白石水库下游洪水淹没模拟与分析

2016-08-10 07:46高宇

东北水利水电 2016年7期

高　宇

（辽宁省白石水库管理局，辽宁朝阳122000）

白石水库下游洪水淹没模拟与分析

高宇

（辽宁省白石水库管理局，辽宁朝阳122000）

［摘要］文中在分析水库下游洪水淹没影响因素的基础上，确定了地形、糙率、起点水位等指标，应用丹麦DH I公司研发的M IKE水力计算软件建立了水库下游洪水淹没损失模型。分析计算了流量从200—11 800m3/s，每200 m3/s计算一次，另外分别计算10年、20年和50年标准流量下的水面线成果，从而确定了白石水库坝下大凌河河道淹没损失成果。

［关键词］洪水淹没损失；M IKE11；白石水库

1　工程概况

大凌河发源于辽宁省建昌县要路沟乡水泉沟，流域面积23 549 km2，河长435 km，河道平均比降0.96‰。白石水库是一座以防洪、灌溉、供水为主，兼顾发电、养鱼等综合利用的大Ⅰ型水利枢纽工程。水库坝址以上控制面积17 649 km2，占大凌河流域总面积的76%。水库总库容16.45亿km2，净调节水量4.47亿km2，正常高水位127.0 m，防洪限制水位125.6 m，死水位108.0 m。

白石水库坝下大凌河河道行洪面积约34 796.33 hm2，河道主槽面积约4 210.13 hm2，滩地约30 586.20 hm2。其中，坝下林地约15 839.27 hm2，耕地约805.47 hm2，牧畜草约5 730.27 hm2，鱼塘约80.47 hm2，水产养殖约59.20 hm2，芦苇约1 095.33 hm2，荒地6 976.20 hm2。

白石水库坝下大凌河左岸堤防分为两段，即义县铁路桥～锦阜高速公路桥（3.43 km），石窗子～三道沟（53.52 km）；右岸堤防分为两段，即西关变电所～锦阜高速公路桥（4.43 km），大定河～大有农场（57.94 km），其中尤山子～双化屯为凌海城区，堤长约7.08 km。白石水库坝下大凌河义县城区段、凌海城区段堤防迎水面边坡1.0∶3.0，背水面边坡1.0∶3.5，顶宽6 m，堤防堤顶设计超高为2.0 m；其它段III级堤防迎水面边坡1.0∶2.5，背水面边坡1.0∶3.5，顶宽4.5 m，秦沈客运专线铁路桥以下河段堤防设计超高为1.8 m，以上河段堤防设计超高为1.6 m。

2　数学计算模型建立

2.1计算方案

白石水库坝下大凌河河道长、流域面积大、入汇支流多，河道天然状况下的产、汇流过于复杂，模型计算时将此类边界条件进行概化处理。此次淹没损失分析近似认为计算模型的来流主要取自水库进行一定调节后的下泄流量，因此此次模型计算采用上游单一来流，不考虑水库下游区域产、汇流过程等。

白石水库坝下大凌河M IKE一维模型计算流量从200—11 800 m3/s，每200 m3/s计算一次。另外分别计算10年、20年和50年标准流量下的水面线成果。

2.2模型计算原理

M IK11水动力学模型的微分方程一维明渠非恒定流方程，即圣维南（Saint—Venant）方程组，具体形式为

式中：Q代表流量；A代表横断过流面积；q代表旁侧入流；h代表水位；C代表谢才阻力系数；R为水力半径；α为流量分布系数。

2.3地形数据及糙率

地形数据采用2011年大凌河河道横断测量资料，并依据谷歌影像图，对2011年河道大横断面中出现的局部沙坑、鱼塘、串沟等进行填平处理，以更好地真实模拟河道行洪能力，防止沙坑等非有效过流区参与过流。糙率参考《大凌河河道防洪工程可行性研究报告》（2005年），并通过与1994年洪痕调查成果及《大凌河河道防洪工程可行性研究报告》（2005年）水面线计算成果核实后重新修订。白石水库坝下大凌河M IKE一维模型主槽糙率为0.014～0.025，滩地糙率范围为0.02～0.06。

2.4起点水位

根据水文成果，大凌河河口地区洪水和潮水的遭遇不具有关联性，是随机的，白石水库坝下大凌河M IKE一维模型计算起点水位采用以洪水影响为主的河口水位，河口水位成果表见表1。

表1　大凌河河口潮水位成果表

3　计算结果

3.1保证流量

由白石水库坝下大凌河模型计算所得河道水面线计算成果，绘制河道水面线纵断图。将整理好的各堤段保证水位绘制在各河水面线纵断图上，保证水位与水面线不同流量纵段线交叉点即为对应位置的保证流量数值，将各河沿程各点保证流量进行汇总，形成保证流量成果表。白石水库坝下大凌河河道保证流量见表2。

3.2防洪薄弱段

白石水库坝下大凌河河道内共有险工河段12处，总长10.55 km，其中仅有3处采取了局部防护措施，共计600 m，而其余9处堤防则并未采取防护措施，可见险工险段抵御洪水能力较差，白石水库坝下大凌河河道内险工险段基本情况见表3。

表2　白石水库坝下大凌河河道保证流量成果表

表3　白石水库坝下大凌河河道险工情况汇总表

3.3淹没损失分析

白石水库坝下大凌河河道淹没损失成果见表4，表4中不同流量下淹没面积为包含关系，即大流量淹没面积包含小流量淹没面积，区间流量增加淹没面积为两流量下淹没面积差值。由表4可知，白石水库坝下大凌河河道在200m3/s流量下开始淹没滩地，至1 400m3/s流量时，淹没滩地面积为4 745.67 hm2，约占最终淹没滩地面积的16%，至2 600 m3/s流量时，淹没滩地面积为19 843.60 hm2，约占最终淹没滩地面积的65%；至6 200 m3/s流量时，淹没滩地面积为29 898.20 hm2，约占最终淹没滩地面积的98%。可见，在200～1 400 m3/s流量范围内，淹没损失相对较小且增长缓慢，在1 400～2 600 m3/s流量范围内，淹没损失随流量增大而急剧加大，在2 600～6 200 m3/s流量范围内，淹没损失持续加大，在6 200 m3/s流量时就已基本淹没了白石水库坝下大凌河河道行洪范围内所有滩地。