MIKE11模型在沿海挡潮闸规模论证中的应用分析

诸葛绪霞，王 霞，张 健

(盐城市水利勘测设计研究院，江苏 盐城 224002)

沿海挡潮闸的排涝过程与上游水位、下游潮位关系密切，传统的计算方法不能准确模拟沿海挡潮闸的排涝过程。近年来，随着水利工程建设标准的提高，合理确定沿海挡潮闸的规模对水利工程的建设和发展具有重要的意义。MIKE11模型是模拟一维水流和水质的国际化工程软件，经过大量工程实践验证，被证明适用于包括复杂平原河网在内的一维非恒定流计算[8]。本文采用MIKE11模型对民生河闸流域的水文过程进行模拟，论证分析民生河闸的拆建规模。

1 研究区域概况

民生河闸建于1966年，距离灌河口约600m，现状闸孔净宽24m，共6孔，其中5孔为泄水孔，单孔净宽3.8m，一孔为通航孔，净宽5m。民生河闸现状排涝范围为：东至中山河、西至南潮河、南至南直河-大兴河、北至G228国道，排涝面积约254km2。根据相关规划要求，民生河闸排涝区域治理工程排涝标准为10年一遇。

2 模型设计

2.1 河网及建筑物概化

采用MIKE11一维非恒定水动力学模型，建立民生河流域内的河网水利计算模型。模型河网主要包括：民生河干河河道23.5km(大兴河-民生河闸)以及民生河沿线排涝支河，其他无输水功能的河道、湖泊等作为调蓄水面处理。模型中建筑物包括：民生河挡潮闸以及黄海农场2013年新建的6m农场节制闸，采用MIKE11河网文件中control str进行概化，如图1所示。

图1 民生河流域MIKE11河网文件概化示意图

2.2 设计暴雨

民生河流域内没有雨量站，采用距离民生河流域较近的陈港、中山河闸、南河7套4个站点的暴雨资料，通过加权平均计算民生河流域设计暴雨量。民生河流域为平原自排区，根据本地区暴雨洪水特点，采用最大3d设计暴雨，然后对区域年最大3d暴雨量进行频率分析，绘制P-Ⅲ曲线。计算结果见表1。

表1 民生河区域最大3d暴雨频率分析成果表

2.3 设计净雨

设计净雨根据《江苏省暴雨洪水图集(1984)》(以下简称《图集》)，利用下列公式计算设计净雨量：

(1)

经计算，民生河区域10年一遇最大3d设计净雨量为150.2mm。

根据《图集》表十，查算得设计最大3d净雨分配过程见表2。

表2 最大3d雨量分配过程(△t=6h)

2.4 设计潮型

采用燕尾港及响水口50%排涝潮型曲线内插推求民生河闸下50%排涝潮型，燕尾港50%排涝潮型采用《江苏省水文手册(1976年)》中分析成果，响水口50%排涝潮型曲线采用《响水船闸枢纽工程》中分析成果。

2.5 模型控制参数

2.5.1 控制水位

结合地面高程、地面农作物情况、民生河闸及黄海农场节制闸相关设计参数确定黄海农场节制闸下最高控制水位为▽2.5m。

2.5.2 排涝历时

排涝历时指从▽1.5m上涨然后回落到▽1.5m所经历的时间，采用3d暴雨雨后1d排出。

2.6 闸孔规模论证

2.6.1 闸孔净宽论证

采用现状闸底高程-2.5m，10年一遇河道设计标准，计算不同闸孔净宽对区域排涝的影响，不同工况计算结果详见表3。

经分析，闸孔净宽由24m加大到30m后，民生河干河黄海农场节制闸下最高水位降低4cm，最大过闸流量增大36m3/s，最大日均过闸流量增大9m3/s，排涝历时缩短了4h；闸孔净宽由30m加大到35m后，对区域排涝历时基本没有影响，节制闸下最高水位降低1cm；闸孔净宽由35m加大到40m后，对区域水位、排涝历时基本没有影响，只增加了最大过闸流量。

经上述分析，闸孔净宽增加到30m后，再增加闸孔净宽对区域排涝能力的影响很小。因此，初步确定闸孔净宽为30m。

2.6.2 闸底板面高程论证

采用现状闸孔净宽24m、规划净宽30m，分别分析不同闸底高程对区域排涝的影响，分析成果见表4。

表4 闸底高程对区域排涝的影响对比

经分析，当闸孔净宽为24m时，闸底高程由-2.5m降低到-3.0m后，节制闸下最高水位降低4cm，最大过闸流量增大23m3/s，最大日均过闸流量增大7m3/s，排涝历时减少4h；闸底高程由-3m降低到-3.5m后，对节制闸下最高水位及排涝历时基本没有影响，仅增加了最大过闸流量。

当闸孔净宽为30m时，闸底高程由-2.5m降低到-3.0m后，节制闸下最高水位降低3cm，闸前最高水位降低10cm，最大过闸流量增大18m3/s，最大日均过闸流量增大3m3/s，排涝历时减少1h；闸底高程由-3m降低到-3.5m后，对最高水位及排涝历时基本没有影响，仅增加了最大过闸流量。

综上，当闸底高程降低到-3.0m以后，再降低闸底高程对区域排涝能力影响很小，初步确定闸底高程为-3.0m。

3 结语

MIKE11模型被很好地运用于挡潮闸闸孔规模的论证中，通过改变多种设计工况，可以直观显示参数计算成果。通过不同工况相关参数计算结果，可以合理地选择挡潮闸的闸孔规模。但模型建立需要完整的流域水文、河道、水面率等调查资料，对资料的精度要求较高，不适应于资料缺乏、调研难度较大的大流域。