淮河干流息县至三河尖段一、二维耦合水动力数值模拟分析.docx

淮河干流息县至三河尖段一、二维耦合水动力数值模拟分析 摘要：息县枢纽工程是即将建设的河南省大别山革命老区引淮供水灌溉工程中控制性工程。文章采用水面线法推求过闸落差引起的闸上壅水，分析工程对闸址上游的防洪影响。采用MIKE建立淮河干流息县至三河尖段一、二维耦合水动力数学模型，并利用2007年实测洪水进行验证，分析枢纽工程的调度对闸址下游的防洪影响。 1 工程概况息县枢纽工程是即将建设的河南省大别山革命老区引淮供水灌溉工程中控制性工程，拟建于淮河息县水文站下游6.7km处(王家坝上游约97km)，如图1所示。枢纽工程设计洪水标准50年一遇，校核洪水标准200年一遇，设计和校核流量分别为9300、15600m2 闸址上游洪水影响分析工程闸址上游河道断面资料采用2016年中水淮河规划设计研究有限公司工程勘测院测量成果。天然河道的过水断面形状、面积、流量、流速等随流程和时间而变化，属非恒定流，我们将其简化为非均匀恒定流，采用以下的有限差分公式计算。式中，Z本次通过5、10、20、50、100、200年一遇洪水，以闸址处河道天然水位和建闸后闸上水位分别作为起推水位，并以闸址处为起点、建闸前后水位齐平处为终点，经计算，发生5、10、20、50、100、200年一遇洪水时防洪影响长度依次为30、41、44、46、47、48km。工程对闸址上游防洪影响分析如下:(1)对洪水位的影响5年一遇洪水影响长度为30km，闸上水位由41.88～43.84m抬高到41.90～43.85m，抬高0.02～0.01m。10年一遇洪水影响长度为41km，闸上水位由42.81～45.87m抬高到42.84～45.88m，抬高0.03～0.01m。20年一遇洪水影响长度为44km，闸上水位由43.28～47.21m抬高到43.33～47.22m，抬高0.05～0.01m。50年一遇洪水影响长度为46km，闸上水位由43.72～48.81m抬高到43.79～48.82m，抬高0.07～0.01m。100年一遇洪水影响长度为47km，闸上水位由44.17～50.34m抬高到44.28～50.35m，抬高0.11～0.01m。200年一遇洪水影响长度为48km，闸上水位由44.85～52.17m抬高到45.03～52.18m，抬高0.18～0.01m。(2)对规划防洪工程影响息县县城现状城区地面高程绝大部分在45.0m以上，沿淮无堤防。按照《息县城乡总体规划(2012～2030年》，息县县城2030年人口规模为43万人，规划防洪标准为50年一遇，淮河左岸利用南环路以路代堤防洪。规划的南环路西端在省道S337处接西环路、东端接大广高速(路面宽38m)，其中从省道S337至S213段将作为国道G230组成部分进行建设。经推算，淮河从清水河口至大广高速段50年一遇设计洪水位为44.22～42.92m。据沿淮城市防洪工程建设经验，城市防洪土堤堤顶高程一般超设计洪水位2m，经综合考虑，建议南环路从省道S337至大广高速段设计路面高程超50年一遇设计洪水位2m，即设计路面高程为46.30～44.92m。3 闸址下游洪水影响分析大别山革命老区引淮供水灌溉工程虽不承担下游防洪任务，在闸前水位达到或超过39.20m，泄洪闸敞开、恢复河道泄洪，但其蓄水、供水过程会对闸址处洪水下泄过程有所改变。为研究工程对下游的影响，选取5、10、20、50、100、200年一遇设计洪水和1968、2002、2007年典型洪水进行工程前后洪水调节计算，对比分析工程对闸址下游水位、流量及洪量的影响。3.1 洪水调节计算3.1.1 洪水调节计算条件枢纽工程闸上水位～库容关系曲线见表1，泄流能力曲线见表2。根据拟定的枢纽工程调度方案，洪水调节计算采用的工程调度运行办法如下:(1)当枢纽工程上游来水流量小，枢纽工程闸上水位低于生态水位33.0m时，停止农业灌溉用水，向城镇生活应急供水并维持淮河干流生态流量用水。(2)当枢纽工程上游来水流量增加，枢纽工程闸上水位高于33.0m低于39.20m时，枢纽按河道内最小生态需水流量要求控制下泄流量，根据工程受水区内城镇和灌区需水要求，向城镇和灌区供水。(3)当枢纽工程上游来水流量继续增加，枢纽工程闸上水位达到39.20m时，维持枢纽工程闸上水位39.20m，来多少泄多少。(4)当枢纽工程闸上水位高于正常蓄水位39.20m，枢纽工程闸门全开敞泄洪水，充分利用河道原有泄洪能力泄洪。3.1.2 洪水调节计算成果对比分析工程建成后，息县遇5～200年一遇洪水可减小洪峰流量3.4m工程建成后，遇1968年洪水息县洪峰流量减小3.4m遇2002年洪水息县洪峰流量