(鹽城市水利勘測設(shè)計(jì)研究院，江蘇 鹽城 224001)

基于MIKE11模型的鹽城堤東地區(qū)防洪除澇體系研究

楊桂書周進(jìn)華王超磊

(鹽城市水利勘測設(shè)計(jì)研究院，江蘇 鹽城 224001)

平原河網(wǎng)地區(qū)水動力學(xué)條件復(fù)雜，治理難度較大?；贛IKEll軟件建立鹽城堤東地區(qū)河網(wǎng)模型，對模型進(jìn)行率定和驗(yàn)證，利用該模型對現(xiàn)狀排澇能力進(jìn)行評估，并通過河道整治、擋潮閘下移等相關(guān)工程安排，較好模擬出鹽城市堤東地區(qū)規(guī)劃防洪排澇情況，為相關(guān)工程安排、規(guī)劃、管理和決策提供依據(jù)。

MIKE11；沿海平原河網(wǎng)；防洪排澇；水動力模型

1 前 言

鹽城堤東地區(qū)屬典型的沿海平原河網(wǎng)地區(qū)，由于受海潮、徑流交互影響，河道水位流量往復(fù)變化，水動力學(xué)條件較為復(fù)雜。隨著沿海開發(fā)的推進(jìn)，對地區(qū)防洪排澇能力要求大幅提高。

MIKE11是目前世界上應(yīng)用較為廣泛的商業(yè)軟件，具有計(jì)算穩(wěn)定、精度高、可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)，能方便靈活地模擬復(fù)雜河網(wǎng)水流、閘門、水泵等各類水工建筑物，在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。本文基于MIKE11軟件建立鹽城堤東地區(qū)水動力學(xué)河網(wǎng)模型，對模型進(jìn)行率定、驗(yàn)證，模擬鹽城堤東地區(qū)規(guī)劃防洪排澇情況，為相關(guān)工程安排、規(guī)劃、管理和決策提供依據(jù)。

2 堤東地區(qū)概況

鹽城市堤東地區(qū)位于一線海堤以西、海安縣境以北、通榆河以東、東臺大豐交界以南，區(qū)域面積約1655km2，以東臺河為界，東臺河以南面積1259km2，經(jīng)區(qū)內(nèi)的東臺河、三倉河、梁垛河、方塘河外排入海，為獨(dú)立排區(qū)；東臺河以北396km2澇水區(qū)域?qū)倮锵潞拥貐^(qū)。

東臺河以南地區(qū)地勢東高西低、南高北低、中間低洼，自然形成東、中、西三片，高程在▽3.00～5.50m。地區(qū)土質(zhì)以砂土、砂壤土為主。東臺河以南堤東地區(qū)南北向匯水河道眾多，河網(wǎng)現(xiàn)已基本形成。排澇通過南北向河道調(diào)度，再通過東西向東臺河、三倉河、梁垛河、方塘河等四條河道自排入海。

3 模型建立

3.1 模型基本原理

MIKE11水動力模型是基于垂向積分的物質(zhì)和動量守恒方程，即一維非恒定流圣維南方程組來模擬河流、河口的水流狀態(tài)。方程組采用Abbott六點(diǎn)隱式有限差分格式離散，結(jié)合邊界條件，用追趕法求解線性方程組，獲得河網(wǎng)中每個節(jié)點(diǎn)的水位或流量過程。圣維南方程組求解公式如下：

式中h——水位；Q——斷面流量；q——單位長度上的側(cè)向入流；BT——河面總寬度；u——斷面平均流速；C——謝才系數(shù)；R——水力半徑；Vx——側(cè)向入流在X向的分量。

3.2 模型構(gòu)建

鹽城市堤東墾區(qū)模型為海堤內(nèi)區(qū)域，范圍包括通榆河以東、東臺河以南、一線海堤以內(nèi)、海安界以北區(qū)域，面積約1259km2。為便于計(jì)算，模型將區(qū)域河道進(jìn)行概化，將對水動力計(jì)算影響不大的小河道簡化處理，具體做法將區(qū)域內(nèi)主要河道采用實(shí)測斷面數(shù)據(jù)，一般小河道根據(jù)水量平衡原理，概化合并到相鄰的骨干河網(wǎng)上進(jìn)行計(jì)算。

整個河網(wǎng)計(jì)算河道長度約784km，計(jì)算斷面1960個，斷面平均間距400m，湖泊、水塘等在模型的河道斷面中實(shí)現(xiàn)。模型中涉及的擋潮閘按照控制建筑物處理，計(jì)算時(shí)設(shè)定底檻高程、閘孔規(guī)模等參數(shù)，當(dāng)閘下水位低于閘上水位時(shí)開閘，否則關(guān)閘。

河網(wǎng)模型示意圖如圖1所示。

圖1 河網(wǎng)模型示意圖

3.3 模型率定與驗(yàn)證

模型驗(yàn)證資料采用堤東地區(qū)2007年汛期6月26日—7月12日資料，資料分為兩個時(shí)間段，6月26日—7月7日通榆河沿線泵站未開機(jī)，堤東地區(qū)澇水自排入海；7月8—12日通榆河沿線泵站開啟，代排里下河地區(qū)澇水。

3.3.1 邊界及參數(shù)條件

降雨：采用堤東東臺河閘、東臺、三倉河閘、安豐、丁堡河閘、紅衛(wèi)船閘、沈灶7個雨量站降雨資料。

流量：東臺抽水站、安豐抽水站、富安抽水站3站6月26日至7月7日關(guān)閉為墾區(qū)自排期；7月8—12日通榆河沿線泵站開啟，代排里下河地區(qū)澇水。

川水港閘、方塘河、梁垛河閘擋潮閘2007年6月26日—7月12日入海平均流量資料。

潮位：沿海閘下潮位資料。

3.3.2 驗(yàn)證結(jié)果

由于東臺堤東地區(qū)水位站點(diǎn)分布于通榆河及沿海一線，內(nèi)部無水文站點(diǎn)，故選用區(qū)內(nèi)首西部通榆河一線的富安抽水站、安豐抽水站、東臺抽水站和東部擋潮閘方塘河閘上、梁垛河閘上、川水港閘上2007年6月26日—7月12日水位進(jìn)行驗(yàn)證。根據(jù)驗(yàn)證，水位過程線基本吻合，各站最高水位相對誤差在0.78%～4.12%，故所建立的計(jì)算模型符合流域洪水演進(jìn)的特性，該模型可用于鹽城市東臺地區(qū)的防洪排澇各方案洪水演進(jìn)計(jì)算。各站洪水水位驗(yàn)證結(jié)果見表1，各站水位驗(yàn)證結(jié)果如圖2～圖7所示。

表1 各站洪水水位驗(yàn)證結(jié)果

圖2 富安抽水站水位驗(yàn)證結(jié)果

圖3 方塘河閘上水位驗(yàn)證結(jié)果

圖4 安豐抽水站水位驗(yàn)證結(jié)果

圖5 梁垛河閘上水位驗(yàn)證結(jié)果

圖6 東臺抽水站水位驗(yàn)證結(jié)果

圖7 川水港閘(東臺河閘)上水位驗(yàn)證結(jié)果

4 堤東地區(qū)排澇現(xiàn)狀計(jì)算

4.1 邊界及相關(guān)參數(shù)

堤東地區(qū)5年一遇設(shè)計(jì)降雨為177mm，10年一遇設(shè)計(jì)降雨為207mm。

沿海5座擋潮閘，從北到南分別為川水港閘、梁垛河閘、梁垛河南閘、三倉河閘、方塘河新閘，均采用海口設(shè)計(jì)潮型。

東臺河、三倉河采用已實(shí)施規(guī)劃斷面，其余為現(xiàn)狀斷面。

墾區(qū)內(nèi)最高水位控制通榆河一線不高于3.5m。

模型初始水位根據(jù)擋潮閘運(yùn)行調(diào)度規(guī)則及航道通航要求，初始水位為2.20m。

4.2 現(xiàn)狀5年一遇排澇能力復(fù)核

現(xiàn)狀工況(東臺河下段及三倉河全線已整治)遭遇5年一遇暴雨時(shí)，堤東墾區(qū)內(nèi)主要排澇河道的最高水位均低于3.5m，最高水位出現(xiàn)在梁垛河為3.50m，方塘河地區(qū)最高水位為3.42m，堤東現(xiàn)狀排澇能力達(dá)5年一遇標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 現(xiàn)狀10年一遇排澇能力復(fù)核

現(xiàn)狀工況10年一遇暴雨情況下，堤東墾區(qū)內(nèi)最高水位位于通榆河一線，最高水位北部梁垛河3.93m、南部方塘河3.80m，均遠(yuǎn)大于3.50m控制水位。

堤東地區(qū)現(xiàn)狀排澇情況分析(10年一遇)見表2。

堤東墾區(qū)現(xiàn)狀10年一遇最高水位分布如圖8所示。

表2 堤東地區(qū)現(xiàn)狀排澇情況分析成果(10年一遇)

圖8 堤東墾區(qū)現(xiàn)狀10年一遇最高水位分布

4.4 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)表2計(jì)算成果顯示，東臺河、三倉河經(jīng)過整治效果明顯，河道一線水位明顯降低，其中三倉河全線整治后達(dá)到10年一遇排澇的規(guī)劃目標(biāo)，東臺河需繼續(xù)實(shí)施上段工程整治任務(wù)，其余梁垛河、安弶河、方塘河3條骨干河道水位較高，相關(guān)整治規(guī)劃應(yīng)重點(diǎn)安排對其進(jìn)行整治，同時(shí)結(jié)合沿海供水要求確定其河道整治規(guī)模。

5 結(jié) 語

鹽城市堤東地區(qū)河網(wǎng)縱橫交錯，排澇受沿海潮位影響較大，本文以MIKE11模型為基礎(chǔ)，建立了鹽城市堤東地區(qū)的排澇水動力模型，并利用實(shí)測資料對模型進(jìn)行率定驗(yàn)證，結(jié)果表明建立的模型合理可靠。同時(shí)復(fù)核現(xiàn)狀排澇能力，表明上輪河道實(shí)施的三倉河、東臺河整治效果顯著，今后應(yīng)重視剩余的3條骨干河道的治理，同時(shí)重視中部南北向潘堡河及閘上新港干河一線河道的治理。鹽城堤東地區(qū)水動力數(shù)學(xué)模型可以為堤東地區(qū)相關(guān)規(guī)劃、工程安排、管理調(diào)度及防災(zāi)減災(zāi)等提供可靠的指導(dǎo)和參考意見。

[1] 王領(lǐng)元. 丹麥MIKE11水動力模塊在河網(wǎng)模擬計(jì)算中的應(yīng)用研究[J]. 中國水運(yùn)，2007，7(2)：106-107.

[2] 田志軍，張煜，陳霞，等. 基于MIKE11的南通地區(qū)排澇模型構(gòu)建與應(yīng)用[J].工程技術(shù)，2017(2)：281-282.

[3] 周利，花加鳳，楊桂書. 鹽城市王港新閘閘孔設(shè)計(jì)[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2014(10)：69-70.

ResearchonfloodcontrolandwaterloggingsystemofYanchengDidongregionbasedonMIKE11model

YANG Guishu, ZHOU Jinhua, WANG Chaolei

(YanchengWaterConservancySurveyandDesignInstitute,Yancheng224001,China)

The hydrodynamic conditions of the plain river network are complex with larger government difficulty. Yancheng Didong regional river network model is established on the basis of MIKEll software. The model is calibrated and verified. The model is utilized for evaluating current drainage capability. The plan and flood control drainage condition in Yancheng Didong region is better stimulated through river channel improvement, tidal brake downward movement and other related engineering arrangement.

MIKE11; coastal plain river network; flood control and drainage; hydrodynamic model

TV212.2

：A

：1005-4774(2017)09-0028-05

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.09.008