MIKE11模型在沿海擋潮閘規模論證中的應用分析

諸葛緒霞，王 霞，張 健

(鹽城市水利勘測設計研究院，江蘇 鹽城 224002)

沿海擋潮閘的排澇過程與上游水位、下游潮位關系密切，傳統的計算方法不能準確模擬沿海擋潮閘的排澇過程。近年來，隨著水利工程建設標準的提高，合理確定沿海擋潮閘的規模對水利工程的建設和發展具有重要的意義。MIKE11模型是模擬一維水流和水質的國際化工程軟件，經過大量工程實踐驗證，被證明適用于包括復雜平原河網在內的一維非恒定流計算[8]。本文采用MIKE11模型對民生河閘流域的水文過程進行模擬，論證分析民生河閘的拆建規模。

1 研究區域概況

民生河閘建于1966年，距離灌河口約600m，現狀閘孔凈寬24m，共6孔，其中5孔為泄水孔，單孔凈寬3.8m，一孔為通航孔，凈寬5m。民生河閘現狀排澇范圍為：東至中山河、西至南潮河、南至南直河-大興河、北至G228國道，排澇面積約254km2。根據相關規劃要求，民生河閘排澇區域治理工程排澇標準為10年一遇。

2 模型設計

2.1 河網及建筑物概化

采用MIKE11一維非恒定水動力學模型，建立民生河流域內的河網水利計算模型。模型河網主要包括：民生河干河河道23.5km(大興河-民生河閘)以及民生河沿線排澇支河，其他無輸水功能的河道、湖泊等作為調蓄水面處理。模型中建筑物包括：民生河擋潮閘以及黃海農場2013年新建的6m農場節制閘，采用MIKE11河網文件中control str進行概化，如圖1所示。

圖1 民生河流域MIKE11河網文件概化示意圖

2.2 設計暴雨

民生河流域內沒有雨量站，采用距離民生河流域較近的陳港、中山河閘、南河7套4個站點的暴雨資料，通過加權平均計算民生河流域設計暴雨量。民生河流域為平原自排區，根據本地區暴雨洪水特點，采用最大3d設計暴雨，然后對區域年最大3d暴雨量進行頻率分析，繪制P-Ⅲ曲線。計算結果見表1。

表1 民生河區域最大3d暴雨頻率分析成果表

2.3 設計凈雨

設計凈雨根據《江蘇省暴雨洪水圖集(1984)》(以下簡稱《圖集》)，利用下列公式計算設計凈雨量：

(1)

經計算，民生河區域10年一遇最大3d設計凈雨量為150.2mm。

根據《圖集》表十，查算得設計最大3d凈雨分配過程見表2。

表2 最大3d雨量分配過程(△t=6h)

2.4 設計潮型

采用燕尾港及響水口50%排澇潮型曲線內插推求民生河閘下50%排澇潮型，燕尾港50%排澇潮型采用《江蘇省水文手冊(1976年)》中分析成果，響水口50%排澇潮型曲線采用《響水船閘樞紐工程》中分析成果。

2.5 模型控制參數

2.5.1 控制水位

結合地面高程、地面農作物情況、民生河閘及黃海農場節制閘相關設計參數確定黃海農場節制閘下最高控制水位為▽2.5m。

2.5.2 排澇歷時

排澇歷時指從▽1.5m上漲然后回落到▽1.5m所經歷的時間，采用3d暴雨雨后1d排出。

2.6 閘孔規模論證

2.6.1 閘孔凈寬論證

采用現狀閘底高程-2.5m，10年一遇河道設計標準，計算不同閘孔凈寬對區域排澇的影響，不同工況計算結果詳見表3。

經分析，閘孔凈寬由24m加大到30m后，民生河干河黃海農場節制閘下最高水位降低4cm，最大過閘流量增大36m3/s，最大日均過閘流量增大9m3/s，排澇歷時縮短了4h；閘孔凈寬由30m加大到35m后，對區域排澇歷時基本沒有影響，節制閘下最高水位降低1cm；閘孔凈寬由35m加大到40m后，對區域水位、排澇歷時基本沒有影響，只增加了最大過閘流量。

經上述分析，閘孔凈寬增加到30m后，再增加閘孔凈寬對區域排澇能力的影響很小。因此，初步確定閘孔凈寬為30m。

2.6.2 閘底板面高程論證

采用現狀閘孔凈寬24m、規劃凈寬30m，分別分析不同閘底高程對區域排澇的影響，分析成果見表4。

表4 閘底高程對區域排澇的影響對比

經分析，當閘孔凈寬為24m時，閘底高程由-2.5m降低到-3.0m后，節制閘下最高水位降低4cm，最大過閘流量增大23m3/s，最大日均過閘流量增大7m3/s，排澇歷時減少4h；閘底高程由-3m降低到-3.5m后，對節制閘下最高水位及排澇歷時基本沒有影響，僅增加了最大過閘流量。

當閘孔凈寬為30m時，閘底高程由-2.5m降低到-3.0m后，節制閘下最高水位降低3cm，閘前最高水位降低10cm，最大過閘流量增大18m3/s，最大日均過閘流量增大3m3/s，排澇歷時減少1h；閘底高程由-3m降低到-3.5m后，對最高水位及排澇歷時基本沒有影響，僅增加了最大過閘流量。

綜上，當閘底高程降低到-3.0m以后，再降低閘底高程對區域排澇能力影響很小，初步確定閘底高程為-3.0m。

3 結語

MIKE11模型被很好地運用于擋潮閘閘孔規模的論證中，通過改變多種設計工況，可以直觀顯示參數計算成果。通過不同工況相關參數計算結果，可以合理地選擇擋潮閘的閘孔規模。但模型建立需要完整的流域水文、河道、水面率等調查資料，對資料的精度要求較高，不適應于資料缺乏、調研難度較大的大流域。