基于MIKE21模型的火驱站防洪评价计算

何 双

(辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁 沈阳 110006)

基于MIKE21模型的火驱站防洪评价计算

何 双

(辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁 沈阳 110006)

河道管理范围内的建设项目和位于河流影响范围内的重要建设项目应进行防洪影响评价，重要的防洪工程应运用数学模型分析计算。选用数学模型时，可根据实际情况，在满足工程实际的需要条件下，适当的选用一维或二维数学模型。为评价典型河道内火驱站的防洪影响，采用MIKE21软件模拟设计洪水的流场，分析火驱站对洪水的阻水作用。计算结果表明，采用二维结构网格构建计算模型，可对比工程建设前后的流场，可准确、直观的分析出火驱站建设对水位及流水的影响程度。

绕阳河；防洪评价；MIKE21模型；二维模型

1 计算背景

自1992年之后，我国各地逐步对建设项目审查要求编制防洪评价报告[1-3]。1994年，水利部颁布了《河道管理范围内建设项目防洪评价报告编制导则(试行)》[4-5]，进一步规范了防洪评价报告编制内容，其规定防洪评价报告包括六大内容，其中作为防洪评价报告重要组成部分的防洪评价计算，主要包括水文分析计算、壅水分析计算、冲刷和淤积分析计算、河势影响分析计算等内容，其中的壅水分析计算是所有计算的核心部分。

防洪评价报告的编制工作结合了建设项目所在地的地理、洪水、社会经济等信息，通过资料搜集、计算分析、综合分析，最终以报告的形式将建设项目的对防洪的影响论述清楚，为相关部门对项目的审批提供决策依据。

2 计算方法

随着计算技术的发展，数值模型已广泛应用于河流工程的研究、规划和设计中，已成为工程优化设计的一个有效手段，得到了工程界的认可。

文章研究主要采用MIKE21(水动力模块)软件来模拟火驱站设计洪水条件下的洪水演进过程。

MIKE21是二维平面区域内的水力学计算软件，主要用于模拟河流、湖泊、河口、海湾、海岸及海洋的水流、波浪、泥沙及环境等，本次计算选用MIKE21的水动力学模计算泛滥区内的洪水淹没过程，根据计算结果即可进行洪水动演进过程的模拟。

3 模型构建

3.1 工程概况

本研究选用的火驱站位于辽河下游平原地区，地势低洼，全区域为苇塘所覆盖，工程场地在地貌单元上属于辽河河口三角洲，沉积土层为第四系，海陆交互相沉积。地貌为辽河下游冲积平原，区内地势低洼，一般海拔2m-4m，全区为苇田所覆盖。

建设项目位于绕阳河胜利塘大桥上下游，建设两座火驱站，其中1#火驱站拟建位置位于绕阳河右岸滩地，盘山县羊圈子苇场管理区域，胜利塘大桥上游约800m，距河道主槽约900m，位于胜利塘总干东侧约160m，滩区已有公路的北侧，紧临公路，本区域地面平坦；2#火驱站拟建位置位于绕阳河左岸滩地，盘锦监狱管理区域，胜利塘大桥下游约300m，距河道主槽约200m，距大堤约1300m，滩区已有公路的西侧，紧临公路。详见图1。火驱站防洪标准为50a一遇。

图1 工程位置示意图

3.2 模型边界设置

模型计算河道区域主要来流为绕阳河干流洪水，根据水文计算分析，工程所在河段50a一遇洪水流量为2352m3/s，30a一遇洪水流量为2142m3/s。

模型下游接近绕阳河河口，终点水位采用绕阳河河口水位-流量关系插值所得。河口水位流量关系见图2。

图2 绕阳河口水位-流量关系线

3.3 网格剖分及地形

水力计算范围，上游从龙家堡下游1.3km开始，下游至绕阳河河口上游1.3km，共27.2km河道。由于本河段左岸有堤防，计算范围左岸至堤防；右岸现状堤防不连续，滩地平坦，右岸计算范围至高程较高的胜利塘总干、308省道、振兴造纸厂排水渠边公路组成的边界。计算范围见图1。

本次计算采用Mike21矩形网格，由于本河段滩地范围广阔，地势平坦，矩形尺寸为20m×20m。由于模型算法限制，进出口边界需水平或垂直，因此确定计算网格时，将地形顺时针旋转45°。以保持上、下游边界与河道正交。计算网格划分插值见图3。

图3 计算网格划分图(每5条网格线显示1条)

本次计算的两个火驱站考虑场站周围环绕的铁艺围墙的阻水作用采用抬高地形不过流的方法处理，使抬高的地形的网格位置与火驱站一致，抬高面积保持一致。用这种方法处理的地形，阻水作用大于实际情况，计算结果偏安全。

3.4 糙率

计算区域的曼宁值反映区域内不同地物对水流的阻力作用，采用和地形网格相对应的糙率网格。为反映模型内计算区域的地形特点，对模型中的公路、铁路等进行了高程点加密，以确保网格剖分后高程的连续，对于油田区域的油井、厂房等，进行了局部加糙处理。

河道主槽糙率选为0.033；滩地糙率选为0.05-0.11；油田范围通过加糙模拟建、构筑物阻水情况，糙率选为0.17。

4 模拟结果分析

经模型计算得到整个研究区30a一遇及50a一遇洪水的流场。新建火驱站侵占河道行洪面积，会导致火驱站迎水侧水位壅高，壅高的水位随距新建火驱站距离增加而逐渐减小，直到与现状情况一致。火驱站背水侧水位会降低，随着距火驱站距离增加降低值逐渐减小。火驱站迎、背水侧由于建筑物阻水流速会降低，相应的火驱站两侧流速会增大，流速变化值随着距火驱站距离增加而减小。

4.1 水位影响

1#火驱站距离河道主槽较远，阻水作用不明显。50a一遇洪水火驱站附近最高壅水3cm，位于火驱站迎流侧，最大影响范围541m；水位降低最大2cm，位于火驱站背流侧，最大影响范围255m。

2#火驱站距离主槽较1#火驱站近，但阻水面积较1#火驱站小，壅水作用与1#火驱站相差不大。50a一遇洪水火驱站附近最高壅水3cm，位于火驱站迎流侧，最大影响范围195m；水位降低最大3cm，位于火驱站背流侧，最大影响范围323m。

图4 火驱站修建前后50a一遇水位差值分布图

图5 火驱站修建前后30a一遇水位差值分布图

4.2 流速影响

图6 火驱站修建前后50a一遇流速差值分布图

图7 火驱站修建前后30a一遇流速差值分布图

火驱站修建前后，河道流速大小变化不大，流速分布基本不变。火驱站附近由于火驱站阻挡，水流形态较天然情况复杂紊乱，火驱站建筑物迎流侧和背流测由于阻水作用流速减小，建筑物间隙和两侧为增加过流流速增大，但流速变化值均不大。50a一遇洪水条件下，1#火驱站附近流速增大最大值0.13m/s，2#火驱站附近流速增大最大值0.12m/s，影响范围在垂直于流线方向不超过200m。

5 结 语

对于河道内复杂地形及建筑物的防洪评价壅水计算，相比二维模型计算结果，一维计算过程过于概化，简单，采用二维模型计算结果进行防洪评价，结论更安全、可靠。对于复杂地形条件下的工程项目，在编制防洪影响评价报告时，在条件允许情况下，建议对重要计算内容进行二维数值模拟计算，以得出更加合理的结论，为防洪影响评价提供依据，以利于有关部门对建设项目的审批。

[1]徐新华．防洪评价报告编制导则制定研究[D].南京：河海大学 ，2006．

[2]轧文倩，赵健，孔祥伟．新疆河道岸线利用管理初探 [J]． 新疆农业.科学，2008(Z1)：271-272．

[3]刘珺．平乐黑山码头工程的防洪影响研究[D].桂林：桂林理工大学，2013．

[4]陆丽丽，陈小菊，颜庆．浅析河道管理范围内建设项目防洪评价[J]．科技创新导报，2013(11)：1．

[5]丁则平．对提高河道管理范围内建设项目管理水平的思考[J]．海河水利，2006(06)：29-31．

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1007-7596(2016)12-0083-03

2016-11-22

何双(1985-)，男，湖北随州人，工程师，从事水利规划设计工作。

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