張建濤 楊 揚 劉軍梅 薛三平

（北京市水利規(guī)劃設計研究院 北京 100048）

隨著科學技術的不斷進步，特別是計算機技術的日益強大，數值模擬相比較物理模型試驗，在研究實際工程規(guī)劃設計中常見的多方案比選、參數率定等問題時表現出較大優(yōu)勢，漸己成為研究流體力學強有力的手段。

本文利用ArcGIS、MIKE21等軟件，建立了北京青龍湖合眾健康谷項目洪水淹沒數值模型，模擬計算了崇青水庫不同工況下泄洪水對該項目的淹沒影響。

1 MIKE21計算 件概

MIKE21計算軟件采用中心有限體積法離散求解連續(xù)性方程、動力方程。

連續(xù)性方程

式中，t是時間；x，y，z是笛卡兒坐標系；η是地面高程；d是地面淹水深；h=η+d是淹水高程；u，v，w分別是x，y，z方向上的流速；f是柯氏力參數；g是重力加速度；ρ是水的密度；Pa是大氣壓力；S是流量值。

圖1 北京 湖合眾健康谷與崇 水庫的位置示意圖

2 北京 湖合眾健康谷概 11

北京青龍湖合眾健康谷地處房山區(qū)青龍湖鎮(zhèn)，崇青水庫青龍頭副壩的背水面，刺猬河的右岸，以崇青水庫預留的非常溢洪道洪水通道為界分南、北兩區(qū)，總面積為33.47hm2，位置示意圖見圖1。

崇青水庫為中型水庫，防洪標準為100年一遇洪水設計、1000年一遇洪水校核，當水庫發(fā)生超標準洪水（75.8洪水）、洪水位達到77.15m時，啟用非常溢洪道泄洪以保大壩安全。因此，北京青龍湖合眾健康谷項目不但要承擔崇青水庫下游刺猬河洪水漫溢的淹沒風險，同時又受崇青水庫非常溢洪道下泄洪水的影響。

3 MIKE21計算 件在北京 湖合眾健康谷的應用

本研究采用ArcGIS、MIKE21軟件，建立北京青龍湖合眾健康谷項目洪水淹沒數值模型，按刺猬河治理情況、崇青水庫不同重現期下泄洪水組合 8種計算工況，模擬崇青水庫不同工況下泄洪水對北京青龍湖合眾健康谷的淹沒影響。

3.1 數據處理

（1）模擬范圍

二維地形數據是流域地形、水流淹沒識別的重要原始資料，經過模型試算，綜合考慮洪水淹沒影響范圍及計算時間等因素合理確定模擬范圍。根據模擬范圍1:10000地形圖及北京青龍湖合眾健康谷1：2000地形圖，提取高程點，使用Mesh Generator進行數據轉換編輯，疊加耦合生成Mesh圖，見圖2。

圖2 刺猬河崇 水庫以下段二維泛區(qū)mesh圖

（2）邊界條件

當崇青水庫發(fā)生小于 1000年一遇洪水時，上游入流邊界為溢洪道的下泄洪水過程；當崇青水庫發(fā)生“75.8”超標準洪水時，上游入流邊界分別為溢洪道、非常溢洪道的下泄洪水過程。

崇青水庫以下地勢變化較大，水流速度較快，通過模擬計算表明，下游邊界對北京青龍湖合眾健康谷項目淹沒區(qū)的洪水沒有阻擋作用。

（3）糙率

二維淹沒模擬區(qū)域內遍布村莊、道路、耕地、樹林等，根據地物特征綜合確定糙率。

3.2 模擬工況

根據刺猬河崇青水庫以下河道治理情況、不同重現期下泄洪水以及河道漫溢方式，共組合了8種計算工況，詳見表1。

3.3 模擬結果及分析

通過建立的二維洪水淹沒MIKE21模型，模擬了不同工況的北京青龍湖合眾健康谷洪水淹沒。工況1洪水淹沒圖見圖3（其他工況同略）。各工況淹沒面積、淹沒水深、流速等參數統計見表2。

圖3 工況1洪水淹沒圖

表1 北京 湖合眾健康谷 目洪水淹沒分析計算工況

表2 北京 湖合眾健康谷 目洪水淹沒統計表

分析洪水淹沒圖及統計表中數據可以得出：

（1）當崇青水庫發(fā)生校核標準內洪水時，隨著重現期的提高，北京青龍湖合眾健康谷最大淹沒面積、最大淹沒水深、最大流速均呈遞增趨勢。

（2）與現狀河道相比，刺猬河按規(guī)劃治理后，北京青龍湖合眾健康谷受淹面積、最大淹沒水深、淹沒區(qū)最大流速均有所減少，其中 20年一遇洪水不受淹，主要原因是河道按規(guī)劃治理后，過流能力變大，從而減輕對青龍湖合眾健康谷的淹沒影響。

（3）當崇青水庫發(fā)生“75.8”超標準洪水時，首先正常溢洪道下泄，當水庫水位漲至 77.15m時下泄流量達到最大為 730m3/s，此時啟用非常溢洪道泄洪，非常溢洪道下泄流量最大為1720m3/s。

一方面，由于崇青水庫溢洪道下泄洪水流量較大，刺猬河潰堤后，導致北京青龍湖合眾健康谷東部靠近刺猬河河道部分受淹；另一方面，當崇青水庫水位上漲至 77.15m時需啟用非常溢洪道，由于下泄洪水巨大，導致非常溢洪道泄洪通道兩側受淹嚴重。該工況北京青龍湖合眾健康谷的淹沒面積、淹沒水深、流速均達到最大值，洪水淹沒范圍可作為洪水淹沒風險圖的依據。

4 結論

本文以北京青龍湖合眾健康谷洪水淹沒影響分析為背景，詳細介紹了采用MIKE21計算軟件解決工程問題的思路和方法，模擬結果表明該模型在北京青龍湖合眾健康谷具有較好的適應性，其洪水淹沒范圍可作為洪水淹沒風險圖的依據。