MIKE11模型在沿海擋潮閘規(guī)模論證中的應(yīng)用分析

諸葛緒霞，王 霞，張 健

(鹽城市水利勘測設(shè)計研究院，江蘇 鹽城 224002)

沿海擋潮閘的排澇過程與上游水位、下游潮位關(guān)系密切，傳統(tǒng)的計算方法不能準確模擬沿海擋潮閘的排澇過程。近年來，隨著水利工程建設(shè)標準的提高，合理確定沿海擋潮閘的規(guī)模對水利工程的建設(shè)和發(fā)展具有重要的意義。MIKE11模型是模擬一維水流和水質(zhì)的國際化工程軟件，經(jīng)過大量工程實踐驗證，被證明適用于包括復(fù)雜平原河網(wǎng)在內(nèi)的一維非恒定流計算[8]。本文采用MIKE11模型對民生河閘流域的水文過程進行模擬，論證分析民生河閘的拆建規(guī)模。

1 研究區(qū)域概況

民生河閘建于1966年，距離灌河口約600m，現(xiàn)狀閘孔凈寬24m，共6孔，其中5孔為泄水孔，單孔凈寬3.8m，一孔為通航孔，凈寬5m。民生河閘現(xiàn)狀排澇范圍為：東至中山河、西至南潮河、南至南直河-大興河、北至G228國道，排澇面積約254km2。根據(jù)相關(guān)規(guī)劃要求，民生河閘排澇區(qū)域治理工程排澇標準為10年一遇。

2 模型設(shè)計

2.1 河網(wǎng)及建筑物概化

采用MIKE11一維非恒定水動力學(xué)模型，建立民生河流域內(nèi)的河網(wǎng)水利計算模型。模型河網(wǎng)主要包括：民生河干河河道23.5km(大興河-民生河閘)以及民生河沿線排澇支河，其他無輸水功能的河道、湖泊等作為調(diào)蓄水面處理。模型中建筑物包括：民生河擋潮閘以及黃海農(nóng)場2013年新建的6m農(nóng)場節(jié)制閘，采用MIKE11河網(wǎng)文件中control str進行概化，如圖1所示。

圖1 民生河流域MIKE11河網(wǎng)文件概化示意圖

2.2 設(shè)計暴雨

民生河流域內(nèi)沒有雨量站，采用距離民生河流域較近的陳港、中山河閘、南河7套4個站點的暴雨資料，通過加權(quán)平均計算民生河流域設(shè)計暴雨量。民生河流域為平原自排區(qū)，根據(jù)本地區(qū)暴雨洪水特點，采用最大3d設(shè)計暴雨，然后對區(qū)域年最大3d暴雨量進行頻率分析，繪制P-Ⅲ曲線。計算結(jié)果見表1。

表1 民生河區(qū)域最大3d暴雨頻率分析成果表

2.3 設(shè)計凈雨

設(shè)計凈雨根據(jù)《江蘇省暴雨洪水圖集(1984)》(以下簡稱《圖集》)，利用下列公式計算設(shè)計凈雨量：

(1)

經(jīng)計算，民生河區(qū)域10年一遇最大3d設(shè)計凈雨量為150.2mm。

根據(jù)《圖集》表十，查算得設(shè)計最大3d凈雨分配過程見表2。

表2 最大3d雨量分配過程(△t=6h)

2.4 設(shè)計潮型

采用燕尾港及響水口50%排澇潮型曲線內(nèi)插推求民生河閘下50%排澇潮型，燕尾港50%排澇潮型采用《江蘇省水文手冊(1976年)》中分析成果，響水口50%排澇潮型曲線采用《響水船閘樞紐工程》中分析成果。

2.5 模型控制參數(shù)

2.5.1 控制水位

結(jié)合地面高程、地面農(nóng)作物情況、民生河閘及黃海農(nóng)場節(jié)制閘相關(guān)設(shè)計參數(shù)確定黃海農(nóng)場節(jié)制閘下最高控制水位為▽2.5m。

2.5.2 排澇歷時

排澇歷時指從▽1.5m上漲然后回落到▽1.5m所經(jīng)歷的時間，采用3d暴雨雨后1d排出。

2.6 閘孔規(guī)模論證

2.6.1 閘孔凈寬論證

采用現(xiàn)狀閘底高程-2.5m，10年一遇河道設(shè)計標準，計算不同閘孔凈寬對區(qū)域排澇的影響，不同工況計算結(jié)果詳見表3。

經(jīng)分析，閘孔凈寬由24m加大到30m后，民生河干河黃海農(nóng)場節(jié)制閘下最高水位降低4cm，最大過閘流量增大36m3/s，最大日均過閘流量增大9m3/s，排澇歷時縮短了4h；閘孔凈寬由30m加大到35m后，對區(qū)域排澇歷時基本沒有影響，節(jié)制閘下最高水位降低1cm；閘孔凈寬由35m加大到40m后，對區(qū)域水位、排澇歷時基本沒有影響，只增加了最大過閘流量。

經(jīng)上述分析，閘孔凈寬增加到30m后，再增加閘孔凈寬對區(qū)域排澇能力的影響很小。因此，初步確定閘孔凈寬為30m。

2.6.2 閘底板面高程論證

采用現(xiàn)狀閘孔凈寬24m、規(guī)劃凈寬30m，分別分析不同閘底高程對區(qū)域排澇的影響，分析成果見表4。

表4 閘底高程對區(qū)域排澇的影響對比

經(jīng)分析，當閘孔凈寬為24m時，閘底高程由-2.5m降低到-3.0m后，節(jié)制閘下最高水位降低4cm，最大過閘流量增大23m3/s，最大日均過閘流量增大7m3/s，排澇歷時減少4h；閘底高程由-3m降低到-3.5m后，對節(jié)制閘下最高水位及排澇歷時基本沒有影響，僅增加了最大過閘流量。

當閘孔凈寬為30m時，閘底高程由-2.5m降低到-3.0m后，節(jié)制閘下最高水位降低3cm，閘前最高水位降低10cm，最大過閘流量增大18m3/s，最大日均過閘流量增大3m3/s，排澇歷時減少1h；閘底高程由-3m降低到-3.5m后，對最高水位及排澇歷時基本沒有影響，僅增加了最大過閘流量。

綜上，當閘底高程降低到-3.0m以后，再降低閘底高程對區(qū)域排澇能力影響很小，初步確定閘底高程為-3.0m。

3 結(jié)語

MIKE11模型被很好地運用于擋潮閘閘孔規(guī)模的論證中，通過改變多種設(shè)計工況，可以直觀顯示參數(shù)計算成果。通過不同工況相關(guān)參數(shù)計算結(jié)果，可以合理地選擇擋潮閘的閘孔規(guī)模。但模型建立需要完整的流域水文、河道、水面率等調(diào)查資料，對資料的精度要求較高，不適應(yīng)于資料缺乏、調(diào)研難度較大的大流域。