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      京港澳高速對(duì)老王坡滯洪區(qū)的影響分析

      2017-07-12 17:02:48王振趙越趙治輝
      河南水利與南水北調(diào) 2017年6期
      關(guān)鍵詞:洪河糙率滯洪區(qū)

      □王振 趙越 趙治輝

      (河南省水利勘測設(shè)計(jì)研究有限公司)

      京港澳高速對(duì)老王坡滯洪區(qū)的影響分析

      □王振 趙越 趙治輝

      (河南省水利勘測設(shè)計(jì)研究有限公司)

      老王坡滯洪區(qū)位于河南省駐馬店市西平縣境內(nèi),京港澳高速漯河至駐馬店段南北貫穿其中,區(qū)內(nèi)路基長8.80 km、高2.50~5 m,跨淤泥河橋長210 m,其余16座橋涵共長407 m。漯駐段高速于1999年開工建設(shè),2001年建成通車,當(dāng)時(shí)并未開展防洪影響評(píng)價(jià)工作,文章通過建立一、二維耦合數(shù)學(xué)模型,模擬京港澳高速建設(shè)前后兩種工況下的50 a一遇設(shè)計(jì)洪水淹沒演進(jìn)過程,對(duì)滯洪區(qū)最大滯洪量、滯洪水位、淹沒面積和退水時(shí)間方面進(jìn)行對(duì)比分析,以了解京港澳高速修建對(duì)老王坡滯洪區(qū)運(yùn)用產(chǎn)生的影響。

      老王坡滯洪區(qū);京港澳高速;耦合模型

      1 概況

      1.1 滯洪區(qū)基本情況

      老王坡滯洪區(qū)是小洪河防洪控制工程之一,位于駐馬店市西平縣境內(nèi)東北部,緊靠西平縣城,區(qū)內(nèi)交通十分發(fā)達(dá),主要交通干線有京港澳高速、107國道、京廣鐵路等。滯洪區(qū)由東部的東大壩、北部的干河堤、南部的小洪河左堤及西部自然高地合圍而成,總面積121 km2,區(qū)內(nèi)地形較為平坦,西高東低,地面高程在54.50~57.65 m之間。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇,設(shè)計(jì)蓄洪水位57.65 m,設(shè)計(jì)蓄洪量1.71億m3。主要內(nèi)河為淤泥河,主要外河為小洪河,淤泥河?xùn)|西貫穿老王坡滯洪區(qū)并通過丁橋南、丁橋北2座泄洪閘退水至小洪河,其中丁橋南泄洪閘3孔,閘孔尺寸3 m×3 m,設(shè)計(jì)過流能力120 m3/s,丁橋北泄洪閘3孔,閘孔尺寸5.50 m×6 m,設(shè)計(jì)過流能力240 m3/s。

      1.2 調(diào)度方式

      小洪河桂李至五溝營水文站河段設(shè)計(jì)下泄流量350 m3/s,小洪河干流桂李節(jié)制閘控制下泄流量,確保小洪河防洪安全,桂李分洪閘建在分洪道上,控制向老王坡分洪。根據(jù)老王坡滯洪區(qū)運(yùn)用預(yù)案,當(dāng)小洪河桂李水文站水位達(dá)到63 m時(shí),開啟桂李分洪閘,將超過小洪河設(shè)計(jì)下泄流量部分的洪水分入老王坡滯洪區(qū),最大分洪流量300 m3/s;滯洪區(qū)通過丁橋南、北兩座泄洪閘補(bǔ)償泄洪,控制五溝營水文站流量為350 m3/s。

      1.3 入流洪水

      原河南省水利勘測設(shè)計(jì)院在1992年編制了《楊莊滯洪工程水文分析報(bào)告》,用于楊莊滯洪區(qū)樞紐主體工程初步設(shè)計(jì)中,并對(duì)楊莊、老王坡滯洪區(qū)進(jìn)行了聯(lián)合調(diào)算,本次仍采用該設(shè)計(jì)洪水成果,滯洪區(qū)入流分為外河入流和內(nèi)河入流,外河小洪河入流點(diǎn)為分洪道桂李分洪閘,50 a一遇入流洪峰300 m3/s,入流總洪量0.40億m3;內(nèi)河概化集中為淤泥河入流,入流點(diǎn)為淤泥河與老王坡西邊界交點(diǎn)處,50 a一遇入流洪峰1 090 m3/s,入流總洪量2.10億m3,洪水過程16 d。

      2 模型建立與驗(yàn)證

      2.1 一維模型

      為了準(zhǔn)確模擬老王坡滯洪區(qū)復(fù)雜的調(diào)度方式,控制滯洪區(qū)的退洪過程,采用MIKE ZERO系列軟件中的MIKE 11模塊建立丁橋南、北閘上下游淤泥河及小洪河共1.20 km退洪河段的一維河道水動(dòng)力學(xué)模型,并在其上布置可控水工建筑物,模擬丁橋南、北泄洪閘的補(bǔ)償下泄運(yùn)行情況。

      一維模型上邊界為耦合點(diǎn)處實(shí)時(shí)水位,下邊界條件根據(jù)平均坡降、糙率、過水?dāng)嗝娌捎妹髑鶆蛄鞴酵魄蟮乃涣髁筷P(guān)系。河道糙率參照河道治理中的設(shè)計(jì)值,主槽0.25×10-1、灘地0.28×10-1。

      2.2 二維模型

      為了模擬洪水在滯洪區(qū)內(nèi)的演進(jìn)過程,得到洪水淹沒過程中滯洪區(qū)最大滯洪量、滯洪水位、淹沒面積等風(fēng)險(xiǎn)要素,采用MIKE ZERO系列軟件中的MIKE 21模塊建立二維洪水淹沒演進(jìn)模型。

      老王坡滯洪區(qū)總面積121 km2,對(duì)其進(jìn)行非結(jié)構(gòu)化三角網(wǎng)格剖分,控制最大網(wǎng)格面積在1 200 m2以內(nèi),最大邊長控制在30 m以內(nèi),局部河溝位置加密到10 m左右,共剖分網(wǎng)格10.60萬個(gè),并采用1∶10 000的DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格高程插值;對(duì)滯洪區(qū)內(nèi)高度>0.50 m的京港澳高速、京廣鐵路、107國道等線性地物概化成具有高度的多段線加入到模型中。

      根據(jù)片區(qū)土地利用圖、航拍圖和1∶10 000矢量圖對(duì)不同網(wǎng)格屬性進(jìn)行不同的糙率賦值,其中居民地糙率為0.07,耕地糙率為0.06,道路和空地糙率為0.05,河道糙率為0.25×10-1~0.35×10-1。

      2.3 耦合模型

      采用MIKE FLOOD建立基于水位的耦合模型,耦合聯(lián)接在二維模型中表現(xiàn)為一條多段線,對(duì)二維模型來說,耦合線是一個(gè)邊界條件,同時(shí),二維模型將耦合線平均水位返回到一維模型中進(jìn)行計(jì)算,實(shí)現(xiàn)一、二維模型之間實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)。

      2.4 模型驗(yàn)證

      模型驗(yàn)證選用老王坡滯洪區(qū)2000年的進(jìn)洪過程作為入流邊界條件,模擬計(jì)算成果中最高滯洪水位57.35 m,淹沒面積106 km2,最大滯洪量扣除蒸發(fā)滲漏損失后為14 652萬m3;2000年實(shí)測洪水最高滯洪水位57.28 m,淹沒面積109 km2,最大滯洪量14 700萬m3。通過對(duì)比,模型驗(yàn)證計(jì)算成果與2000年實(shí)測統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相近,最大滯洪量基本一致,水位相差僅有7 cm,在允許誤差范圍內(nèi),說明模型參數(shù)選取是合適的,模型合理可靠。

      3 計(jì)算成果對(duì)比分析

      為研究京港澳高速的修建對(duì)老王坡滯洪區(qū)運(yùn)用的影響,采用驗(yàn)證過的數(shù)學(xué)模型,模擬京港澳高速修建前后兩種工況下老王坡滯洪區(qū)遭遇50 a一遇洪水時(shí)的淹沒演進(jìn)情況。成果對(duì)比見表1。

      對(duì)比結(jié)果顯示,京港澳高速修建前后洪水模擬最大滯洪量均為1.74億m3,最高滯洪水位均為57.59 m,淹沒面積均為115.40 km2,可見京港澳高速的修建對(duì)老王坡滯洪區(qū)的最大滯洪量、滯洪水位、淹沒面積基本無影響,僅因?yàn)榫└郯母咚倌媳必灤閰^(qū),在退洪時(shí)影響洪水演進(jìn),造成京港澳高速以西部分區(qū)域淹沒歷時(shí)延長1-10 h,反映在丁橋南、北閘退水過程上造成了滯洪區(qū)退水時(shí)間延長8 h,相對(duì)京港澳高速修建前退水總時(shí)間252 h延長了3%,產(chǎn)生了一定影響。

      表1 京港澳高速修建前后50 a一遇計(jì)算成果對(duì)比表

      4 結(jié)語

      通過對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,京港澳高速的修建對(duì)老王坡滯洪區(qū)最大滯洪量、滯洪水位、淹沒面積基本無影響,退水時(shí)間增加了8 h,對(duì)滯洪區(qū)退水時(shí)間產(chǎn)生了一定影響,主要原因是路基阻水,建議以后京港澳高速改擴(kuò)建時(shí)增設(shè)橋涵數(shù)量或改路基為橋梁型式,消除影響。由于工程建設(shè)時(shí)未進(jìn)行洪水影響評(píng)價(jià),現(xiàn)已運(yùn)用多年,很難再對(duì)其產(chǎn)生的影響進(jìn)行補(bǔ)救,因此,按照有關(guān)規(guī)定對(duì)貫穿滯洪區(qū)及阻擋超標(biāo)準(zhǔn)洪水行洪通道的建設(shè)項(xiàng)目,進(jìn)行洪水影響評(píng)價(jià)工作是十分必要的。

      編輯:劉長垠 韋詩佳

      U416.1

      B

      1673-8853(2017)06-0028-02

      2017-03-09

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