二维数学模型在防洪影响评价中的运用分析

李建创 文建聪 陈龙飞

1.三亚市大隆水利工程管理局 海南 三亚 572000;2.海南省地质调查院 海南 海口 570206

防洪影响评价作为防洪设计重要内容，可采用经验公式与数学模型来计算模拟。但由于不同工程项目有很大的区别，所以要做到具体问题具体分析，用好二维数学模型对保证防洪影响评价结果的真实性与可靠性有重要意义。

1 工程概况

某城段改建工程局部涉河，路基占用一定过水面积导致阻水，使路基附近水流实际状况被改变，导致上游水位偏高且滩槽冲淤，对河道洪水宣泄及两岸堤防安全都造成一定程度的影响。对此，需借助二维数学模型对工程实施前后洪水位发生的变化及具体影响范围予以计算，旨在为日后的防治工作提供可靠参考依据。

2 计算范围与边界条件

根据工程实施影响范围，将计算河段总长确定为8.5km。网格为四边形，共4482个单元，4783个节点和34个边界单元。该网格的总尺寸大小为50m×50m，在既有工程附近对网格进行加密。

3 模型率定及验证

计算开始前，应先验证模型，为阻力参数率定奠定基础，并检验确定河道概化是否正确，确保方案所处模型的可靠性与可信性。在本次计算中采用历史地形资料，经验证可知，计算水位和实测与调查水位之间的差值在0.05m以内，可以真实反映出河道内大洪水实际演进过程。基于此，无论是模型选择还是参数率定均合理可行，可良好满足方案计算提出的要求[1]。

4 数学模型概化

对于涉河路段，其网格边界为原公路线，在工程实施后的计算工况当中可将改建工程与原公路线路范围内的网格视作实体来进行处理。对于高速公路，与该工程线路相紧贴。对其模拟进行简化，采用加糙的方法来处理，桥桩阻力参数采用水工模型来确定。

从模型计算成果可知，高速公路所在位置流速保持在2.0―2.5m/s范围内。根据上述试验成果，借助伯努利方程对糙率系数进行求解，再将其倒入至数学模型当中。经过以上处理可得桥桩范围内的平均糙率等于0.085[2]。

5 工程计算方案

以该工程的各项特点为依据，计算当洪水频率为2%与当洪水频率为5%时对应的沿程水位及流速变化，通过对这些变化进行的分析能明确可能对河势及堤岸冲淤等造成的影响，具体可以分成四个组次，具体如表1所示。

表1 计算方案

6 计算成果与分析

6.1 壅水计算 公路改建导致的水流变化程度并不大，占河段末端周围水位小幅下降；占河段中部以上与外侧周围水位小幅壅高，具体的数值在0.01―0.03m范围内。洪水位壅高及降低都小于河道宽度1/2，不会对对岸公路造成影响；河道下游的影响范围在200m以内，到达下游断面以后，水位及流速都能恢复至原始的状态；占河段上游的壅水会对河道的整个断面造成影响，但影响持续到窄断面以后消失[3]。

6.2 流速计算和冲淤变化 根据流速计算结果可知，工程所在区域流速相对较慢，越靠近河道中央，实际流速有所增加，最大和最小流速的差值为0.12m/s；流向没有太大的变化，不超过1°，与占河内侧相靠近的局部点位，其流向变化可以达到6.4°，在工程区的末端下部，实施前后的流速并没有太大变化，不超过0.02m/s。

在工程实施开始后，对床面冲淤变化进行的预测将床面自动调整基本原理作为基础，采用定床计算方法确定水流要素，然后借助半经验半理论计算公式完成估算与预测。因河段范围内的悬移质与推移质在粒径上有很大的差别，而工程实施后导致淤积的主要因素是悬移质，所以需要对淤积区与冲刷区实施分别计算[4]。

根据模型计算结果，采用专门的冲刷及淤积公式能计算确定占河段周围水域的冲淤实际分布情况。占河区中，冲淤幅度不超过0.3m，与公路相靠近的部分的河道淤积相对较重，而河道中央则以冲刷为主。

7 结语

综上所述，对防洪影响评价而言，二位数学模型具有十分重要的作用与意义，目前它已经达到了比较成熟的程度，通过验证可知其结果真实可信，能为实际的防洪评价工作提供可靠理论依据。针对实际应用过程中出现的问题，需要通过对模型的持续完善，保证它的合理性与实用性，在实际工作中还应不断改进和创新工作方法，借鉴更完整、更新的资料，保证网格划分及模型概化成果的科学性及合理性，以此确保二维数学模型在整个防洪评价工作中发挥出应有的作用效果。