莊鵬程，孫成坤

（安徽安兆工程技術咨詢服務有限公司，安徽 蚌埠 233000）

根據《洪水影響評價報告編制導則》（SL520-2014）的相關要求，輸電線路工程在進行洪水影響評價時須進行水文分析計算，傳統的一維經驗公式解決不了行（蓄）洪區的水情參數問題，本文采用MIKE21 模型進行二維流場的模擬，針對霍邱縣新店至左王35kV 輸電線路桿塔流態進行分析，得到了水位、流量時空變化的信息。

1 工程概況

霍邱縣隸屬于安徽省六安市，地處安徽省西部邊緣，東與壽縣毗鄰，西與河南省固始縣接壤，南與裕安區、葉集區相連，北與阜南、潁上兩縣隔淮相望。現六安霍邱縣新店—左王35kV 線路年限較長，線徑較小，輸電能力不足，并且多處居住區僅滿足35kV 架空線路安全運行最低要求。本工程線路自霍左354 新店支線B7 桿起向東走線，沿規劃道路南側至霍邱現代產業園東側，后平行現狀西湖—左王35kV 線路向東北方向走線，途徑王家圩子、王家老園、伊樓村，接著左轉向東北方向架線跨越310 省道，右轉向東南方向走線，至城東湖閘附近，利用西山—霍邱110kV 線路路徑向東走線，途徑李崗村、康家莊、汪沖村，后右轉至周家圩子西側，接著右轉向新安方向走線至35kV 左王。新建線路路徑總長度約16.55km，共布設桿塔60 個。根據工程線路路徑，本次工程實施線路自西向東依次跨越城東湖蓄洪大堤、汲河等區域。

2 數值模型的建立

霍邱縣新店至左王35kV 輸電線路工程位于汲河與淮河交匯處灘地，城東湖蓄洪區進退洪閘下。為了分析輸電線路的修建對城東湖蓄洪區進洪、退洪的影響，利用平面二維水流數值模型對輸電線路修建前后城東湖閘附近灘區的水流運動流態進行數值模擬對比分析。

本次數模計算采用丹麥水力研究所開發的MIKE21 軟件進行分析計算。MIKE21 軟件模擬二維洪水演進的技術比較成熟，已在國內外得到廣泛應用。本次研究區域城東湖閘下游汲河灘區計算邊界不規則，結構化網格難以滿足精度要求，所以選用非結構化網格模型來進行進退洪過程模擬。采用非結構化網格可以解決計算區域邊界不規則的問題，而且精度和計算效率也較好。

2.1 計算方法

MIKE21 水流模擬基于的控制方程是不可壓縮流體三維雷諾納維-斯托克斯方程沿水深積分的連續方程和動量方程。MIKE21 非結構化網格模型采用非結構有限體積法離散控制方程。為了準確擬合圩區曲折的岸邊界，本次數值模型采用三角形網格進行計算。

2.2 模型的建立

2.2.1 計算范圍

模型計算采用實測的城東湖閘下游汲河灘區地形資料，計算范圍為城東湖閘下游整個汲河灘區，總長7km，下接淮河灘地。

2.2.2 糙率

城東湖閘下游汲河灘區在進行洪水模擬的過程中，根據現場調研資料、相關項目經驗及書籍資料，模型中糙率選用0.035。

2.2.3 網格

由于城東湖閘下游汲河灘區整體面積不大，而且計算區域內地形沒有急劇變化的特點，故采用邊長約60m 的三角形作為計算網格，并對塔基局部網格進行加密，總共劃分了14099 個網格。

2.2.4 時間步長

利用有限體積法計算三角網格的水流模擬時，采用120s 作為最大時間步長，0.01s 作為最小時間步長。

2.2.5 邊界條件

城東湖閘下游汲河灘區在洪水演進模擬時，以閘門口處相應淮河水位作為邊界條件，閘門口處的出流情況是以動量的形式進行計算。由二維淺水方程組可知，在進行動量計算時，水位是影響計算的主要因素。城東湖閘下游汲河灘區在閘門口處的網格水深設定時要大于濕水深，保證在此單元上的水流正常計算，既要計算流量通量，也要計算動量通量；而城東湖閘閘門以外地區的網格初始水深設定為干水深與濕水深之間。計算區域和工程路線示意圖見圖1。

圖1 計算區域和工程路線示意圖

3 蓄洪（進洪）工況計算結果分析

為了分析工程前后相關影響，模型模擬分析了城東湖蓄洪（進洪）工況的洪水演進過程。根據模型初步試算結果，在城東湖蓄洪區啟用的6h 后，城東湖閘下游汲河灘區基本形成穩定流態。因此，本次二維水流數值模型的計算時間定為6h，重點分析輸電線路修建前后對城東湖分蓄洪（進洪）過程中汲河灘地總體流場流態、塔基處水位和流速、城東湖進洪閘過洪能力等方面的影響。

3.1 對塔基局部水位和水流流場的影響

為了分析線塔對局部水位和流量的影響，模型分析了工程前35#～43#線塔處水位和流量，工程后35#～43#線塔北側10m、南側10m 處的水位和流量。

根據二維水流數值模型計算結果分析，各桿塔處水位的最大抬高值不超過0.004m，最大降低0.016m。各桿塔處流速最大增加0.0049m/s，最大減少0.226m/s。可見輸電線路的修建對城東湖閘下游汲河灘區局部的水位、流速的影響均很小。

為分析工程修建對城東湖閘下游汲河灘區水流流場的影響，選取城東湖閘附近35#～40#塔為代表，圖2 和圖3 為同一時刻工程前后桿塔處流場圖。從圖中可以看出，工程修建后，塔基附近出現明顯的繞流。但總體來說，輸電線路的修建對水流流場的影響很小，僅在塔基局部網格處的流速大小和流向有稍微明顯的改變，其他網格處的流速大小和方向并無明顯的變化。

圖2 城東湖閘進洪工況流速分布圖（工程前）

圖3 城東湖閘進洪工況流速分布圖（工程后）

根據計算分析結果，輸電線路的修建，引起線路上游水位略有壅高，從而一定程度上減小了城東湖閘閘門的進洪流量。但由于輸電線路距離進洪城東湖閘閘門較遠，在同一時刻的進洪流量較輸電線路建成前的最大減少值僅為0.06m3/s，相對于進洪流量來說非常小。

3.2 退洪工況計算結果分析

為了分析在城西湖退洪工況下工程前后相關影響，模型模擬了城東湖退洪工況的洪水演進過程。模擬結果仍然顯示，工程建設對整個城東湖閘下游汲河灘區的流場和流速以及城東湖閘的過流能力幾乎不產生影響。

不同之處在于閘下游泄水導致36#塔、37#塔附近產生了明顯的回流區。回流區工程前后均存在，與本工程無關。經分析，回流區內的線塔流速影響也較小。城東湖閘退洪工程前后工況流速分布圖見圖4、圖5。

圖4 城東湖閘退洪工況流速分布圖（工程前）

圖5 城東湖閘退洪工況流速分布圖（工程后）

模型還計算了回流區對塔基局部影響。根據二維水流數值模型計算結果分析，在存在回流區的情況下，各桿塔處水位沒有產生壅高（理論上應該有壅高，考慮因模型精度條件限制），最大降低0.011m。各桿塔處流速最大增加0.0055m/s，最大減少0.226m/s。可見輸電線路的修建對城東湖閘下游汲河灘區局部的水位、流速的影響均很小。回流區的存在對輸電線路影響也較小。

4 結論

MIKE21 計算桿塔處水位、流速分布與實測水文水情參數一致性較高，因此對輸電工程桿塔附近流場的模擬結果是可信的。本模型得出的水文水情參數計算結果，為洪水影響評價水文水利計算提供了可靠數據支撐，也可以作為審批單位審查涉河建設方案的決策依據■