基于Mike21 模型的建设项目洪水影响分析

朱双双

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津300250）

1 简介

随着经济发展，电力需求持续快速增长，为满足经济社会发展和能源资源更大范围优化配置需要，国家电网规划建成“三纵三横”特高压骨干网架，京津冀电网形成“两横三纵”500kV电网结构。天津电网作为特大型城市电网， 要求有较高的安全稳定水平和坚强的网络结构，近年天津电力不断发展，构建了很多新电网，不少线路穿越蓄滞洪区，建设项目对蓄滞洪区的影响及蓄滞洪区运用过程中对建设项目的影响是建设项目不可缺少的内容。

对洪水演进的模拟， 国内外的专家进行了不少研究，分别通过差分法、有限元法、有限体积法，模拟软件分别有Mike21、Fluent、Delft3d、Sms等。通过多年跟踪、调研和资料收集，建立了蓄滞洪区内的铁路、公路、堤防、水库、输送电线塔等工程数据库，动态跟踪了蓄滞洪区内的工农业等基础设施的建设情况，以及相关河道治理、蓄滞洪区规划、调度预案等水利最新情况，基础资料非常全面、准确，为模型建立打下了扎实基础。

本次以天津市大黄堡洼蓄滞洪区为例， 分析论证天津渠阳至南蔡双回500kV输变电工程穿越蓄滞洪区的防洪影响。

2 数学模型建立

大黄堡蓄滞洪区模型建立基于Mike21 FM水动力模块，在平面上采用非结构化网格，数值方法是单元中心的有限体积法， 法向通量通过在沿外法向建立单元水力模型并求解一维黎曼问题而得到， 采用显式时间积分。

2.1 二维计算区域资料概化

结合计算评价区域的具体地形情况， 采用2003年1∶10000实测地形图，测量数据为建模基础进行转化、提取，将大黄堡洼蓄滞洪区内各分区边界作为单独网格剖分边界，以100～200m为边长，形成三角形，模型总面积290km2， 对隔堤进行了加密， 内部有11731个节点，23091个非结构网格。网格剖分如图1。

蓄滞洪区分区围埝、道路对洪水演进影响较大，在模型设置中，将分区围埝、道路等实际工况模拟为薄壁堰来处理。 大黄堡蓄滞洪区现状围埝共5处，分别为柳河干渠、清污渠、大尔路、九园路、闫杜渠。 作为城市供水调节的尔王庄水库， 利用设置较高的堤防与大黄堡洼蓄滞洪区隔开， 使洪水不进入尔王庄水库（在实际运用中，亦是要保护尔王庄水库）。

2.2 边界条件

图1 网格剖分

狼儿窝分洪闸是青龙湾减河向大黄堡洼蓄滞洪区分洪的控制工程， 青龙湾减河是承泄北运河洪涝水的主要行洪尾闾河道。 根据中水北方勘测设计研究院有限责任公司2008年编制的《北三河系防洪规划》报告，经分析，对大黄堡洼蓄滞洪区调洪起控制作用的洪水时段长约7d， 本次模型主要采用北运河有关站和支流的设计洪峰、7d洪量和30d洪量。《北三河系防洪规划》中北运河干、支流洪水采用错级叠加方式进行组合，即干流50，20年一遇洪水分别与支流20，10年一遇洪水组合。

土门楼站20，50年一遇的洪水过程线如图2。

图2 土门楼站洪水过程线

2.3 糙率

糙率是反映地面阻水程度的参数， 本次参照以往模型率定成果按经验选取。 模型单元糙率选取主要模化为表1的几种情况。

表1 模型单元糙率模化

2.4 模型计算方案

根据GB50201—2014《防洪标准》确定工程防洪标准为50年一遇，北运河防洪标准为50年一遇，大黄堡洼设计运用标准为5～20年一遇， 现状大黄堡洼分洪闸分洪430m3/s，规划大黄堡洼分洪闸分洪780m3/s。模型共计算4个工况，如表2。

表2 模型计算工况

3 计算结果

图3 模型演进80h水深结果

为分析电力线路对大黄堡洼水位的影响， 通过数学模型洪水演进计算，可得到现状、规划大黄堡洼情况下有、无建设项目时塔基的最高水位，当发生50年一遇洪水时， 现状大黄堡内建设项目塔基水位变化浮动在0～0.012m之间， 规划大黄堡内建设项目塔基水位变化浮动在0～0.014m之间。 模型演进结果如图3～图4。

图4 模型演进229h水深结果

4 结语

（1）电网工程穿越蓄滞洪区，产生洪水影响，定量评价电网对蓄滞洪区产生的影响是必要的。

（2）基于Mike21 FM水动力模块进行建模，分析计算不同工况下， 电网工程建成后对蓄滞洪区产生影响，结果可靠，分析方法合理，为建设项目对蓄滞洪区影响提供了可靠数据， 保障了蓄滞洪区行洪安全。