白石水庫下游洪水淹沒模擬與分析

高　宇

（遼寧省白石水庫管理局，遼寧朝陽122000）

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白石水庫下游洪水淹沒模擬與分析

高宇

（遼寧省白石水庫管理局，遼寧朝陽122000）

［摘 要］文中在分析水庫下游洪水淹沒影響因素的基礎(chǔ)上，確定了地形、糙率、起點(diǎn)水位等指標(biāo)，應(yīng)用丹麥DH I公司研發(fā)的M IKE水力計(jì)算軟件建立了水庫下游洪水淹沒損失模型。分析計(jì)算了流量從200—11 800m3/s，每200 m3/s計(jì)算一次，另外分別計(jì)算10年、20年和50年標(biāo)準(zhǔn)流量下的水面線成果，從而確定了白石水庫壩下大凌河河道淹沒損失成果。

［關(guān)鍵詞］洪水淹沒損失；M IKE11；白石水庫

1　工程概況

大凌河發(fā)源于遼寧省建昌縣要路溝鄉(xiāng)水泉溝，流域面積23 549 km2，河長435 km，河道平均比降0.96‰。白石水庫是一座以防洪、灌溉、供水為主，兼顧發(fā)電、養(yǎng)魚等綜合利用的大Ⅰ型水利樞紐工程。水庫壩址以上控制面積17 649 km2，占大凌河流域總面積的76%。水庫總庫容16.45億km2，凈調(diào)節(jié)水量4.47億km2，正常高水位127.0 m，防洪限制水位125.6 m，死水位108.0 m。

白石水庫壩下大凌河河道行洪面積約34 796.33 hm2，河道主槽面積約4 210.13 hm2，灘地約30 586.20 hm2。其中，壩下林地約15 839.27 hm2，耕地約805.47 hm2，牧畜草約5 730.27 hm2，魚塘約80.47 hm2，水產(chǎn)養(yǎng)殖約59.20 hm2，蘆葦約1 095.33 hm2，荒地6 976.20 hm2。

白石水庫壩下大凌河左岸堤防分為兩段，即義縣鐵路橋～錦阜高速公路橋（3.43 km），石窗子～三道溝（53.52 km）；右岸堤防分為兩段，即西關(guān)變電所～錦阜高速公路橋（4.43 km），大定河～大有農(nóng)場（57.94 km），其中尤山子～雙化屯為凌海城區(qū)，堤長約7.08 km。白石水庫壩下大凌河義縣城區(qū)段、凌海城區(qū)段堤防迎水面邊坡1.0∶3.0，背水面邊坡1.0∶3.5，頂寬6 m，堤防堤頂設(shè)計(jì)超高為2.0 m；其它段III級堤防迎水面邊坡1.0∶2.5，背水面邊坡1.0∶3.5，頂寬4.5 m，秦沈客運(yùn)專線鐵路橋以下河段堤防設(shè)計(jì)超高為1.8 m，以上河段堤防設(shè)計(jì)超高為1.6 m。

2　數(shù)學(xué)計(jì)算模型建立

2.1計(jì)算方案

白石水庫壩下大凌河河道長、流域面積大、入?yún)R支流多，河道天然狀況下的產(chǎn)、匯流過于復(fù)雜，模型計(jì)算時將此類邊界條件進(jìn)行概化處理。此次淹沒損失分析近似認(rèn)為計(jì)算模型的來流主要取自水庫進(jìn)行一定調(diào)節(jié)后的下泄流量，因此此次模型計(jì)算采用上游單一來流，不考慮水庫下游區(qū)域產(chǎn)、匯流過程等。

白石水庫壩下大凌河M IKE一維模型計(jì)算流量從200—11 800 m3/s，每200 m3/s計(jì)算一次。另外分別計(jì)算10年、20年和50年標(biāo)準(zhǔn)流量下的水面線成果。

2.2模型計(jì)算原理

M IK11水動力學(xué)模型的微分方程一維明渠非恒定流方程，即圣維南（Saint—Venant）方程組，具體形式為

式中：Q代表流量；A代表橫斷過流面積；q代表旁側(cè)入流；h代表水位；C代表謝才阻力系數(shù)；R為水力半徑；α為流量分布系數(shù)。

2.3地形數(shù)據(jù)及糙率

地形數(shù)據(jù)采用2011年大凌河河道橫斷測量資料，并依據(jù)谷歌影像圖，對2011年河道大橫斷面中出現(xiàn)的局部沙坑、魚塘、串溝等進(jìn)行填平處理，以更好地真實(shí)模擬河道行洪能力，防止沙坑等非有效過流區(qū)參與過流。糙率參考《大凌河河道防洪工程可行性研究報(bào)告》（2005年），并通過與1994年洪痕調(diào)查成果及《大凌河河道防洪工程可行性研究報(bào)告》（2005年）水面線計(jì)算成果核實(shí)后重新修訂。白石水庫壩下大凌河M IKE一維模型主槽糙率為0.014～0.025，灘地糙率范圍為0.02～0.06。

2.4起點(diǎn)水位

根據(jù)水文成果，大凌河河口地區(qū)洪水和潮水的遭遇不具有關(guān)聯(lián)性，是隨機(jī)的，白石水庫壩下大凌河M IKE一維模型計(jì)算起點(diǎn)水位采用以洪水影響為主的河口水位，河口水位成果表見表1。

表1　大凌河河口潮水位成果表

3　計(jì)算結(jié)果

3.1保證流量

由白石水庫壩下大凌河模型計(jì)算所得河道水面線計(jì)算成果，繪制河道水面線縱斷圖。將整理好的各堤段保證水位繪制在各河水面線縱斷圖上，保證水位與水面線不同流量縱段線交叉點(diǎn)即為對應(yīng)位置的保證流量數(shù)值，將各河沿程各點(diǎn)保證流量進(jìn)行匯總，形成保證流量成果表。白石水庫壩下大凌河河道保證流量見表2。

3.2防洪薄弱段

白石水庫壩下大凌河河道內(nèi)共有險(xiǎn)工河段12處，總長10.55 km，其中僅有3處采取了局部防護(hù)措施，共計(jì)600 m，而其余9處堤防則并未采取防護(hù)措施，可見險(xiǎn)工險(xiǎn)段抵御洪水能力較差，白石水庫壩下大凌河河道內(nèi)險(xiǎn)工險(xiǎn)段基本情況見表3。

表2　白石水庫壩下大凌河河道保證流量成果表

表3　白石水庫壩下大凌河河道險(xiǎn)工情況匯總表

3.3淹沒損失分析

白石水庫壩下大凌河河道淹沒損失成果見表4，表4中不同流量下淹沒面積為包含關(guān)系，即大流量淹沒面積包含小流量淹沒面積，區(qū)間流量增加淹沒面積為兩流量下淹沒面積差值。由表4可知，白石水庫壩下大凌河河道在200m3/s流量下開始淹沒灘地，至1 400m3/s流量時，淹沒灘地面積為4 745.67 hm2，約占最終淹沒灘地面積的16%，至2 600 m3/s流量時，淹沒灘地面積為19 843.60 hm2，約占最終淹沒灘地面積的65%；至6 200 m3/s流量時，淹沒灘地面積為29 898.20 hm2，約占最終淹沒灘地面積的98%?？梢?，在200～1 400 m3/s流量范圍內(nèi)，淹沒損失相 對較小且增長緩慢，在1 400～2 600 m3/s流量范圍內(nèi)，淹沒損失隨流量增大而急劇加大，在2 600～6 200 m3/s流量范圍內(nèi)，淹沒損失持續(xù)加大，在6 200 m3/s流量時就已基本淹沒了白石水庫壩下大凌河河道行洪范圍內(nèi)所有灘地。

表4　白石水庫壩下大凌河河道不同流量下的淹沒損失匯總表

4　結(jié)論

本文研究成果可為白石水庫及其下游河道組成的聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)提供決策支持。隨著實(shí)測較大洪水流量資料的不斷積累，可重新率定和修改模型參數(shù)，以使模擬成果更加可靠。

［參考文獻(xiàn)］

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［4］徐祖信，盧士強(qiáng)，林衛(wèi)青.蘇州河干流防洪水位的數(shù)值計(jì)算［J］.河海大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006，34（2）：148-151.

［中圖分類號］TV122；TV697.2+5

［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A

［文章編號］1002—0624（2016）07—0045—03

［收稿日期］2015-11-24