大洋河岫岩城市段河道防洪能力评估研究

冯金鹏（辽宁省水利水电科学研究院，辽宁沈阳110003）



大洋河岫岩城市段河道防洪能力评估研究

冯金鹏
（辽宁省水利水电科学研究院，辽宁沈阳110003）

［摘 要］为探清河道的防洪能力，以大洋河岫岩城市段为研究对象，采用MIKE11一维水动力模型进行河道水面线计算，根据防汛警戒水位及保证水位确定原则，结合不同频率洪水组合的水位计算结果，得出不同断面的特征水位以及保证流量。通过河道现状防洪能力分析，得出过流能力较弱的河段，为防洪工程建设及两岸防洪安全提供科学依据。

［关键词］MIKE11；防洪能力；特征水位；大洋河

随着社会经济的发展，工程建设的增多，许多涉及河道的工程如桥梁、闸坝、航道、采砂等对河道水流的影响日益严重。河道上游水土流失，下游泥沙淤积、河底增高，河道阻水建筑物的增多，侵占了过水断面，河道行洪能力受到不同程度影响。因此，需要定期对河道防洪能力进行分析，以了解河道可安全通过的最大流量，确定河段防汛警戒水位和保证水位，为防洪应急预案制定提供依据。最大安全泄量的计算过程需要多次试算，以得出最接近保证水位的对应流量，MIKE11模型做为一维水动力模拟软件，其模型参数及边界条件调节方便。

1 河道概况

大洋河发源于辽宁省鞍山市岫岩县偏岭镇，全长182 km，流域面积6 554 km2，河道平均比降0.721‰，于东港市黄土坎镇南注入黄海，为独流入海河流。大洋河流域洪水主要由暴雨产生，多集中于7，8月份。2012年，受台风影响，多地出现致灾暴雨，大洋河岫岩水文站洪峰流量为4 380 m3/s，为有记录以来第一位，重现期超过50年一遇洪水标准，多处发生堤防漫溢或溃决，洪灾损失严重。洪水过后，河道地形冲淤变化，有必要进行汛后地形测量，重新复核河道防洪能力，提出有效的防洪措施。

此次研究选取防洪重点地区大洋河岫岩城市段为例，采用MIKE11软件进行计算分析。该段由冷家隈子至雅河汇合口上游，河道长约10.8 km，两岸均建有堤防，右岸为岫岩县城主城区，堤防防洪标准为50年一遇，左岸堤防防洪标准为20年一遇。

2 行洪能力计算分析

2.1 MIKE11水动力模型

计算模型采用丹麦水力环境研究所（DHI）开发的MIKE系列软件中的一维水动力计算模块MIKE11（HD）。MIKE11主要用于河流、河网等的水量水质模拟，在洪水预报、水利工程规划设计、水资源管理等方面得到广泛应用。

1）控制方程

MIKE11以求解圣维南(Saint-Venant)方程组为理论基础，方程组形式：

式中：Q为流量，m3/s；A为断面面积，m2；h为水深，m；C为谢才系数；α为动量校正系数；R为水力半径，m；g为重力加速度，m/s2；x为距离坐标，m；t为时间坐标，s。

2）方程组的离散

利用六点Abbott-Ionescu隐式格式离散圣维南方程组，按顺序交替计算每一个网格点的水位和流量。

2.2 计算条件

1）地形条件

模型计算地形采用2012年汛后实测河道横断面，对桥梁、闸坝等水工建筑物以及重点观测断面处均设置了测量断面，如图1所示。

图1 河道测量断面分布图

2）边界条件

上游流量边界选用岫岩水文站设计洪水，根据两岸堤防防洪标准选择20年一遇及50年一遇设计洪水，采用“大洋河流域规划报告”成果，对应的设计流量分别为2 950 m3/s和4 050 m3/s。下游边界选用雅河入汇口上游水流平顺段的水位流量关系，如图2所示。

图2 下边界水位流量关系曲线图

3）模型参数率定及验证

基于以往模型试验及河床组成颗粒调查分析，该段河道糙率为0.030～0.045。近年来大洋河发生较大洪水的年份有1982，1994，2012年，选取这几年的洪水过程实测资料进行模型率定与验证，经计算分析，确定大洋河岫岩段糙率取值为0.04。以2012年“8·4”洪水岫岩水文站为例，将实测水位过程与计算水位过程对比，如图3所示。模型的计算水位过程与实测水位拟合较好，洪峰水位差为0.05 m，结果表明所建的计算模型精度较高，可用于防洪能力评估计算。

图3 2012年岫岩站水位过程比较图

2.3 防洪能力分析

此次防洪能力分析主要进行防汛特征水位的确定，包括警戒水位及保证水位。根据河道实际情况及经验，警戒水位采用洪水位到达堤脚或漫过堤脚以上0.5～1.0 m水位作为警戒水位，保证水位为堤顶高程减去堤防设计超高值。右岸堤防防洪标准为50年一遇，设计超高为1.2 m，左岸防洪标准为20年一遇，设计超高为0.9 m。采用MIKE11模型，计算不同流量下水位变化，得出计算断面的防洪能力，结果如表1所示。

表1 大洋河干流岫岩县城段防洪能力基本情况表

D4断面（2号橡胶坝）左右岸堤防未达到设计标准，其中右岸应为50年一遇标准，左岸应为20年一遇标准，现状左右岸都未达到20年一遇防洪标准。此段为城市段，洪水期易发生险情，危害较大，应按照设计标准进行加固处理，以满足原设计防洪标准，并在汛期加强人员巡视。

D8断面（冷家隈子城市段末端）左岸堤防未达到设计标准，设计标准为20年一遇，现状未达标。此段堤防背水侧为农田，距离最近村庄为冷家隈子村，村庄依山而建，应对堤顶进行加高，同时编制应急预案，组织临河村庄进行抢险和逃生演练。

为了提高防汛管理效率，根据重点保护对象及河道特性，同时考虑交通便利性等因素，选取特征水位观测点。观测点可代表一定长度河段，观测点处保证水位为其代表段堤防能够安全下泄的最小洪峰流量所对应的观测点处水位，即堤段所有堤防在观测点超过此水位前均可保证其防洪安全。选定岫岩站（青洋桥附近）和北洋桥为特征水位观测点，岫岩站代表D2（五间房村）至D6（3号橡胶坝）河段，北洋桥观测点代表D6至D8（冷家隈子）河段，观测点特征水位成果如表2所示。岫岩站代表河段中，D4断面的泄流能力最弱，因此，作为观测点岫岩站的保证水位为D4断面安全下泄流量对应的水位，右岸城区的保证水位为75.5 m。同理，观测点北洋桥所在河段D8断面的泄流能力较弱，左岸保证水位为79.63 m。

3 结论

应用MIKE11构建了大洋河岫岩城市段水力数值模型，进行河道防洪能力分析，结果合理可靠。防洪能力分析结果表明，岫岩城市段经多年治理，总体堤防状况较好，过流能力较好，但在2号橡胶坝左右两岸以及D8断面左岸堤防未达到设计标准，过流能力较弱，应尽快采取工程措施，提高防洪能力。

表2 大洋河岫岩城市段观测点特征水位、流量成果表

［参考文献］

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［中图分类号］TV877

［文献标识码］A

［文章编号］1002－0624（2016）06－0045－03

[收稿日期]2016-01-16

[基金项目]辽宁省科学技术计划项目（2014212003）:辽宁省农业节水与旱涝减灾技术研究与示范。