分洪道下泄洪水分析
2022-05-21张海强
张海强，张 倩
（1.定州市水利局，河北 定州 073000；2.河北省水利水电勘测设计研究院集团有限公司，天津 300250）
1 工程概况
天津津歧公路（东风大桥～南堤路）拓宽改造工程总长9.17km，其中工程总长1.09km位于大港分洪道内。
大港分洪道以独流减河右堤为界，独流减河建于1953年，初期河道从第六埠进洪闸开始至万家码头止，全长43.5km。 万家码头以下经北大港漫流入海。河道原设计流量1020m3/s。1963年洪水由于独流减河泄流能力较小，曾利用津浦铁路25孔桥和独流减河右岸临时口门向团泊洼分洪，以减轻洪水对天津市的威胁。 1966—1970年，独流减河进行第二次扩建。 1967年在河口修建工农兵防潮闸，并结合北大港治理，在港内辟5km宽行洪道一条（长18km），东千米桥以下，开挖港东入海泄洪道（长5.6km），与新建的工农兵防潮闸相连接。 独流减河左堤为天津市城市防洪圈的组成部分，为1级堤防，右堤为2级堤防。
2 模型建立
2.1 模型原理
洪水演进计算采用丹麦水动力学研究所（DHI）开发的MIKE软件，建立二维非恒定流洪水演进数学模型。 在模型中，流域内水流运动概化为河道、蓄滞洪区及其之间的联系3部分。蓄滞洪区概化为二维区域进行模拟；对于河系中控制水流运动的堰、闸、蓄滞洪区口门等概化为联系， 联系的过流满足水力学上的堰流公式。
2.2 计算条件
2.2.1 计算流量
大港分洪道设计行洪流量为900m3/s。
2.2.2 计算方案
下游边界条件考虑南港工业区， 将防洪堤线内移。 按现状津歧公路和拓宽改造工程实施后两种情况分别计算，并计算当启用大港分洪道后津歧公路扒口的工况（扒口宽度按1000m考虑，扒口高程至两侧现状地面高程）。 计算方案组合如表1。
表1 计算方案组合
2.3 数学模型建立
2.3.1 模型的范围
根据地形地貌等条件， 确定模型计算区西至北大港水库东围堤，东至海口，北为独流减河右堤，南至大港分洪道规划防洪堤。
2.3.2 地形图
采用1∶10000实测地形图，1980 西安坐标系，1985国家高程基准。
2.3.3 模型的网格剖分
计算域网格剖分采用近期1∶10000地形图，行洪道采用三角形网格，控制面积不超过0.1km2，模型总面积8.93km2，内部有602个节点，1021个非结构网格。网格剖分如图1。
图1 大港行洪道地形网络剖分
模型区地形剖分高程如图2，糙率如图3。
图2 模型区地形剖分高程
图3 模型区地形剖分糙率
2.3.4 模型的上、下边界条件
上游边界条件：模型的上游边界流量边界，即入流洪水。
下游边界条件：海口高潮位，采用1972年6月26日潮型最高潮位3.888m（85国家高程基准为2.22m）。
2.3.5 模型参数的选取
计算区域的糙率是个综合影响因素， 是数值计算中的十分重要的参数，与水深、床面形态、植被条件等因素有关。
本次模型计算主要根据区域的地形、地貌特点，并参照以往洪水模拟计算的经验选取。 河槽糙率一般取0.035～0.04，村庄及较大的阻水建筑物糙率一般取0.08～0.10，其他区域内糙率一般取0.05～0.07。
2.3.6 模型津歧公路处理
模型设置中， 将津歧公路按实际工况模拟为堤防来处理。 现状津歧公路宽17～36m，路面高程基本为现状高程4.40m（85高程）。 拓宽改造后津歧公路宽27.25～38.75m。
模型计算时间步长为1s。
3 结果与分析
方案1、方案2、方案3津歧公路位置水位、流速成果如表2，表3。
表2 模型计算水位成果（85高程）
表3 模型计算流速成果（85高程）
方案1、方案2、方案3模型运行水深结果如图4～图6，方案1、方案2、方案3模型运行流场如图7～图9。
图4 方案1模型运行水深结果
图5 方案2模型运行水深结果
图6 方案3模型运行水深结果
图7 方案1模型运行流场
图8 方案2模型运行流场
图9 方案3模型运行流场
根据二维数学模型计算成果，津歧公路拓宽改造工程实施前后工程位置处流速没有变化，上下游断面流速基本没有变化，对水流流态及河势基本没有影响。
4 结语
采用Mike 21 FM水动力模型进行建模计算，模拟洪水演进过程，工程位于入海口，边界条件复杂，通过合理的选取模型参数得到准确的洪水演进结果， 为工程的实施及防洪的影响提供准确的数据支持，同时为类似工程提供了参考，主要结论如下：
（1）津歧公路拓宽改造工程为在现状基础上对津歧公路进行拓宽，高程不变，本段在大港分洪道内拓宽宽度为2.25～10.25m，根据模型计算结果工程实施前后水位无变化，对行洪基本没有影响，满足河道行洪要求。
（2）根据模型计算结果工程实施前后流速无变化，对河势稳定基本没有影响。
（3）制定防洪抢险预案，确保在启用大港分洪道时，将津歧公路进行扒口行洪。
