馬小兵,馬志華

(1.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020;2.黃河水利委員會水利科學(xué)研究院,河南 鄭州 450000)

1 問題的提出

MIKE21軟件是由丹麥DHI公司開發(fā)的水利商業(yè)軟件,具有水動力學(xué)計算的模塊。在工程應(yīng)用中MIKE21軟件的水動力模塊可以計算給定區(qū)域平面多點水位、流速及河床沖淤等二維水力學(xué)數(shù)據(jù)參數(shù)。在涉河橋梁防洪影響評價中,多用于橋梁附近、橋墩周圍的流速計算。

在進行二維水力建模時,MIKE21軟件需要計算區(qū)域的大比尺地形圖作為地形邊界以求計算細致精準(zhǔn)。在常規(guī)工程中,大比尺地形圖的施測投入較大,資料相對缺乏。通常只能收集橋梁局部有限范圍內(nèi)的地形資料。由于計算區(qū)域范圍小,在二維水力模型建立時,與地形資料相對應(yīng)的水文邊界對計算結(jié)果的影響較大,不能采用人工直接給定的方式。為解決這一問題,在工程實踐中,常采用一維水力計算軟件MIKE11,為二維水力計算提供邊界條件。

2 工程概況

浙江省Q橋建設(shè)項目是330國道改建工程跨越衢江的主線橋,擬建于衢江河段下游。在Q橋防洪影響評價中需進行大橋橋位附近流速情況的分析,以現(xiàn)狀地形條件下Q橋建成后其所在斷面遭遇100 a一遇洪水為例,采用MIKE11軟件的水動力學(xué)計算模塊,與MIKE21軟件聯(lián)合應(yīng)用,計算橋梁附近的流速。

3 工程實例

Q橋二維水力計算建模選取下應(yīng)村至橫山大橋上游約6 km的河道范圍,計算面積約15 km2。計算下邊界選用橫山大橋斷面相應(yīng)頻率洪水條件下的水位,二維水力計算范圍見圖1,考慮橋墩尺寸局部加密圖見圖2。

圖1 二維水力計算模型計算范圍圖

圖2 二維水力計算模型建立網(wǎng)格局部加密圖

為二維水力計算提供下邊界水位,首先利用MIKE11軟件進行一維恒定流計算,建模范圍為三江河道,河道長40 km,共布置59個斷面(見圖3),建模范圍足夠削弱下邊界水位設(shè)定對橫山大橋斷面水位的影響。根據(jù)設(shè)定邊界條件,首先對一維水力計算模型參數(shù)進行率定。選擇1992年“920705”洪水作為洪水計算模型的驗證洪水,模型計算結(jié)果與 “920705”洪水實測資料對比結(jié)果見表1。

表1 “920705”洪水驗證情況表 m

從驗證的情況看,一維水力計算模型計算結(jié)果與實測資料水位誤差較小,表明模型率定得到的參數(shù)基本合理可靠,可以用于方案計算。

圖3 一維建模范圍示意圖

利用率定的模型參數(shù),計算得到橫山大橋所在斷面遭遇100 a一遇洪水條件下的洪水位為34.47 m,將其作為建好的二維水力模型的水位下邊界,與模型上邊界共同作用即可得到Q橋建成后其所在斷面在現(xiàn)狀地形條件下,建模區(qū)域的流速場情況,進而繪制建模區(qū)域流速場等值線圖和流速場矢量圖 (見圖4、5)。

圖4 擬建橋墩附近流速場等值線圖

圖5 擬建橋墩附近流速場矢量圖

4 結(jié) 語

MIKE11、MIKE21軟件的一二維水力計算模型的聯(lián)合運用,可以在保證計算精度的前提下實現(xiàn)局部區(qū)域的二維水力計算,獲得所需的計算數(shù)據(jù),在橋梁工程防洪影響評價計算中能夠解決大比例尺地形資料有限的問題。