Mike 11模型在花涼亭灌區入渠洪水復核分析中的應用

程遠

（安徽省水利水電勘測設計研究總院有限公司，安徽 合肥 230041）

0 前言

MIKE11河流模型的核心是水動力模型，廣泛應用于一維非恒定流計算，能方便靈活地模擬復雜河網水流以及水閘等各類可控水工建筑物。基于MIKE11軟件建立花涼亭灌區干渠水動力模型，經對模型率定、驗證，并對渠道泄洪建筑物的建設規模進行確定和復核，為相關工程的設計、實施以及決策提供依據。

1 工程概況

花涼亭灌區位于花涼亭水庫下游，控制土地面積1 196 km2，設計總灌溉面積7.06萬hm2，覆蓋太湖、宿松、望江、懷寧4縣25個鄉鎮（其中太湖縣、宿松縣、望江縣為原國家級貧困縣），總人口104.60萬人。灌區共分為太湖、宿松、望江、懷寧4個分灌區，由總干渠和太宿、太懷、望江南、北干渠輸水至各分灌區。

2 灌區干渠泄洪體系現狀

花涼亭灌區始建于1958 年，為江淮丘陵灌區，總干、干渠基本上是沿等高線或接近分水嶺布置。渠道上游有大量坡面來水，來水面積較大的沖溝河道一般已設有渡槽或倒虹吸、渠下涵等與渠道立體交差建筑物，分散的小面積山丘高地來水一般直接匯入渠道，就近從總干、干渠的泄洪閘排入泄洪河道。灌區針對入渠洪水，每隔5～10 km設泄洪閘一處，避免因入渠洪水沒有出路而漫溢決堤，影響工程安全。

花涼亭灌區排水分段根據各渠段特征、沿線渡槽超高以及下游泄洪河道過流能力等情況確定，總干渠分為4 個區段，南干渠分為3個泄洪區段，北干渠分為3個泄洪區段進行泄洪。

3 模型建立

建立基于MIKE11的一維水動力學模型，分析計算渠道洪水、輸水情況，為工程設計提供依據。

3.1 模型控制方程及計算方法

采用河網一維非恒定流方法，建立花涼亭灌區總干渠及南、北干渠水動力學數學模型。采用6 點Abbott～Ionescu 有限差分格式對圣維南方程組求解，其連續方程和動量方程見下：

式（1）（2）中：Q、Z、F、V和K分別表示某一時刻t 在某空間位置x斷面的流量（m3/s）、水位（m）、相應過水斷面積（m2）、斷面平均流速（m/s）和流量模數；B為水面寬度（m）；q為單位河長旁側入流流量（m3/s·m）；g為重力加速度（9.81 m2/s）。

3.2 計算方案

3.2.1 河網文件和斷面文件

模型計算范圍涵蓋灌區總干渠及南、北干渠存在入渠洪水的渠段范圍。河網文件采用現狀渠道走向，斷面文件以實測斷面為基礎，進行概化后采用。河網模型根據渠道斷面變化及泄洪分區等情況共計設置了267個模型斷面，同時對渠道主要控制建筑物進行了模擬設置，包括節制閘、泄洪閘在內共計35處可控水工建筑物節點。

3.2.2 邊界條件

根據總干及南、北干渠截洪情況，共沿程設置流量進口邊界69處，出口邊界18處。其中進口流量過程采用“84辦法”水文計算成果，各出口采用泄洪閘原設計規模，邊界水位采用承泄河道推算的對應頻率水位。

3.2.3 時間步長

模型模擬時間采用與入流洪水歷時相對應，一般為22 h。考慮模型分析計算時的穩定性，時間步長選取1 min。

3.2.4 模型率定

一般情況下，在模型計算中應對水位、流速以及流量等進行驗證。模型中渠道糙率主要考慮渠道情況，結合《灌溉與排水工程設計規范》中渠床糙率推薦取值，n取值為0.025，其他邊界條件結合渠道歷史實測水位及地方管理單位經驗進行分析率定。

3.2.5 模擬計算

總干渠設計防洪標準為20 年一遇，其他干渠設計防洪標準為10年一遇，其設計標準條件下各渠段入渠洪水考慮錯峰，其中總干渠望龍沖入渠洪水較大（20年一遇為165 m3/s），洪水入渠采用平交方式，對應泄洪閘為龍潭湖泄洪閘。

模型的重點是對洪水過程進行模擬，在調度運行方式上，充分考慮實際運行管理情況，按進出渠道流量平衡方式運用，一般洪水時，考慮運行效益，以渠道現有電站排水為主，輔助調節泄洪閘開度，使泄洪閘閘前水位保持灌溉水位基本不變，最高不超過渠道加大流量水位；遭遇設計標準洪水時，根據水文預報及灌區多年調度經驗，渠道各泄洪分區開閘泄洪，總干渠水深最低控制在約2.00 m ，干渠水深最低控制在1.00～1.50 m，泄洪時泄洪閘全開自由泄洪，進行調算。考慮到汛期與灌溉期可能存在重合，模型模擬調算初期采用渠道灌溉水位作為起調水位。

4 計算結果與分析

4.1 計算結果

經分析計算，在設計工況下，花涼亭灌區總干渠及南、北干渠各主要節點洪水位高于灌溉水位一般在0.20 m 以內，局部0.30～0.50 m。根據歷史情況調查，灌區自有運行管理記錄以來，干渠以上未發生因泄洪能力不足導致渠堤漫水的情況，認為總干渠及南、北干渠原設計泄洪體系能解決設計標準入渠洪水問題，泄洪閘原設計規模能滿足泄洪要求。見表1。

表1 渠道主要節點水位成果表

4.2 結果分析

根據花涼亭灌區實測地形資料以及原設計泄洪閘、節制閘等渠系建筑物資料，采用Mike11建立了總干渠以及南、北干渠的一維水動力模型，對設計標準洪水工況下渠道洪水位分析計算，模擬了渠道分段控制泄洪以及多泄洪閘聯合泄洪的過程，結果表明灌區現狀泄洪體系能滿足下泄設計標準入渠洪水的要求，同時也為花涼亭灌區泄洪閘的規模復核提供了依據。

Mike11 一維水動力模型中可控水工建筑物功能，能模擬多種控制調度方案的渠道分段泄洪過程，具有較好的模擬精度。模型應結合歷史實測資料以及地方管理單位實際運行經驗對糙率等邊界條件參數率定，這是灌區渠道河網模型分析工作中的重點和難點。