MIKE11在复杂地理环境...—以宁乡市城区河道整治为例_卿颖.pdf
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1、卿 颖,郑 颖,宋 平(湖南省水利水电勘测设计规划研究总院有限公司,湖南 长沙410007)收稿日期:2023-01-11作者简介:卿颖(1992-),女,湖南永州人,硕士研究生,工程师,主要从事水利水电规划设计工作,E-mail:。摘要:2017年沩水流域发生了大洪水,干流多处溃堤,洪水泛滥,宁乡城区受灾严重。文章以宁乡市城区河道为研究对象,运用MIKE11建立一维河道模型,对研究区域内河道及水工建筑物进行了概化。根据宁乡市城区未来规划情况,制定相应河道整治方案,模拟50年一遇设计洪水条件下不同方案中河道的分流和水面线。通过对比不同方案的水位降低效果,提出了河道整治的合理方案。计算结果表明,
2、在城市防洪规划和河道整治中,MIKE11模型具有广泛的应用价值。关键词:MIKE11;水面线;数值模拟;河道整治宁乡市城区河道位于沩水中游,为弯曲分汊河道,左汊主河道长 2.8 km,宽(160230)m,右汊为人工开挖的沙河,全长 2.1 km,宽(3060)m。河床较左侧主河道高,过洪能力偏小,在沙河下游出口处建有黄泥湖节制闸。左侧主河道和沙河之间的南苑洲宽(200650)m,现状洲滩高程为(45.053.2)m,洲上开发程度较高,洲头为木材市场,洲中段高层建筑物林立。南苑洲以下刁子潭洲滩淤积,主河槽明显缩窄,水面宽最窄处仅 150 m,河道过洪能力受限。2017 年 7 月 1 日沩水流
3、域发生了大洪水,是宁乡历史上有记录以来最大的洪水,沩水干流多处溃堤,洪水泛滥,宁乡城区内涝严重,大面积被淹。宁乡城区沿沩水河两岸地势低平,跨河建筑物、洲滩较多,对宁乡城区防洪造成了很大威胁。为了减小宁乡市中心城区防洪压力,降低洪水期间水位,并与中心城区防洪总体规划协调,本次制定的方案中河道治理工程主要有护岸加固、建筑物改造、河道疏挖。总体布置如下:结合河道情况进行疏浚及清障,保证行洪通畅;对当冲河段进行护岸护砌,确保河道的行洪安全;对跨河拦河建筑物进行改造,降低河道建筑物阻水影响。结合宁乡市城市规划,初拟计算方案见表1,整治工程布置见图 1。MIKE11在复杂地理环境中的应用以宁乡市城区河道整
4、治为例表1初拟计算方案表方案编号方案说明备注1南苑洲不过洪未来规划2方案1+沩丰坝水闸改建3方案2+南门桥以下疏挖包括刁子潭疏挖4方案3+南门桥以上疏挖包括木材市场拆除和汽车桥改造5方案4+南门桥改造6方案2+沙河拓宽结合沙河南门桥跨度60 m进行拓宽图1整治工程布置图南门桥以下疏挖南门桥改造汽车桥改造南门桥以上疏挖木材市场拆除沙河拓宽沩丰坝水闸改建刁子潭南苑洲沙河金洲大桥湖南水利水电 2023 年第 3 期技 术 应 用 与 推 广66DOI:10.16052/ki.hnslsd.2023.03.010方案编号沩水/m3s-1沙河/m3s-1主河道分流/%14 597.5872.584.02
5、4 617.5851.584.434 683.6786.485.644 775.8694.287.354 794.6675.487.764 323.31 146.779.0表5各方案沩水主河道和沙河分流量断面编号位置水位/m流量/m3s-1CS42金洲大桥45.085 670CS45平水河-5 670CS46宁乡(二)站47.295 470CS56溜子洲尾51.925 470表450年一遇设计洪水卿 颖,郑 颖,宋 平/MIKE11 在复杂地理环境中的应用1MIKE11 模型构建MIKE11 HD 主要用于洪水预报、水库联合调度、河渠灌溉系统的设计调度以及河口风暴潮的研究,是目前应用最为广泛的
6、商业软件,具有计算稳定、精确度高、可靠性强等特点,能方便灵活地对复杂河网水流、模拟闸门、水泵等各类水工建筑物进行运营调度,尤其适合应用水工建筑物众多、控制调度复杂的情况12。本次采用MIKE11 建立宁乡市城区河道一维模型,选用恒定流进行计算。模型构建内容如下。1.1河网概化计算区域为宁乡市主城区沩水主河道,总长 7.1km,共布置 31 个断面,断面间距为(100300)m;分汊河道沙河总长 2.18 km,布置 16 个断面,断面间距为(50200)m。采用 MIKE11 建立河网模型,建筑物断面上下游增加计算断面。1.2边界条件确定上游溜子洲尾为流量边界,下游金洲大桥为水位边界,宁乡水文
7、站下游的平水河入流作为点源输入。1.3建筑物设置根据实际情况,主河道设置汽车桥、南门桥、沩丰坝水闸和沩丰坝大桥等建筑物,沙河上设置沙河大桥、南门桥和黄泥湖水闸等建筑物。桥梁尺寸依据测量值,沩丰坝水闸相关尺寸参考以往工程数值。由于建筑物上下游水位较少有实测资料,建筑物壅水根据经验公式(其中桥梁采用铁科院陆浩公式,沩丰坝水闸采用堰流公式)进行计算3,计算结果见表 2、表 3。模型中桥梁按照堰和涵组合建筑物的形式进行处理,根据计算结果对模型中预设参数进行试算调整。1.4模型率定采用主城区河段 50 年一遇设计洪水成果(表 4)对一维河道模型进行率定。按照现状条件下(南苑洲过洪,沩丰坝水闸未改建)进行
8、率定,得到溜子洲至宁乡(二)站段糙率为 0.044 60.024 3,宁乡(二)站至金洲大桥段糙率为 0.024 30.023 0,沙河段糙率为 0.030。2模拟计算成果与分析2.1分流情况分析在 50 年一遇设计标准下,主城区河段上游总来水流量为 5 470 m3/s,沩水河道与沙河分流量计算结果见表 5。由表 5 看出,方案 16 主城区河道分流量均占79%以上;整治方案实施后(方案 25),与未实施整治工程(方案 1)相比,沩水河道过流量均有增大。沩丰坝水闸改建后(方案 2)主河道过流略有增多;河道疏挖和汽车桥改造后(方案 4),与方案 2 相比,主河道过流增加较多;南门桥改造后(方案
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