進過程。

MIKE21是二維平面區域內的水力學計算軟件，主要用于模擬河流、湖泊、河口、海灣、海岸及海洋的水流、波浪、泥沙及環境等，本次計算選用MIKE21的水動力學模計算泛濫區內的洪水淹沒過程，根據計算結果即可進行洪水動演進過程的模擬。

3 模型構建

3.1 工程概況

本研究選用的火驅站位于遼河下游平原地區，地勢低洼，全區域為葦塘所覆蓋，工程場地在地貌單元上屬于遼河河口三角洲，沉積土層為第四系，海陸交互相沉積。地貌為遼河下游沖積平原，區內地勢低洼，一般海拔2m-4m，全區為葦田所覆蓋。

建設項目位于繞陽河勝利塘大橋上下游，建設兩座火驅站，其中1#火驅站擬建位置位于繞陽河右岸灘地，盤山縣羊圈子葦場管理區域，勝利塘大橋上游約800m，距河道主槽約900m，位于勝利塘總干東側約160m，灘區已有公路的北側，緊臨公路，本區域地面平坦；2#火驅站擬建位置位于繞陽河左岸灘地，盤錦監獄管理區域，勝利塘大橋下游約300m，距河道主槽約200m，距大堤約1300m，灘區已有公路的西側，緊臨公路。詳見圖1?；痱屨痉篮闃藴蕿?0a一遇。

圖1 工程位置示意圖

3.2 模型邊界設置

模型計算河道區域主要來流為繞陽河干流洪水，根據水文計算分析，工程所在河段50a一遇洪水流量為2352m3/s，30a一遇洪水流量為2142m3/s。

模型下游接近繞陽河河口，終點水位采用繞陽河河口水位-流量關系插值所得。河口水位流量關系見圖2。

圖2 繞陽河口水位-流量關系線

3.3 網格剖分及地形

水力計算范圍，上游從龍家堡下游1.3km開始，下游至繞陽河河口上游1.3km，共27.2km河道。由于本河段左岸有堤防，計算范圍左岸至堤防；右岸現狀堤防不連續，灘地平坦，右岸計算范圍至高程較高的勝利塘總干、308省道、振興造紙廠排水渠邊公路組成的邊界。計算范圍見圖1。

本次計算采用Mike21矩形網格，由于本河段灘地范圍廣闊，地勢平坦，矩形尺寸為20m×20m。由于模型算法限制，進出口邊界需水平或垂直，因此確定計算網格時，將地形順時針旋轉45°。以保持上、下游邊界與河道正交。計算網格劃分插值見圖3。

圖3 計算網格劃分圖(每5條網格線顯示1條)

本次計算的兩個火驅站考慮場站周圍環繞的鐵藝圍墻的阻水作用采用抬高地形不過流的方法處理，使抬高的地形的網格位置與火驅站一致，抬高面積保持一致。用這種方法處理的地形，阻水作用大于實際情況，計算結果偏安全。

3.4 糙率

計算區域的曼寧值反映區域內不同地物對水流的阻力作用，采用和地形網格相對應的糙率網格。為反映模型內計算區域的地形特點，對模型中的公路、鐵路等進行了高程點加密，以確保網格剖分后高程的連續，對于油田區域的油井、廠房等，進行了局部加糙處理。

河道主槽糙率選為0.033；灘地糙率選為0.05-0.11；油田范圍通過加糙模擬建、構筑物阻水情況，糙率選為0.17。

4 模擬結果分析

經模型計算得到整個研究區30a一遇及50a一遇洪水的流場。新建火驅站侵占河道行洪面積，會導致火驅站迎水側水位壅高，壅高的水位隨距新建火驅站距離增加而逐漸減小，直到與現狀情況一致?；痱屨颈乘畟人粫档?，隨著距火驅站距離增加降低值逐漸減小。火驅站迎、背水側由于建筑物阻水流速會降低，相應的火驅站兩側流速會增大，流速變化值隨著距火驅站距離增加而減小。

4.1 水位影響

1#火驅站距離河道主槽較遠，阻水作用不明顯。50a一遇洪水火驅站附近最高壅水3cm，位于火驅站迎流側，最大影響范圍541m；水位降低最大2cm，位于火驅站背流側，最大影響范圍255m。

2#火驅站距離主槽較1#火驅站近，但阻水面積較1#火驅站小，壅水作用與1#火驅站相差不大。50a一遇洪水火驅站附近最高壅水3cm，位于火驅站迎流側，最大影響范圍195m；水位降低最大3cm，位于火驅站背流側，最大影響范圍323m。

圖4 火驅站修建前后50a一遇水位差值分布圖

圖5 火驅站修建前后30a一遇水位差值分布圖

4.2 流速影響

圖6 火驅站修建前后50a一遇流速差值分布圖

圖7 火驅站修建前后30a一遇流速差值分布圖

火驅站修建前后，河道流速大小變化不大，流速分布基本不變?；痱屨靖浇捎诨痱屨咀钃酰餍螒B較天然情況復雜紊亂，火驅站建筑物迎流側和背流測由于阻水作用流速減小，建筑物間隙和兩側為增加過流流速增大，但流速變化值均不大。50a一遇洪水條件下，1#火驅站附近流速增大最大值0.13m/s，2#火驅站附近流速增大最大值0.12m/s，影響范圍在垂直于流線方向不超過200m。

5 結 語

對于河道內復雜地形及建筑物的防洪評價壅水計算，相比二維模型計算結果，一維計算過程過于概化，簡單，采用二維模型計算結果進行防洪評價，結論更安全、可靠。對于復雜地形條件下的工程項目，在編制防洪影響評價報告時，在條件允許情況下，建議對重要計算內容進行二維數值模擬計算，以得出更加合理的結論，為防洪影響評價提供依據，以利于有關部門對建設項目的審批。

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1007-7596(2016)12-0083-03

2016-11-22

何雙(1985-)，男，湖北隨州人，工程師，從事水利規劃設計工作。

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