基于MIKE FLOOD 数学模型的邯郸市娄里水库建设前后对下游防洪效果研究

2022-07-24杨翠巧

科学技术创新 2022年21期

杨翠巧

(邯郸市水利水电勘测设计研究院,河北邯郸 056001)

受季风气候的影响,邯郸市汛期(6～9 月)降雨量占全年降雨量的70%以上,丰水年汛期降雨量比重更大,且多以暴雨的形式出现,大暴雨频率较高,使得洪涝灾害发生概率大大增加,对洺河下游产生巨大的经济损失。娄里水库的建设可以有效控制山区99%的控制流域面积,通过拦截上游山洪,控制下泄流量、可有效减轻洺河流域的防洪压力。

1 工程概况

娄里水库坝址位于永年区娄里村西500m,距下游临洺关水文站约10.2km,坝址控制流域面积为2203km2；临洺关水文站控制流域面积为2278km2,区间流域面积仅为75km2不及坝址以上面积的3%,且中间无支流汇入。坝址上游由南、北洺河及马会河三条主要支流组成,现状5 座中型水库的设计标准为50～100 年,校核标准为500～1000 年,五座水库均是以兴利为主的水库,防洪库容很小,对于中小洪水具有一定的调蓄作用。娄里水库主要防洪保护对象为坝址下游永年城区、洺河两岸的村镇和耕地,同时可减轻下游大陆泽和宁晋泊缓滞洪区防洪压。

2 基于MIKE FLOOD 数学模型的防洪效果分析模型建立

2.1 模型范围确定

洺河：洺河流域上大、下小,流量大小悬殊较大,娄里水库至龙泉缓洪区拦洪闸区间河道过流能力较大。尤其时娄里至东洺阳拦洪闸段过流能力达7000m3/s；东洺阳至龙泉段已经按照2649m3/s 河道进行治理,但2016 年“7.19”洪水时,最大洪峰流量为5780m3/s(大于本次50年一遇流量5708m3/s),该段河道强迫行洪,两堤岸基本上无洪水漫溢。故本次模拟范围直接采用龙泉闸以下进行。为了确保模型的稳定运行,本次以京港澳高速上游1.4km 为一维模型中河道的起始断面,终点为邢临高速。

二维区域：通过现状行洪能力分析,洺河娄里水库坝址到京港澳高速段基本上可以满足50 年一遇洪水,因此本次二维模型上游段以京港澳高速为边界；邯郸境内的下边界以邢临高速为边界；南侧以S036 为界；东侧以留垒河左堤为界；总面积496.8km2。大陆泽面积525.7km2,宁晋泊面积为1541.0km2。如图1 所示。

图1 邯郸市境内模型模拟范围

2.2 边界条件

邯郸境内洺河建库后采用水文调洪演算30 日的洪水过程线,时段间隔为1h；大陆泽的入流边界中洺河采用邯郸境内的出流过程,其余河道采用规划成果。邯郸市境内上游及大陆泽入流边界洪量汇总如表1所示。

表1 邯郸市与大陆泽入流边界洪量汇总

3 不同重现期洪水娄里水库建设后的防洪效果分析

3.1 娄里水库低标准洪水削减比例及计算工况

5 年、10 年、20 年和50 年一遇低标准洪水下,通过娄里水库、东洺阳、龙泉缓洪区的联合调度,对洪水的拦洪、缓洪,可使洪峰流量大大削减。

通过分析计算可知,5 年洪峰由1112m3/s 削减至110m3/s,削峰比例达到90.1%；10 年洪峰由2037m3/s 削减至110m3/s,削峰比例达到94.6%；20 年洪峰由3416m3/s 削减至260m3/s,削峰比例达到92.4%；50 年洪峰由5708m3/s 削减至2649m3/s,削峰比例达到53.6%。具体成果见表2 所示。

表2 娄里水库低标准洪水削减比例表

按娄里水库建库前后两种工况,结合防洪对象防洪标准,运用MIKEFLOOD 数学模型对坝址下游5 年、10年、20 年、50 年一遇洪水进行演进分析,结合不同工况下的邯郸境内以及大陆泽、宁晋泊洪水淹没范围、淹没对象分析比较,说明兴建项目的防洪效果。

3.2 计算结果分析

3.2.1 现状工况分析

现状工况下,5 年一遇的设计洪峰为1112m3/s,由于下游鸡泽段河道断面较小,过流能力不足5 年一遇,当发生5 年及其以上频率洪水时,河道局部出现漫溢。通过计算分析,邯郸边界的末端出流流量基本上等于入流流量,因此来洪量一部分漫溢到二维网格中,一部分填充河道断面的低洼处(河道中蓄水量较小),大部分洪量从出流边界流出,不同计算方案淹没面积统计情况如表3 所示。

3.2.2 建库后工况分析

河道横断面为河道治理后的规划断面,5 年一遇、10年一遇、20 年一遇洪水不发生漫溢,洪水全部通过河道下泄至大陆泽；50 年一遇洪水时,部分河道过流能力不能满足,发生漫溢,洪水进入河道外侧二维区域。50 年一遇时,建库后工况下总淹没面积为1507.2km2,其中邯郸市境内淹没面积为218.2km2；洪水进入二维区域。50 年一遇时,建库后工况下淹没面积为218.2km2,规划工况下,不同防洪标准淹没面积统计成果如表3 所示。

表3 现状及规划工况下淹没范围对比表

4 典型洪水娄里水库建设后的防洪效果分析

1963 年8 月上旬,河北省大部地区,尤其是京广铁路以西山区迎风坡,普降特大暴雨。本次暴雨笼罩面积之广、历时之长、雨量和强度之大,为历史上所罕见。临洺关站8 月4 日第一次洪峰流量9800m3/s,至6 日又出现第二次洪峰,洪峰流量12300m3/s,超过了以往记录以来的历史洪水。近20 年来,洺河流域发生了“96.8”、“00.7”和2016 年“7.19”三场大洪水,洺河下游两岸受灾严重。尤其是2016 年“7.19”洪水,上游山洪来势凶猛,洺河临洺关半小时洪水流量由6.2m3/s 陡涨到2450m3/s,1 个半小时达到5780mm3/s,远超洺河下游70～150m3/s 的行洪能力,下游河道洪水宣泄不及,形成本区域1963 年以来最严重的一次洪灾。

为此,基于MIKE FLOOD 数学模型重点分析娄里水库建设后对以上几场大洪水的拦洪、调蓄作用及对下游的防洪效果分析,计算结果如图2 所示。从图2a 中可以看出,“63.8”洪水峰高量大,临洺关实测最大洪峰流量为12300m3/s,洪峰流量约为200～400 年一遇,通过娄里水库、东洺阳缓洪区和龙泉缓洪区的联合调度,拦洪、缓洪,可使洪峰流量削减至10984m2/s,削峰比例达到10.7%；从图2b 中可以看出,“96.8”洪水峰高量大,临洺关站实测最大洪峰流量为3460m2/s,最大24h 洪量为1.68 亿m3,最大三日洪量为2.01 亿m3,该场洪水相当于20 年一遇；通过娄里水库、东洺阳缓洪区和龙泉缓洪区的联合调度,拦洪、缓洪,可使洪峰流量削减至260m3/s,削峰比例达到92.5%；从图2c 中可以看出,“00.7”洪水峰高量小,临洺关站实测最大洪峰流量为2700m3/s,最大24h 洪量为0.91 亿m3,最大三日洪量为1.07 亿m3,该场洪水洪峰相当于20 年一遇；通过娄里水库、东洺阳缓洪区和龙泉缓洪区的联合调度,拦洪、缓洪,可使洪峰流量削减至110m3/s,削峰比例达到96.3%；从图2d 中可以看出,2016 年“7.19”洪水高度集中,陡涨陡落,峰高量小临洺关水文站19 日23 时起涨,流量6.21m3/s,20 日0 时48 分达到最大洪峰流量5780m3/s,相当于50 年一遇,而最大24h 洪量为1.88 亿m3,大于20 年一遇；最大三日洪量为2.08 亿m3,不足20 年一遇。通过娄里水库、东洺阳缓洪区和龙泉缓洪区的联合调度,拦洪、缓洪,可使洪峰流量削减至260m3/s,削峰比例达到95.5%。