基于Mike21 模型的建設項目洪水影響分析

朱雙雙

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津300250）

1 簡介

隨著經濟發展，電力需求持續快速增長，為滿足經濟社會發展和能源資源更大范圍優化配置需要，國家電網規劃建成“三縱三橫”特高壓骨干網架，京津冀電網形成“兩橫三縱”500kV電網結構。天津電網作為特大型城市電網， 要求有較高的安全穩定水平和堅強的網絡結構，近年天津電力不斷發展，構建了很多新電網，不少線路穿越蓄滯洪區，建設項目對蓄滯洪區的影響及蓄滯洪區運用過程中對建設項目的影響是建設項目不可缺少的內容。

對洪水演進的模擬， 國內外的專家進行了不少研究，分別通過差分法、有限元法、有限體積法，模擬軟件分別有Mike21、Fluent、Delft3d、Sms等。通過多年跟蹤、調研和資料收集，建立了蓄滯洪區內的鐵路、公路、堤防、水庫、輸送電線塔等工程數據庫，動態跟蹤了蓄滯洪區內的工農業等基礎設施的建設情況，以及相關河道治理、蓄滯洪區規劃、調度預案等水利最新情況，基礎資料非常全面、準確，為模型建立打下了扎實基礎。

本次以天津市大黃堡洼蓄滯洪區為例， 分析論證天津渠陽至南蔡雙回500kV輸變電工程穿越蓄滯洪區的防洪影響。

2 數學模型建立

大黃堡蓄滯洪區模型建立基于Mike21 FM水動力模塊，在平面上采用非結構化網格，數值方法是單元中心的有限體積法， 法向通量通過在沿外法向建立單元水力模型并求解一維黎曼問題而得到， 采用顯式時間積分。

2.1 二維計算區域資料概化

結合計算評價區域的具體地形情況， 采用2003年1∶10000實測地形圖，測量數據為建模基礎進行轉化、提取，將大黃堡洼蓄滯洪區內各分區邊界作為單獨網格剖分邊界，以100～200m為邊長，形成三角形，模型總面積290km2， 對隔堤進行了加密， 內部有11731個節點，23091個非結構網格。網格剖分如圖1。

蓄滯洪區分區圍埝、道路對洪水演進影響較大，在模型設置中，將分區圍埝、道路等實際工況模擬為薄壁堰來處理。 大黃堡蓄滯洪區現狀圍埝共5處，分別為柳河干渠、清污渠、大爾路、九園路、閆杜渠。 作為城市供水調節的爾王莊水庫， 利用設置較高的堤防與大黃堡洼蓄滯洪區隔開， 使洪水不進入爾王莊水庫（在實際運用中，亦是要保護爾王莊水庫）。

2.2 邊界條件

圖1 網格剖分

狼兒窩分洪閘是青龍灣減河向大黃堡洼蓄滯洪區分洪的控制工程， 青龍灣減河是承泄北運河洪澇水的主要行洪尾閭河道。 根據中水北方勘測設計研究院有限責任公司2008年編制的《北三河系防洪規劃》報告，經分析，對大黃堡洼蓄滯洪區調洪起控制作用的洪水時段長約7d， 本次模型主要采用北運河有關站和支流的設計洪峰、7d洪量和30d洪量。《北三河系防洪規劃》中北運河干、支流洪水采用錯級疊加方式進行組合，即干流50，20年一遇洪水分別與支流20，10年一遇洪水組合。

土門樓站20，50年一遇的洪水過程線如圖2。

圖2 土門樓站洪水過程線

2.3 糙率

糙率是反映地面阻水程度的參數， 本次參照以往模型率定成果按經驗選取。 模型單元糙率選取主要模化為表1的幾種情況。

表1 模型單元糙率模化

2.4 模型計算方案

根據GB50201—2014《防洪標準》確定工程防洪標準為50年一遇，北運河防洪標準為50年一遇，大黃堡洼設計運用標準為5～20年一遇， 現狀大黃堡洼分洪閘分洪430m3/s，規劃大黃堡洼分洪閘分洪780m3/s。模型共計算4個工況，如表2。

表2 模型計算工況

3 計算結果

圖3 模型演進80h水深結果

為分析電力線路對大黃堡洼水位的影響， 通過數學模型洪水演進計算，可得到現狀、規劃大黃堡洼情況下有、無建設項目時塔基的最高水位，當發生50年一遇洪水時， 現狀大黃堡內建設項目塔基水位變化浮動在0～0.012m之間， 規劃大黃堡內建設項目塔基水位變化浮動在0～0.014m之間。 模型演進結果如圖3～圖4。

圖4 模型演進229h水深結果

4 結語

（1）電網工程穿越蓄滯洪區，產生洪水影響，定量評價電網對蓄滯洪區產生的影響是必要的。

（2）基于Mike21 FM水動力模塊進行建模，分析計算不同工況下， 電網工程建成后對蓄滯洪區產生影響，結果可靠，分析方法合理，為建設項目對蓄滯洪區影響提供了可靠數據， 保障了蓄滯洪區行洪安全。