Mike 11模型在花凉亭灌区入渠洪水复核分析中的应用

程远

（安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司，安徽 合肥 230041）

0 前言

MIKE11河流模型的核心是水动力模型，广泛应用于一维非恒定流计算，能方便灵活地模拟复杂河网水流以及水闸等各类可控水工建筑物。基于MIKE11软件建立花凉亭灌区干渠水动力模型，经对模型率定、验证，并对渠道泄洪建筑物的建设规模进行确定和复核，为相关工程的设计、实施以及决策提供依据。

1 工程概况

花凉亭灌区位于花凉亭水库下游，控制土地面积1 196 km2，设计总灌溉面积7.06万hm2，覆盖太湖、宿松、望江、怀宁4县25个乡镇（其中太湖县、宿松县、望江县为原国家级贫困县），总人口104.60万人。灌区共分为太湖、宿松、望江、怀宁4个分灌区，由总干渠和太宿、太怀、望江南、北干渠输水至各分灌区。

2 灌区干渠泄洪体系现状

花凉亭灌区始建于1958 年，为江淮丘陵灌区，总干、干渠基本上是沿等高线或接近分水岭布置。渠道上游有大量坡面来水，来水面积较大的冲沟河道一般已设有渡槽或倒虹吸、渠下涵等与渠道立体交差建筑物，分散的小面积山丘高地来水一般直接汇入渠道，就近从总干、干渠的泄洪闸排入泄洪河道。灌区针对入渠洪水，每隔5～10 km设泄洪闸一处，避免因入渠洪水没有出路而漫溢决堤，影响工程安全。

花凉亭灌区排水分段根据各渠段特征、沿线渡槽超高以及下游泄洪河道过流能力等情况确定，总干渠分为4 个区段，南干渠分为3个泄洪区段，北干渠分为3个泄洪区段进行泄洪。

3 模型建立

建立基于MIKE11的一维水动力学模型，分析计算渠道洪水、输水情况，为工程设计提供依据。

3.1 模型控制方程及计算方法

采用河网一维非恒定流方法，建立花凉亭灌区总干渠及南、北干渠水动力学数学模型。采用6 点Abbott～Ionescu 有限差分格式对圣维南方程组求解，其连续方程和动量方程见下：

式（1）（2）中：Q、Z、F、V和K分别表示某一时刻t 在某空间位置x断面的流量（m3/s）、水位（m）、相应过水断面积（m2）、断面平均流速（m/s）和流量模数；B为水面宽度（m）；q为单位河长旁侧入流流量（m3/s·m）；g为重力加速度（9.81 m2/s）。

3.2 计算方案

3.2.1 河网文件和断面文件

模型计算范围涵盖灌区总干渠及南、北干渠存在入渠洪水的渠段范围。河网文件采用现状渠道走向，断面文件以实测断面为基础，进行概化后采用。河网模型根据渠道断面变化及泄洪分区等情况共计设置了267个模型断面，同时对渠道主要控制建筑物进行了模拟设置，包括节制闸、泄洪闸在内共计35处可控水工建筑物节点。

3.2.2 边界条件

根据总干及南、北干渠截洪情况，共沿程设置流量进口边界69处，出口边界18处。其中进口流量过程采用“84办法”水文计算成果，各出口采用泄洪闸原设计规模，边界水位采用承泄河道推算的对应频率水位。

3.2.3 时间步长

模型模拟时间采用与入流洪水历时相对应，一般为22 h。考虑模型分析计算时的稳定性，时间步长选取1 min。

3.2.4 模型率定

一般情况下，在模型计算中应对水位、流速以及流量等进行验证。模型中渠道糙率主要考虑渠道情况，结合《灌溉与排水工程设计规范》中渠床糙率推荐取值，n取值为0.025，其他边界条件结合渠道历史实测水位及地方管理单位经验进行分析率定。

3.2.5 模拟计算

总干渠设计防洪标准为20 年一遇，其他干渠设计防洪标准为10年一遇，其设计标准条件下各渠段入渠洪水考虑错峰，其中总干渠望龙冲入渠洪水较大（20年一遇为165 m3/s），洪水入渠采用平交方式，对应泄洪闸为龙潭湖泄洪闸。

模型的重点是对洪水过程进行模拟，在调度运行方式上，充分考虑实际运行管理情况，按进出渠道流量平衡方式运用，一般洪水时，考虑运行效益，以渠道现有电站排水为主，辅助调节泄洪闸开度，使泄洪闸闸前水位保持灌溉水位基本不变，最高不超过渠道加大流量水位；遭遇设计标准洪水时，根据水文预报及灌区多年调度经验，渠道各泄洪分区开闸泄洪，总干渠水深最低控制在约2.00 m ，干渠水深最低控制在1.00～1.50 m，泄洪时泄洪闸全开自由泄洪，进行调算。考虑到汛期与灌溉期可能存在重合，模型模拟调算初期采用渠道灌溉水位作为起调水位。

4 计算结果与分析

4.1 计算结果

经分析计算，在设计工况下，花凉亭灌区总干渠及南、北干渠各主要节点洪水位高于灌溉水位一般在0.20 m 以内，局部0.30～0.50 m。根据历史情况调查，灌区自有运行管理记录以来，干渠以上未发生因泄洪能力不足导致渠堤漫水的情况，认为总干渠及南、北干渠原设计泄洪体系能解决设计标准入渠洪水问题，泄洪闸原设计规模能满足泄洪要求。见表1。

表1 渠道主要节点水位成果表

4.2 结果分析

根据花凉亭灌区实测地形资料以及原设计泄洪闸、节制闸等渠系建筑物资料，采用Mike11建立了总干渠以及南、北干渠的一维水动力模型，对设计标准洪水工况下渠道洪水位分析计算，模拟了渠道分段控制泄洪以及多泄洪闸联合泄洪的过程，结果表明灌区现状泄洪体系能满足下泄设计标准入渠洪水的要求，同时也为花凉亭灌区泄洪闸的规模复核提供了依据。

Mike11 一维水动力模型中可控水工建筑物功能，能模拟多种控制调度方案的渠道分段泄洪过程，具有较好的模拟精度。模型应结合历史实测资料以及地方管理单位实际运行经验对糙率等边界条件参数率定，这是灌区渠道河网模型分析工作中的重点和难点。