長(zhǎng)樂(lè)市防洪排澇規(guī)劃中M IKE11模型參數(shù)率定分析

沈明星

（河海大學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司,江蘇 南京 210098）

0 前言

長(zhǎng)樂(lè)市隸屬福建省福州市，東瀕東海，北臨閩江，城區(qū)位于閩江口感潮區(qū)、江海交界處，是準(zhǔn)半島型沿海城市。市域內(nèi)河網(wǎng)密布，平原港道縱橫，主要河網(wǎng)有洞江、北洋、南洋三片水系，澇水通過(guò)河道、水閘自排至閩江、東海。由于其特殊的地理位置及氣候條件，常年受洪、澇、潮、臺(tái)風(fēng)威脅，且隨著城鎮(zhèn)化步伐的加快，洪澇災(zāi)害造成的損失日益凸顯，近年來(lái)多次遭遇嚴(yán)重洪澇災(zāi)害，進(jìn)行全市系統(tǒng)的防洪排澇規(guī)劃十分必要。本規(guī)劃中防洪排澇計(jì)算采用DHI的MIKE11河網(wǎng)水力分析模型，本文就模型參數(shù)率定進(jìn)行初步分析。

1 模型參數(shù)率定

因規(guī)劃區(qū)域內(nèi)無(wú)水文站，缺乏水位監(jiān)測(cè)資料，為率定模型，選取2005年“龍王”臺(tái)風(fēng)作為典型降雨，實(shí)地調(diào)查獲得河道洪水淹沒(méi)水深和淹沒(méi)時(shí)間。考慮到現(xiàn)狀長(zhǎng)樂(lè)市各小流域河道壁面種類及狀況具有一定的相似性，故選取上洞江、南洋和北洋三個(gè)片區(qū)作為模型參數(shù)率定實(shí)地調(diào)查區(qū)。

1.1 糙率選取

水動(dòng)力模型構(gòu)建需要對(duì)主要參數(shù)河床阻力（糙率）進(jìn)行率定，率定的參數(shù)用于規(guī)劃方案繼續(xù)保留的原河道，對(duì)于規(guī)劃新開(kāi)的河道或規(guī)劃重新整治的河道，粗糙系數(shù)取0.025~0.030。

1.2 “龍王”臺(tái)風(fēng)模擬

1.2.1 計(jì)算分區(qū)

根據(jù)實(shí)地調(diào)查區(qū)現(xiàn)狀河道走向、道路分布和地塊高程等特點(diǎn)，將洞江片區(qū)、南洋片區(qū)和北洋片區(qū)分別劃分為17個(gè)、22個(gè)和14個(gè)計(jì)算單元。

1.2.2 降雨量

根據(jù)長(zhǎng)樂(lè)市雨量站的觀測(cè)資料，2005年10月2號(hào)9：00至2005年10月3號(hào)8:00“龍王”臺(tái)風(fēng)24小時(shí)降水量為550 mm，降雨主要集中在18時(shí)至21時(shí)降水達(dá)405mm，占24小時(shí)降水量的73.6%，19時(shí)出現(xiàn)峰值，時(shí)段降水深度190mm。“龍王”臺(tái)風(fēng)24小時(shí)降水過(guò)程見(jiàn)圖1。

圖1“龍王”臺(tái)風(fēng)24小時(shí)降水過(guò)程圖

1.2.3“龍王”臺(tái)風(fēng)洪水過(guò)程

以洞江片為代表，采用無(wú)因次單位線法計(jì)算出“龍王”臺(tái)風(fēng)洪水過(guò)程，“龍王”臺(tái)風(fēng)在洞江片區(qū)產(chǎn)生的洪水總量約為3458萬(wàn)m3。洞江片“龍王”臺(tái)風(fēng)洪水相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 洞江片“龍王”臺(tái)風(fēng)洪水相關(guān)參數(shù)分析

1.2.4 洪水淹沒(méi)情況調(diào)查

長(zhǎng)樂(lè)市2005年10月2日“龍王”洪水災(zāi)害，是長(zhǎng)樂(lè)市有史以來(lái)最嚴(yán)重的一次，受災(zāi)面積廣、受災(zāi)人口達(dá)16萬(wàn)人，受淹房屋達(dá)2.87萬(wàn)間，倒塌房屋200多間。通過(guò)實(shí)地訪問(wèn)、調(diào)查，獲取具可靠性的洪痕共20個(gè)。

1.2.5 現(xiàn)狀地塊蓄量分析

現(xiàn)狀河道多為自然河道，岸邊不同程度地分布著低洼地和農(nóng)田，低洼地和農(nóng)田在洪水期間蓄積一定的水量，降低河道的洪水位，是影響模型模擬水位的重要因素之一。根據(jù)萬(wàn)分之一地形圖上的地塊高程標(biāo)識(shí)，分析計(jì)算出不同水位對(duì)應(yīng)的低洼地和農(nóng)田的蓄水量。洞江片現(xiàn)狀地塊蓄量分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 洞江片現(xiàn)狀地塊蓄量分析結(jié)果

2 參數(shù)率定結(jié)果

將“龍王”臺(tái)風(fēng)期間洞江片各計(jì)算單元洪水過(guò)程、邊界條件，輸入模型中進(jìn)行分析計(jì)算，在可行域內(nèi)不斷調(diào)整模型水動(dòng)力學(xué)糙率等參數(shù)，直至調(diào)查點(diǎn)模擬最高水位、淹沒(méi)時(shí)間與實(shí)地調(diào)查基本吻合為止。選取洞江片福北線公路橋、塘嶼村、豐山村、珠湖村以及大溪村處共5個(gè)洪痕調(diào)查點(diǎn)進(jìn)行模擬，經(jīng)過(guò)多次調(diào)試最后選定糙率為0.045，各調(diào)查點(diǎn)洪水過(guò)程模擬結(jié)果見(jiàn)圖，調(diào)查點(diǎn)模擬最高洪水位、周邊地塊淹沒(méi)時(shí)長(zhǎng)與調(diào)查對(duì)比情況見(jiàn)表3。洞江片區(qū)各調(diào)查點(diǎn)“龍王”臺(tái)風(fēng)洪水過(guò)程模擬結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 洞江片區(qū)各調(diào)查點(diǎn)“龍王”臺(tái)風(fēng)洪水過(guò)程模擬結(jié)果

表3 調(diào)查點(diǎn)最高洪水水位、周邊地塊淹沒(méi)時(shí)長(zhǎng)調(diào)查與模擬對(duì)比表

對(duì)比結(jié)果顯示，調(diào)查點(diǎn)模擬最高洪水位、退水時(shí)間基本與調(diào)查結(jié)果相吻合，表明模型參數(shù)已經(jīng)與實(shí)際基本相符，可以用該模型及其參數(shù)對(duì)其他規(guī)劃分區(qū)進(jìn)行不同情景條件下防洪排澇系統(tǒng)運(yùn)行情況的演算與分析。

3 結(jié)語(yǔ)

MIKE11模型計(jì)算過(guò)程中，參數(shù)的選定十分關(guān)鍵，率定驗(yàn)證的數(shù)據(jù)越多，模型就越可靠。在缺乏水文監(jiān)測(cè)資料區(qū)域，可選取典型降雨，并通過(guò)實(shí)地調(diào)查獲得河道洪水淹沒(méi)水深和淹沒(méi)時(shí)間，為模型率定提供可靠的驗(yàn)證數(shù)據(jù)。模型通過(guò)不斷試算，直至調(diào)查點(diǎn)模擬最高水位、淹沒(méi)時(shí)間與實(shí)地調(diào)查基本吻合，則參數(shù)率定基本完成。