MIKE11模型在河道防洪评价中的应用研究——以深圳市观澜河为例.pdf

第 卷 增 人民珠江 年 月 :/.:/收稿日期:作者简介:史凯升()男本科工程师主要从事水利水电施工与管理、项目管理、河道管理等工作 :.模型在河道防洪评价中的应用研究 以深圳市观澜河为例史凯升白佳喆白老朋廖廷光(.深圳市观澜河流域管理中心广东 深圳.清华大学深圳国际研究生院广东 深圳)摘要:以观澜河 条支流口增设的汀步为研究对象根据确定成灾水位、保证水位以及警戒水位的原则和洪峰流量成果考虑选用 模型计算 个典型断面的特征水位对河道进行防洪评价 通过评价河道典型断面的防洪能力确定各个河段的过流能力和防洪安全可靠性为河道防洪治理规划和防汛调度安全提供一定的指导作用关键词:模型防洪评价观澜河中图分类号:文献标志码:文章编号:()城市河道管理在保障防洪、供水、水环境和生态环境的前提下对提升城市总体形象、改善人居环境、促进城市经济发展等方面也具有重要的作用城市河道以防洪优先对未来发生的洪水进行科学估计是保障地区防洪安全和运行期工程安全的重要前提本文采用由丹麦水利研究所()开发的一款具有合理物理机制和友好操作界面且应用最为广泛的水动力模型即 模型其对河道水动力过程及水质变化、土壤侵蚀、降雨径流过程等模拟都有较好的效果 水动力模块采用 点隐式差分格式对圣维南方程组进行求解圣维南方程组包括连续方程和动量方程 对临界水位指标进行了分析和计算为后期的河道防洪管理提供一定的依据同时为 模型在河道防洪评价中的应用提供了可行性较高的借鉴经验 流域气象、地质、支流基本情况观澜河流域位于深圳市中北部属山区性雨源型河流是东江水系石马河的上游段发源于大脑壳山自南向北流经 个街道办事处在观澜街道企坪处进入东莞境内 深圳市境内观澜河流域面积.其中城区内流域面积.占观澜河流域深圳境内部分面积的.建成区密度为所有流域之首 自然下垫面区域(生态区)的面积为.占总流域面积比例为.其中水库控制集雨面积(.)占生态区比例为.流域内生态区基本由水库控制观澜河流域位于北回归线以南属南亚热带季风气候气候温和光照充足雨量丰沛 多年平均气温.年极端最低气温.年极端最高气温.多年平均湿度 多年平均蒸发量 观澜河流域内现有高峰水库、樟坑径水库、茜坑水库和观澜街道等雨量站其中高峰站和樟坑径站观测年限较长 据高峰站资料多年平均降雨量 年最大降雨量 (年)年最小降雨量 (年)年内雨量主要集中在 月约占全年平均降雨量的 历年最大 暴雨量 最大三天暴雨量(均为 年 月樟坑径)据深圳站资料多年平均风速./多年平均最大风速./大风(风速大于等于/)人民珠江 年增刊 日数年平均为.多出现在 月 夏秋季的台风暴雨是本流域最主要的灾害性天气常造成山洪暴发洼地内涝、河水漫滩(堤)历年影响本流域的台风平均为.次其中严重影响的年均.次此外前汛期(月)锋面雨也常带来洪水酿致水灾根据现有数据分析观澜河场地原始地貌以低缓的丘陵岗地及岗间低平地和河流冲积平原为主地势南高北低河床底高程.纵坡降.沿河工作区段大部分区域属于已建成工厂和居民区修建成河岸道路或花园地形较平缓富士康桥、机荷高速南、飞鸽地板厂、观澜污水处理厂大门至观光路桥等地段的河道左岸及 号调蓄池东侧挡墙段为丘陵岗坡地相对地势较高根据区域地质资料观澜河场地内分布的地层自上而下第四系松散地层主要有人工堆积层()、第四系全新统坡积层()、第四系全新统冲积层()、第四系残积层()下伏基岩为白垩系下统花岗岩()和侏罗系下中统塘厦组泥质砂岩局部为泥灰岩()观澜河支流岗头河、长坑水、樟坑径、白花河河口由于旱季长期有清洁河水汇入观澜河导致行人通行受阻影响人民群众游玩 因此支流河口处新建汀步能解决行人通行受阻问题拓展河道亲民空间的同时也提升了整体的景观消除河口汇入的单一景象工程区内无实测径流资料根据广东省水文图集(年)中广东省 年平均径流深等值线图龙华新区多年平均径流深为 该区总面积为.则龙华新区多年平均径流量为.亿 根据广东省暴雨参数等值线图(年)中年最大、和最大 的暴雨统计参数(、值)等值线图查得项目区各历时的暴雨参数 和.在广东省暴雨径流查算图表中查取各历时暴雨所对应的 值 根据深圳市防洪(潮)排涝规划()各频率 设计暴雨见表 根据 深 圳 市 防 洪(潮)排 涝 规 划()附表 岗头河、长坑水、樟坑径、白花河河口设计洪水见表 表 观澜河流域设计暴雨值点暴雨统计参数(/.)时段均值/设计点雨量/.表 岗头河、长坑水、樟坑径、白花河河口设计洪水值河流名称计算断面编号汇水面积/洪峰流量/()岗头河河口.长坑水河口.樟坑径河口.白花河河口.人民珠江 年增刊 新增汀步对河道防洪的影响)岗头河需拆除现状 排汀步后在现有截污箱涵顶部浇筑不小于 厚 混凝土防止车辆通行导致箱涵面板破损考虑到岗头河旱季水量较大在河口处重建一平汀步汀步尺寸按如下汀步尺寸设计:汀步布置间距为 汀步总长约 呈曲线型横跨岗头河河口布置(图、)新建与拆除面积基本相符图 岗头河汀步平面布置图 岗头河汀步示意()白花河旱季水量较大行人通行道路受阻白花 河 在 河 口 处 需 建 汀 步 汀 步 尺 寸 设 计 为 汀步布置间距为 汀步总长暂定约 呈曲线型横跨白花河河口布置见图、)樟坑径河旱季水量不大但还是有一股较小清水行人通行道路受阻在河口处需建汀步汀步尺寸设计为 汀步布置间距为 汀步总长暂定约 呈曲线型横跨樟坑径河口布置见图、图 白花河汀步平面布置图 白花河汀步示意图 樟坑径河汀步平面布置图 樟坑径汀步示意)长坑水旱季水量不大但同样有一股较小清水行人通行道路受阻长坑水在河口处重建一平汀步汀步尺寸设计为 汀步布置间距为 汀步总长约 呈曲线型横跨长坑水河口布置见图、人民珠江 年增刊 图 长坑水河汀步平面布置图 长坑水汀步示意 运用 对建设项目运行期洪水影响计算分析.定性分析支流汀步位置均位于河口处河口形状均为喇叭口形状河口断面均很宽 河口处两岸堤防防洪标准为观澜河干流防洪标准(年一遇)堤防高度有一定的富余高度 同时考虑到汀步不高长坑水、樟坑径、白花河约 各汀步间距为 非完全占用河道断面汀步约占各河道行洪断面的.、.、.岗头河汀步按原状汀步尺寸设计但汀步间距由原来的 增加至 宽 由 排改为一排约占行洪断面的对比现状汀步已极大降低了对河道的行洪影响 因此从占断面比例来看汀步对河道行洪影响极小目前 条支流河口汀步建设所处断面 条支流已硬底化 条支流已有块石护砌 条支流河口处整体河床较平缓流速不大汀步建成后该处流态为淹没流故该汀步建设虽然对汀步所处断面的底流流态与流速有稍微影响但对中流及面层水流流态无影响同时也不会整体改变河道的流态与流速对河床冲刷影响可忽略不计.定量分析分别计算当发生 年一遇标准洪水时支流口汀步处水位 支流口现状水位采用深圳市防洪(潮)排涝规划()附表 计算成果运行期水位计算采用 一维水动力软件 计算河道水面线 模型是由丹麦水利研究所()开发的一款具有合理物理机制和友好操作界面且应用最为广泛的水动力模型其对河道水动力过程及水质变化、土壤侵蚀、降雨径流过程等模拟都有较好的效果 水动力模块采用 点隐式差分格式对圣维南方程组进行求解圣维南方程组包括连续方程和动量方程连续性方程:()动量方程:/()式中 流 量/侧 向 入 流/过水面积 水位 水力半径 谢才系数/动量修正系数 有 种水力半径计算方法分别如下方法一 求阻力半径 :/()方法二 全域水力半径:()方法三 有效水力半径:()式中 断面面积 过水断面面积 湿周方法一适用于断面形状突变的河道方法二、三适用于断面形状狭窄的河道 其中河道糙率取.起推水位采用观澜河干流 条支流口处水位计算结果见表 人民珠江 年增刊 表 支流口设计水面线计算成果(汀步建设前后对比)河流名称断面位置左岸堤顶工程/右岸堤顶高程/流量/()现状水位/起推水位/完工后运行水位/岗头河河口.长坑水河口.樟坑径河口.白花河河口.由计算结果可知汀步建设前现状水位与建设运行水位基本持平由此可见汀步建设对河道行洪产生的不利影响可忽略不计 结语通过水文水力分析、河堤结构稳定复核防洪评价对观澜河周边景观提升中可能对观澜河防洪防洪能力、河道堤防不均匀沉降等破坏进行计算分析根据上述计算分析支流口增设汀步对河道行洪不会产生不利影响 支流口增汀步未改变观澜河、岗头河、白花河、长坑水、樟坑径河等河道岸线走向不会影响河道的整体河势稳定 汀步位于观澜河干流河道管理范围内但不涉及观澜河干流主河道行洪断面对观澜河干流主河道堤防护岸不会产生不利影响河道建设项目进行防洪评价首先考虑减小工程方案对河道行洪、堤防稳定等方面的不利影响 在保障防洪安全的前提下还需结合工程项目的实际情况全面、综合地考虑工程方案合理性 同时积极寻求有效的防治和补救措施使工程项目的建设最大可能地满足技术、经济、社会效益等方面的要求参考文献:水利部珠江水利委员会珠江水利科学研究院.佛山市河道建设项目防洪影响综合评价报告.曾宇健.谈深圳市河道管理工作存在的问题及对策.水利建设与管理():.深圳经济特区河道管理条例.深圳市:深圳市水务局广东省河道管理条例.南方日报.().林立张翼程玉祥.与 水动力模型洪水计算成果分析.浙江水利科技():.刘卫林梁艳红刘丽娜等.基于 的中小河流溃堤洪水预警指标研究.人民珠江():.芮孝芳张超.论设计洪水计算.水利水电科技进展():.(责任编辑:向 飞)