MIKE21计算 件在北京 湖合众健康谷的应用

张建涛 杨 扬 刘军梅 薛三平

（北京市水利规划设计研究院 北京 100048）

随着科学技术的不断进步，特别是计算机技术的日益强大，数值模拟相比较物理模型试验，在研究实际工程规划设计中常见的多方案比选、参数率定等问题时表现出较大优势，渐己成为研究流体力学强有力的手段。

本文利用ArcGIS、MIKE21等软件，建立了北京青龙湖合众健康谷项目洪水淹没数值模型，模拟计算了崇青水库不同工况下泄洪水对该项目的淹没影响。

1 MIKE21计算 件概

MIKE21计算软件采用中心有限体积法离散求解连续性方程、动力方程。

连续性方程

式中，t是时间；x，y，z是笛卡儿坐标系；η是地面高程；d是地面淹水深；h=η+d是淹水高程；u，v，w分别是x，y，z方向上的流速；f是柯氏力参数；g是重力加速度；ρ是水的密度；Pa是大气压力；S是流量值。

图1 北京 湖合众健康谷与崇 水库的位置示意图

2 北京 湖合众健康谷概 11

北京青龙湖合众健康谷地处房山区青龙湖镇，崇青水库青龙头副坝的背水面，刺猬河的右岸，以崇青水库预留的非常溢洪道洪水通道为界分南、北两区，总面积为33.47hm2，位置示意图见图1。

崇青水库为中型水库，防洪标准为100年一遇洪水设计、1000年一遇洪水校核，当水库发生超标准洪水（75.8洪水）、洪水位达到77.15m时，启用非常溢洪道泄洪以保大坝安全。因此，北京青龙湖合众健康谷项目不但要承担崇青水库下游刺猬河洪水漫溢的淹没风险，同时又受崇青水库非常溢洪道下泄洪水的影响。

3 MIKE21计算 件在北京 湖合众健康谷的应用

本研究采用ArcGIS、MIKE21软件，建立北京青龙湖合众健康谷项目洪水淹没数值模型，按刺猬河治理情况、崇青水库不同重现期下泄洪水组合 8种计算工况，模拟崇青水库不同工况下泄洪水对北京青龙湖合众健康谷的淹没影响。

3.1 数据处理

（1）模拟范围

二维地形数据是流域地形、水流淹没识别的重要原始资料，经过模型试算，综合考虑洪水淹没影响范围及计算时间等因素合理确定模拟范围。根据模拟范围1:10000地形图及北京青龙湖合众健康谷1：2000地形图，提取高程点，使用Mesh Generator进行数据转换编辑，叠加耦合生成Mesh图，见图2。

图2 刺猬河崇 水库以下段二维泛区mesh图

（2）边界条件

当崇青水库发生小于 1000年一遇洪水时，上游入流边界为溢洪道的下泄洪水过程；当崇青水库发生“75.8”超标准洪水时，上游入流边界分别为溢洪道、非常溢洪道的下泄洪水过程。

崇青水库以下地势变化较大，水流速度较快，通过模拟计算表明，下游边界对北京青龙湖合众健康谷项目淹没区的洪水没有阻挡作用。

（3）糙率

二维淹没模拟区域内遍布村庄、道路、耕地、树林等，根据地物特征综合确定糙率。

3.2 模拟工况

根据刺猬河崇青水库以下河道治理情况、不同重现期下泄洪水以及河道漫溢方式，共组合了8种计算工况，详见表1。

3.3 模拟结果及分析

通过建立的二维洪水淹没MIKE21模型，模拟了不同工况的北京青龙湖合众健康谷洪水淹没。工况1洪水淹没图见图3（其他工况同略）。各工况淹没面积、淹没水深、流速等参数统计见表2。

图3 工况1洪水淹没图

表1 北京 湖合众健康谷 目洪水淹没分析计算工况

表2 北京 湖合众健康谷 目洪水淹没统计表

分析洪水淹没图及统计表中数据可以得出：

（1）当崇青水库发生校核标准内洪水时，随着重现期的提高，北京青龙湖合众健康谷最大淹没面积、最大淹没水深、最大流速均呈递增趋势。

（2）与现状河道相比，刺猬河按规划治理后，北京青龙湖合众健康谷受淹面积、最大淹没水深、淹没区最大流速均有所减少，其中 20年一遇洪水不受淹，主要原因是河道按规划治理后，过流能力变大，从而减轻对青龙湖合众健康谷的淹没影响。

（3）当崇青水库发生“75.8”超标准洪水时，首先正常溢洪道下泄，当水库水位涨至 77.15m时下泄流量达到最大为 730m3/s，此时启用非常溢洪道泄洪，非常溢洪道下泄流量最大为1720m3/s。

一方面，由于崇青水库溢洪道下泄洪水流量较大，刺猬河溃堤后，导致北京青龙湖合众健康谷东部靠近刺猬河河道部分受淹；另一方面，当崇青水库水位上涨至 77.15m时需启用非常溢洪道，由于下泄洪水巨大，导致非常溢洪道泄洪通道两侧受淹严重。该工况北京青龙湖合众健康谷的淹没面积、淹没水深、流速均达到最大值，洪水淹没范围可作为洪水淹没风险图的依据。

4 结论

本文以北京青龙湖合众健康谷洪水淹没影响分析为背景，详细介绍了采用MIKE21计算软件解决工程问题的思路和方法，模拟结果表明该模型在北京青龙湖合众健康谷具有较好的适应性，其洪水淹没范围可作为洪水淹没风险图的依据。