基于MIKE11水动力模型的大洋河丹东有堤段行洪能力分析

冯金鹏

摘要：河道现状行洪能力是河道所在地区防洪安全的核心，也是防汛主管管部门汛期指导防汛的重要依据。为分析大洋河丹东有堤段的行洪能力，采用水动力模型MIKE11计算、模拟河道及河网的一维洪水演进过程，准确判断其行洪能力，为保护沿岸居民防洪安全提供理论基础。

关键词：行洪能力；MIKE11模型；模拟；一维洪水演进

中图分类号：TV143 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）03-0030-03

1 大洋河丹东段河道概况

大洋河上游分东、西两支，西支为东洋河，发源于岫岩县西北部的唐望山，海拔928.9 m；东支为哨子河，发源于岫岩县北部的古洞岭，海拔937.8 m。两支流在哨子河乡汇合后称为大洋河，先后纳入亮子河、土牛河、小洋河和双岔河，于东港市黄土坎乡南注入黄海，河道长182 km，流域面积6 554 km2。大洋河现状堤防不连续，干流洋河闸以下至入海口段两岸建成连续堤防，其他段堤防主要分布在干流沿河村庄段和支流沿河村屯地势较低处。2012年“804”暴雨洪水发生后，大洋河流域为重灾区，洪峰过后，河道有所改变，河床、河岸极不稳定，给防洪安全带来极大威胁。

现主要研究大洋河干流洋河闸以下，即洋河闸以下至入海口段（黄土坎大桥以下为感潮段，受潮位控制）。该河段防洪标准20年一遇。左右岸都已经建好堤防工程，沿岸村屯较多，现状堤顶宽4～6 m，边坡1.0︰2.5。其中跨河桥梁有3座，分别为黄土坎大桥、高速路特大桥和老洋河桥。

2 计算模型

MIKE11河流模型采用的是水动力学模型（HD模型），即眀渠不稳定流隐式格式有限差分解。其差分格式采用了六点中心隐式差分格式（Abbott）格式，数值计算采用传统的“追赶法”，即“双扫”算法。该模型可以对不同地区的水流条件及亚临界水流，或者从陡峭山区性河流到感潮河口的各种垂向均质水流条件进行模拟。此外，在进行完全水动力学模拟的同时，还可以进行各种简化水流模拟，如扩散波、运动波及准稳定流计算。其控制方程组和方程组的离散如下。

2.1 控制方程组

MIK11水动力学模型的微分方程即圣维南（Saint-Venant）。方程组的基本假定是：不可压缩、均质流体；基本是一维流态；坡降小、纵向断面变化幅度小；静水压力分布。

连续方程为：

+=q+δQc （1）

运动方程为：

+=-gA-gA （2）

式中：S，t分别代表空间与时间坐标；A代表河道过水断面面积；Q代表断面流量；q代表均匀旁侧入流；Qc代表集中旁侧入流；δ为Diracδ；z代表水位水量，K代表流量模数，由谢才公式计算。

2.2 方程组的离散

利用Abbott六点隐式格式离散上述控制方程组。该离散格式在每一个网格节点并不同时计算水位和流量，而是按顺序交替计算水位和流量，分别称为h点和Q点（图1所示）。该格式为无条件稳定，可以在相当大的Courant数下保持计算稳定，取较长的时间步长以节省计算时间。

3 模型率定

考虑到资料的时效性及完整性，为准确分析大洋河的现状行洪能力，计算横断面及1︰1万平面图均采用2012年汛后实测资料。通过不断调整模型中的糙率，充分考虑包括滩槽划分、地形（包括鱼塘、沙坑、滩地构筑物等）等诸多影响因素，参考2012年实测河底及平面地形等，结合对比沿程水文、水位站2012年实测水位流量关系，最终复核得到与2012年洪水期较为接近的数学计算模型。综合糙率为0.024～0.028。

4 计算成果

MIKE11计算一维非恒定流需要的边界条件包括2个，即下游的水位过程和上游的流量过程。

大洋河干流洋河闸以下至入海口段上边界条件为洋河闸设计的闸下水位流量关系，下游边界为大洋河入海口不同频率潮位关系。计算流量均采用2012年“804”洪水实际洪水过程。水力计算采用大洋河沿程的水文及水位站计算成果。计算断面的2010年洪水过程线及边界条件断面的水位流量关系曲线见图2—4，计算成果见表1。

5 薄弱环节分析

5.1 有堤段薄弱环节分析

计算结果表明：黄土坎大桥以上右岸堤防仅荒地、冰窖（地名）断面达到20年一遇设计防洪标准，其余断面均未达到20年一遇设计防洪标准；左岸只有冰窖断面至上游高速路特大桥之间的4个断面达到设计防洪标准，其余断面未达到20年一遇设计防洪标准。

此段堤防主要在农业学大寨时期修建，属于赶工完成，技术标准低，工期急，后期维护少，造成堤防基本都达不到20一遇洪水标准。经复核，现在此段堤防基本能达到10年一遇洪水标准。建议地方水利相关单位组织设计施工单位按照设计防洪标准进行加固处理并在汛期加强人员巡视，确保薄弱环节汛期安全。

5.2 无堤段临河村屯防洪安全分析

为大洋河丹东段防洪安全考虑，将大洋河丹东段无堤段临河村屯（地面高程高于10年一遇洪水位5 m以上的村屯未列入表格）地面高程与设计洪水位进行对比分析，成果见表2。

从表2中可以看出，勤俭屯地面高程高于10年一遇洪水位低于20年一遇洪水位，张粉房和小塔子两村部分民居地面高程低于5年一遇洪水位，但是这3个村屯都依山而建，发生洪水时避险非常方便，逃险距离不超过50 m。因此，相关部门只需强化前期预警预报、汛期组织抢险及救援救助等工作即可。

参考文献

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