分洪道下泄洪水分析

張海強(qiáng)，張 倩

（1.定州市水利局，河北 定州 073000；2.河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)有限公司，天津 300250）

1 工程概況

天津津歧公路（東風(fēng)大橋～南堤路）拓寬改造工程總長(zhǎng)9.17km，其中工程總長(zhǎng)1.09km位于大港分洪道內(nèi)。

大港分洪道以獨(dú)流減河右堤為界，獨(dú)流減河建于1953年，初期河道從第六埠進(jìn)洪閘開始至萬(wàn)家碼頭止，全長(zhǎng)43.5km。 萬(wàn)家碼頭以下經(jīng)北大港漫流入海。河道原設(shè)計(jì)流量1020m3/s。1963年洪水由于獨(dú)流減河泄流能力較小，曾利用津浦鐵路25孔橋和獨(dú)流減河右岸臨時(shí)口門向團(tuán)泊洼分洪，以減輕洪水對(duì)天津市的威脅。 1966—1970年，獨(dú)流減河進(jìn)行第二次擴(kuò)建。 1967年在河口修建工農(nóng)兵防潮閘，并結(jié)合北大港治理，在港內(nèi)辟5km寬行洪道一條（長(zhǎng)18km），東千米橋以下，開挖港東入海泄洪道（長(zhǎng)5.6km），與新建的工農(nóng)兵防潮閘相連接。 獨(dú)流減河左堤為天津市城市防洪圈的組成部分，為1級(jí)堤防，右堤為2級(jí)堤防。

2 模型建立

2.1 模型原理

洪水演進(jìn)計(jì)算采用丹麥水動(dòng)力學(xué)研究所（DHI）開發(fā)的MIKE軟件，建立二維非恒定流洪水演進(jìn)數(shù)學(xué)模型。 在模型中，流域內(nèi)水流運(yùn)動(dòng)概化為河道、蓄滯洪區(qū)及其之間的聯(lián)系3部分。蓄滯洪區(qū)概化為二維區(qū)域進(jìn)行模擬；對(duì)于河系中控制水流運(yùn)動(dòng)的堰、閘、蓄滯洪區(qū)口門等概化為聯(lián)系， 聯(lián)系的過(guò)流滿足水力學(xué)上的堰流公式。

2.2 計(jì)算條件

2.2.1 計(jì)算流量

大港分洪道設(shè)計(jì)行洪流量為900m3/s。

2.2.2 計(jì)算方案

下游邊界條件考慮南港工業(yè)區(qū)， 將防洪堤線內(nèi)移。 按現(xiàn)狀津歧公路和拓寬改造工程實(shí)施后兩種情況分別計(jì)算，并計(jì)算當(dāng)啟用大港分洪道后津歧公路扒口的工況（扒口寬度按1000m考慮，扒口高程至兩側(cè)現(xiàn)狀地面高程）。 計(jì)算方案組合如表1。

表1 計(jì)算方案組合

2.3 數(shù)學(xué)模型建立

2.3.1 模型的范圍

根據(jù)地形地貌等條件， 確定模型計(jì)算區(qū)西至北大港水庫(kù)東圍堤，東至海口，北為獨(dú)流減河右堤，南至大港分洪道規(guī)劃防洪堤。

2.3.2 地形圖

采用1∶10000實(shí)測(cè)地形圖，1980 西安坐標(biāo)系，1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。

2.3.3 模型的網(wǎng)格剖分

計(jì)算域網(wǎng)格剖分采用近期1∶10000地形圖，行洪道采用三角形網(wǎng)格，控制面積不超過(guò)0.1km2，模型總面積8.93km2，內(nèi)部有602個(gè)節(jié)點(diǎn)，1021個(gè)非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。網(wǎng)格剖分如圖1。

圖1 大港行洪道地形網(wǎng)絡(luò)剖分

模型區(qū)地形剖分高程如圖2，糙率如圖3。

圖2 模型區(qū)地形剖分高程

圖3 模型區(qū)地形剖分糙率

2.3.4 模型的上、下邊界條件

上游邊界條件：模型的上游邊界流量邊界，即入流洪水。

下游邊界條件：海口高潮位，采用1972年6月26日潮型最高潮位3.888m（85國(guó)家高程基準(zhǔn)為2.22m）。

2.3.5 模型參數(shù)的選取

計(jì)算區(qū)域的糙率是個(gè)綜合影響因素， 是數(shù)值計(jì)算中的十分重要的參數(shù)，與水深、床面形態(tài)、植被條件等因素有關(guān)。

本次模型計(jì)算主要根據(jù)區(qū)域的地形、地貌特點(diǎn)，并參照以往洪水模擬計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)選取。 河槽糙率一般取0.035～0.04，村莊及較大的阻水建筑物糙率一般取0.08～0.10，其他區(qū)域內(nèi)糙率一般取0.05～0.07。

2.3.6 模型津歧公路處理

模型設(shè)置中， 將津歧公路按實(shí)際工況模擬為堤防來(lái)處理。 現(xiàn)狀津歧公路寬17～36m，路面高程基本為現(xiàn)狀高程4.40m（85高程）。 拓寬改造后津歧公路寬27.25～38.75m。

模型計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)為1s。

3 結(jié)果與分析

方案1、方案2、方案3津歧公路位置水位、流速成果如表2，表3。

表2 模型計(jì)算水位成果（85高程）

表3 模型計(jì)算流速成果（85高程）

方案1、方案2、方案3模型運(yùn)行水深結(jié)果如圖4～圖6，方案1、方案2、方案3模型運(yùn)行流場(chǎng)如圖7～圖9。

圖4 方案1模型運(yùn)行水深結(jié)果

圖5 方案2模型運(yùn)行水深結(jié)果

圖6 方案3模型運(yùn)行水深結(jié)果

圖7 方案1模型運(yùn)行流場(chǎng)

圖8 方案2模型運(yùn)行流場(chǎng)

圖9 方案3模型運(yùn)行流場(chǎng)

根據(jù)二維數(shù)學(xué)模型計(jì)算成果，津歧公路拓寬改造工程實(shí)施前后工程位置處流速?zèng)]有變化，上下游斷面流速基本沒(méi)有變化，對(duì)水流流態(tài)及河勢(shì)基本沒(méi)有影響。

4 結(jié)語(yǔ)

采用Mike 21 FM水動(dòng)力模型進(jìn)行建模計(jì)算，模擬洪水演進(jìn)過(guò)程，工程位于入海口，邊界條件復(fù)雜，通過(guò)合理的選取模型參數(shù)得到準(zhǔn)確的洪水演進(jìn)結(jié)果， 為工程的實(shí)施及防洪的影響提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，同時(shí)為類似工程提供了參考，主要結(jié)論如下：

（1）津歧公路拓寬改造工程為在現(xiàn)狀基礎(chǔ)上對(duì)津歧公路進(jìn)行拓寬，高程不變，本段在大港分洪道內(nèi)拓寬寬度為2.25～10.25m，根據(jù)模型計(jì)算結(jié)果工程實(shí)施前后水位無(wú)變化，對(duì)行洪基本沒(méi)有影響，滿足河道行洪要求。

（2）根據(jù)模型計(jì)算結(jié)果工程實(shí)施前后流速無(wú)變化，對(duì)河勢(shì)穩(wěn)定基本沒(méi)有影響。

（3）制定防洪搶險(xiǎn)預(yù)案，確保在啟用大港分洪道時(shí)，將津歧公路進(jìn)行扒口行洪。