SMS模型在灘險整治方案優(yōu)化與比選中的應(yīng)用

郭紅波

摘 要：利用SMS（Surface—Water Modeling System）模型，采用六結(jié)點(diǎn)的三角形網(wǎng)格單元計算模擬了黃河銀川段航運(yùn)建設(shè)工程（北灘至臨河鄉(xiāng)灘河段）兩個整治方案工程前后流場及水位的變化情況，從水深、流速、比降等方面分析比較各方案整治效果，為灘險整治方案的優(yōu)化和比選提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：SMS模型 灘險整治方案 優(yōu)化與比選

黃河銀川段航運(yùn)建設(shè)工程的建設(shè)是寧夏自治區(qū)打造“黃河金岸”宏偉目標(biāo)的需要。本工程根據(jù)河床演變特點(diǎn)，結(jié)合黃河銀川段實(shí)際情況，對黃河銀川段85km河段，通過采取疏浚、固灘、護(hù)洲、護(hù)岸等工程措施，束水歸槽，塑造良好的灘槽型態(tài)，拓寬航道寬度，增加淺灘航道水深，同時對工程河段通過提高航標(biāo)配布等級，實(shí)現(xiàn)航道尺度為1.3m×22m×270m（水深×航道寬度×彎曲半徑）的整治目標(biāo)，將航道維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)提高至Ⅴ級。北灘至臨河鄉(xiāng)灘段河段是該工程的一部分，本次計算通過水動力模型對北灘至臨河鄉(xiāng)灘段天然及整治方案情況進(jìn)行計算，將工程前后水位和流速進(jìn)行對比，并對比不同整治方案情況下整治效果，為設(shè)計提供推薦方案。

2.計算過程

本次計算根據(jù)整治流量確定計算入口流量為Q=660m3/s，計算出口水位1106.03m（大沽高程），確定模型邊界條件。

2.1網(wǎng)格劃分

北灘至臨河鄉(xiāng)灘段模型總長約12.4km，北灘至臨河鄉(xiāng)灘段設(shè)計提供了兩個整治方案見圖1和圖2所示。采用六結(jié)點(diǎn)的三角形網(wǎng)格單元對工程后河段計算區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分見圖3和圖4所示，對布置整治建筑物區(qū)域網(wǎng)格進(jìn)行加密處理。

2.2模型驗(yàn)證

本模型根據(jù)實(shí)測地形資料對計算工況整治水位進(jìn)行驗(yàn)證模型糙率。根據(jù)各控制點(diǎn)水位對模型進(jìn)行調(diào)試，本河段的糙率取值在0.032～0.041之間。

2.3計算成果

整治水位計算工況條件（流量Q=660m3/s）下，計算河段沿設(shè)計航線水位圖見圖5和圖6，計算河段流場圖見圖7和圖8，水位和流速變化值見表1。

3.方案的優(yōu)化與比選

①本計算建立北灘至臨河鄉(xiāng)灘段二維水流數(shù)學(xué)模型，模型計算結(jié)果與天然實(shí)測值吻合較好，誤差符合規(guī)范要求，模型可用于工程計算。

②計算北灘至臨河鄉(xiāng)灘段總長約12.44km，上游河段河道彎曲支岔和江心洲較多，下游河段相對順直。該灘成灘原因及礙航情況主要是深槽緊貼左、右岸岸線，左岸凸岸彎曲半徑及航寬均不滿足通航要求，右岸岸線不規(guī)整，兩岸相錯突出導(dǎo)致航槽極彎曲，航槽有效航寬嚴(yán)重不足，為全河段航道最險灘之一，加之局部水深不足而礙航。

③方案一和方案二整治前水深基本都在2m以上，局部部位不能滿足設(shè)計航深1.3m以上，配合疏浚工程以后，整個計算河段水深均能滿足設(shè)計水深要求。

④實(shí)施整治工程后計算結(jié)果表明：布置整治建筑物河段在筑壩與疏浚共同作用下表現(xiàn)為：水位雍高、水深增加且能夠滿足設(shè)計水深要求，在太銀鐵路橋處整治建筑物較密集的河段，由于筑壩作用明顯，使得整治后該區(qū)域水流流速有所增加，在計算流量下，水流流速較分布較均勻，整治流量下，方案一最大流速約為1.38m/s，最大變化值為0.48m/s；方案二最大流速約為1.72m/s，最大變化值為0.82m/s。

整治方案在左右岸設(shè)計壩體的初衷就是為了固定整治線，穩(wěn)定河形，縮窄河床，束水歸槽，集水攻沙，增大主槽水流沖刷力，保持航槽水深。從以上計算結(jié)果來看，整治方案一和方案二均達(dá)到了預(yù)期的整治效果。

方案一和方案二在計算河段下游整治建筑物的布置是一樣的，不同之處在于，不同之處在于，在計算河段上游處，方案二在左岸新開槽航道放棄原有右岸主航槽，從整治前后計算河段壅水情況來分析，設(shè)計流量情況下，方案一和天然情況更為接近，水位最大壅高值為0.31m，方案二水位最大壅高值為 1.36m；從流速變化來分析，方案一更多的保留了原天然河道，整治后流速變化總體來看比方案二要小。

綜上所述，確定方案一為推薦方案。

4.結(jié)語

SMS二維水流數(shù)學(xué)模型可以較好地模擬整治灘險的水流條件及工程實(shí)施后的整治效果，為灘險整治方案的優(yōu)化和比選提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)：

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