基于MIKE21的南水北调二期东线邵伯湖专道输水方案对淮河入江水道行洪的影响分析

2021-07-15陈静茹张沐川

陕西水利 2021年6期

陈静茹，张沐川

(江苏省水利勘测设计研究院有限公司，江苏扬州 225001)

1 工程概况

南水北调东线二期工程输水干线规划从江苏省扬州市附近的长江干流引水，利用京杭大运河以及与其平行的河道输水，连通洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖，经泵站逐级提水进入东平湖后，向北穿黄河后经位临运河、临四渠、南运河、马厂减河至天津北大港水库，再通过北大港水库调蓄后管道输水至伊指挥营。东线二期工程规划输水干线线路总长1785.4 km，其中利用一期工程输水或现有河道(不扩挖河道)的干线长631.9 km(其中黄河以南段长611.9 km)，扩建一期工程输水线或现有河道的输水干线长819.8 km，新开挖输水渠道(管道)的输水干线长333.7 km(全部在黄河以北)。

二期工程东线长江至洪泽湖段新增输水370 m3/s，自三江营引水，由夹江、芒稻河、金湾河输水，金湾闸附近新建的抽江泵站广陵站抽水入邵伯湖，在邵伯湖东侧滩地筑隔堤与运河西堤形成河道送水入高邮湖，入江水道金沟改道段从高邮湖引水经金湖梯级抽水入三河，由洪泽梯级抽水入洪泽湖。

半专道方案中邵伯湖内专道输水是在运河西堤以西邵伯湖内新建隔堤束水，隔堤内河床进行浚深，同时深泓河西扩，西侧筑堤。上游通过穿京杭运河地涵与金湾河相连，下游与深泓河相接。邵伯湖段隔堤及深泓河西侧堤防采用过水、不过水两种方案，须分析新建隔堤以及堤内弃土对入江水道行洪的影响。

2 模型构建

(1)计算范围及网格划分

本次模型计算范围自邵伯湖上游高邮(高)至下游六闸，计算河段全长约30 km，采用1∶1000的实测CAD地形图。采用三角形非结构化网格，对全线隔堤附近进行网格加密，网格边长为10 m，主河道网格边长30 m～50 m，共计135895个网格。模拟时间段为2020.3.4～2020.3.14，时间步长为60 s，模拟步数为14400。计算区域网格剖分见图1。

图1 区域网格划分区

(2)边界条件及参数设定

1)边界条件

模型上边界采用入江水道行洪设计流量12000 m3/s，下边界采用六闸水位8.5 m。

2)糙率系数

糙率系数反映水流和河床相互作用的过程中，河道边界粗糙程度、河道形态等因素对水流阻力的综合影响[1]。江苏平原地区坡降较小，根据淮河入江水道整治工程设计已知条件：设计流量12000 m3/s，上游高邮(高)9.5 m，下游六闸8.5 m，计算复核为沿程节点水位。复核计算河道断面采用淮河入江水道整治工程竣工验收后2020年1月测量资料，河道糙率采用淮河入江水道整治工程确定的设计糙率(新民滩段综合糙率0.0375、邵伯湖区段综合糙率0.025)，在行洪12000 m3/s条件下，计算出中段沿程各节点水位与实测水位最大相差0.04 m，说明本次建立的二维水动力数学模型是可靠的，糙率基本上符合实际工况，实际水位流量关系与设计基本上吻合，采用的糙率值可靠[2]。

表1 淮河入江水道整治工程设计糙率验证计算水位流量对比表

3)涡黏系数

涡黏系数选用Smagorinsky公式表达[3]，取值0.28时水流的运动最接近实际洪水过程。

4)动边界处理

由于模型范围内有新民滩等滩地，为保证计算连续性，采用“干湿判别”来确定计算区域[4]。本次计算中干湿边界设置为：h<0.05 m标记为“干”，0.05 m0.1 m标记为“湿”[5]。

5)初始条件

指在t=0时刻的水流条件下，需给出模型进水口的初始水位[6]。一般取模拟范围内的最大水位，本工程取值9.5 m。

3 工程方案及影响分析

南水北调二期半专道方案中邵伯湖内专道输水是在运河西堤以西邵伯湖内新建隔堤束水，隔堤内河床进行浚深(河底高程0.0 m，底宽100 m)，同时深泓河西扩(河底高程0.0 m，底宽100 m)，西侧筑堤。上游通过穿京杭运河地涵与金湾河相连，下游与深泓河相接。邵伯湖段隔堤及深泓河西侧堤防采用过水、不过水两种方案，须分析新建隔堤以及堤内弃土对入江水道行洪的影响。

(1)隔堤过水方案分析

邵伯湖内新建隔堤顶高程取设计输水位加1.5 m超高，顶高程7.5 m，顶宽5.0 m，隔堤采用填土筑堤+板桩防护方案；深泓河西扩后西侧堤防采用土堤，堤顶高程取设计输水位加1.5 m超高为7.5 m，顶宽4.5 m，两侧河坡防护。

(2)隔堤不过水方案分析

邵伯湖内新建隔堤顶高程取设计洪水位加1.0 m～1.5 m超高，顶高程10.0 m，顶宽5.0 m，隔堤采用填土筑堤+板桩防护方案；深泓河西扩后西侧堤防采用土堤，堤顶高程取设计洪水位加1.0 m～1.5 m超高为10.5 m，顶宽5.0 m，两侧河坡防护。

对隔堤及深泓河进行地形概化、网格局部加密后，计算得出节点高邮(高)隔堤过水方案工程后水位9.523 m，水位抬高约2.3 cm；不过水方案工程后水位9.559 m，水位抬高约5.9 cm，均影响淮河入江水道中段行洪能力，须采取工程措施予以补偿。

4 补偿方案及效果分析

淮河入江水道整治工程实施后，中段行洪障碍邵伯湖滩群均已切滩至底高程3.2 m(常水位以下1.5 m)，湖区行洪能力大为改善。目前中段阻水主要集中在新民滩段，尤其是新民滩尾闾，该区域处于水位变幅区，未以耕代清，地面高程在5.0 m左右，滩地芦苇、杂草丛生，严重影响行洪。本次南水北调二期邵伯湖专道输水方案工程影响补偿考虑在新民滩尾闾进行切滩，降低高邮(高)节点水位至设计水位9.50 m。

(1)隔堤过水方案影响补偿

考虑切除原淮河入江水道整治工程新民滩控制线以南切滩区域正下游位于张公渡临湖港汊东侧的滩地，高程在4.0 m～5.8 m之间，切滩面积约5187亩，切滩底高程3.5 m，切滩土方量约325.24万m3。

(2)隔堤不过水方案影响补偿

考虑在隔堤过水补偿方案的基础上，增加新民滩控制线以南尾滩切滩，高程在4.0 m～5.5 m之间，面积约4282亩，切滩底高程3.5 m，切滩土方量约325.24万m3，合计637.63万m3。

经计算，隔堤过水方案实施补偿后水位由9.523 m降至9.502 m，水位降低2.1 cm；隔堤不过水方案实施补偿后水位由9.559 m降至9.497 m，水位降低6.2 cm。因此，基本可以消除邵伯湖专道输水方案(隔堤过水)带来的影响基本可以消除。