M IKE11 模型在八滩渠地区河道及挡潮闸规模论证中的应用

2023-07-28张丽媛,王赟

陕西水利 2023年7期

1 八滩渠区域概况

八滩渠地区以三条八滩渠为界可细分为北、中、南八滩渠排区,区内涝水主要由沿线排涝支河沙埔河、陶圩河、陆集河、梁桥河、西排河、新八河、通济河、海堤河汇水进入三条八滩渠后自排入海。

北八滩渠开挖于1955年,西起张家河东至振东闸,全长47 km,海口挡潮排涝闸（振东闸）的规模为6 孔,每孔净宽8 m,底板高程-2.0 m。中八滩渠开挖于1953年,西起张家河东至二罾闸,全长46.8 km,海口挡潮排涝闸二罾闸的规模为5 孔,每孔6 m,底板高程-2.0 m。南八滩渠开挖于1957年,西起陈涛乡丁墩村东至海边,全长28.7 km,海口挡潮排涝闸南八滩闸的规模为4 孔,孔径为3×5 m+1×8 m,底板高程-2.0 m。

八滩渠区域汇水范围为：东至海堤,西移至张弓干渠（渠首段）～中心河～沙浦河,南至入海水道北堤,北至张弓干渠,区域面积约530 km2。

2 八滩渠地区水动力学模型

2.1 水利计算方法

采用非恒定水动力学模型的控制方程一维非恒定水动力学模型,建立八滩渠地区排水范围河网水利计算模型。

一维非恒定流动方程组如下：

式中：Z（x,t）断面平均水位,m；B（x,t）断面平均宽度,m；Q（x,t）断面流量,m3/s；A（x,t）断面面积,m2；u（x,t）断面平均流速,m/s；C 为谢才系数；qi为单位河长上的支流流量。

定解条件包括水流的初值与边界值。

水流初始条件：

t=0，Z（x,t）=Z（x,0）,Q（x,t）=Q（x,0）。

边界条件：

当x=0 时，Z（x,t）=Z（0,t）；

当x=L 时，Z（x,t）=Z（L,t）。

2.2 模型计算范围

模型河网（图1）主要包括：南、中、北三条八滩渠,沿线排涝支河及主要大、中沟河道。模型中建筑物包括：南八滩闸、二罾闸、振东闸及北八滩渠刘庄套闸、中八滩渠陈涛节制闸。

图1 八滩渠区域模型河网图

3 模型概化及运行参数

3.1 设计暴雨

设计降雨采用《渠北排灌影响处理工程报告》中渠北低片区设计成果,5年一遇设计暴雨181 m,十年一遇设计暴雨219 mm。

设计净雨由《江苏省暴雨洪水图集》（1984年）P+Pa~R 关系曲线,计算得八滩区域地区5年一遇设计净雨为112 mm,10年一遇设计净雨为150 mm。

3.2 设计潮位

采用海口50%排涝设计潮型。选用高高潮位P=50%的平均潮位作为设计高高潮位。经分析,设计高高潮位为2.2 m,再选取高高潮位与设计高高潮位2.2 m 相近的若干次全潮过程线,取其高低潮位的平均值-0.2 m 作为设计高低潮,设计排涝潮位采用高高潮与高低潮的平均值1.0 m,计算过程中用全潮过程线进行校核。

3.3 河道断面

模型验证：干河及主要排涝支河采用实测断面。

规模分析：南八滩渠、沙浦河、陶圩河及西排河采用不同设计标准试算。

3.4 排涝历时

排涝历时指从0.8 m上涨然后回落到0.8 m所经历的时间,采用三日暴雨雨后一日排出。

3.5 模型参数

模型计算的主要参数为河道糙率。根据验证调整,八滩渠干河河道糙率为0.025,沿线支河为0.0275。计算时间步长为60 s。

4 工程规模论证

4.1 现状排涝能力复核

5年一遇排涝能力复核：五年一遇设计暴雨南八滩闸、二罾闸、振东闸最大过闸流量分别为140 m3/s、202 m3/s、304 m3/s,最大日均过闸流量分别为61 m3/s、93 m3/s、134 m3/s,郭集西排河东侧最高水位2.2 m,南八滩闸、二罾闸闸前最高水位1.24 m,振东闸闸前最高水位1.27 m,排涝历时3d20h,八滩渠区域现状已达到5年一遇排涝标准。

10年一遇排涝能力复核：十年一遇设计暴雨南八滩闸、二罾闸、振东闸最大过闸流量分别为159 m3/s、237 m3/s、359 m3/s,最大日均过闸流量分别为79 m3/s、117 m3/s、169 m3/s,郭集西排河东侧最高水位2.62 m,南八滩闸、二罾闸闸前最高水位1.56 m,振东闸闸前最高水位1.6 m,排涝历时4 d8 h。八滩渠区域水位、排涝历时均未达到规划要求,不能满足10年一遇排涝标准。

4.2 规模论证

八滩渠地区南八滩闸、二罾闸为沿海挡潮闸,南八滩地区、中八滩地区涝水主要通过南八滩渠、中八滩渠两条河道经两座闸自排入海。现状二闸紧邻,闸下港道淤积,南八滩渠与中八滩渠入海口紧邻,上游冲淤保港水源不足,加之闸下围垦养殖后港道淤积,排水不畅,本次拟将南、中八滩渠挡潮闸南八滩闸、二罾闸拆除后合建。由于南八滩渠水位较低,将新闸建在南八滩渠入海口,原二罾闸封堵。

根据类似工程经验及模型试算,扩大河道标准对提高区域排涝能力效果比较明显。因此,首先论证南八滩闸、二罾闸按现状闸规模合并后（闸孔净宽52 m,底板面高程-2.0 m）,通过疏浚八滩渠干河及沿线排涝支河提高区域排涝能力。中八滩渠、北八滩渠现状河道标准相对较大,且沿线集镇较多,为减少征地拆迁,只对南八滩渠及沿线排涝支河进行疏浚[1]。

4.2.1 河道规模论证

通过模型试算,最终确定南八滩渠河道设计标准见表1。

表1 南八滩渠不同工况设计标准

根据模型计算结果分析,南八滩渠采用工况1（图2）设计标准时西排河东最高水位2.55 m,南八滩闸闸上最高水位1.57 m,排涝历时4 d+3 h,均不能满足规划要求；进一步扩大南八滩渠疏浚标准,采用工况2 设计标准时西排河东最高水位为2.51 m,南八滩闸闸上最高水位1.55 m,排涝历时4 d+1 h,闸上最高水位及排涝历时仍不能满足规划要求；继续扩大南八滩渠疏浚标准,采用工况3 设计标准时西排河东最高水位降到2.5 m,南八滩闸闸上最高水位仍为1.57 m,排涝历时4 d。

图2 八滩渠工况1

综上,当南八滩渠设计标准采用工况2（图3）标准时,除闸上最高水位不满足规划要求外,排涝历时及最高控制水位已基本满足规划要求；当设计标准进一步扩大到工况3 标准时,南八滩渠最高水位降到2.35 m,但对闸上最高水位及排涝历时影响很小。在工况2 基础上继续扩大南八滩渠设计标准对提高区域的总体排涝能力效果很小,因此,初步确定南八滩渠采用工况2 设计标准进行疏浚。