張倩

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 天津 300000）

特高壓輸變電工程跨越蓄滯洪區(qū)的洪水影響評(píng)價(jià)

張倩

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 天津 300000）

特高壓跨越蓄滯洪區(qū)，對(duì)蓄滯洪區(qū)的洪水調(diào)度會(huì)產(chǎn)生影響，建立蓄滯洪區(qū)數(shù)學(xué)模型將擬建項(xiàng)目放入模型中，得出項(xiàng)目建設(shè)后蓄滯洪區(qū)的流勢(shì)流場(chǎng)分布圖，水位、水深分布圖，得出水位壅高、流速變化情況。

特高壓；蓄滯洪區(qū)；數(shù)學(xué)模型

1 工程概況

蒙西～天津南特高壓交流輸變電工程在天津境內(nèi)全長26.1km，途經(jīng)靜海區(qū)、大港區(qū)，線路穿越賈口洼蓄滯洪區(qū)和沙井子行洪道，有20座電塔塔基位于賈口洼蓄滯洪區(qū)內(nèi)，另有13座電塔塔基位于沙井子行洪道內(nèi)，塔基全部采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，塔基地面以上高度均為0.5m，四塔基底座，底座為正方形四個(gè)頂點(diǎn)。

特高壓線路工程跨越的賈口洼蓄滯洪區(qū)為海河流域大清河水系，沙井子行洪道是海河流域大清河系超標(biāo)準(zhǔn)洪水的入海通道，均屬于大清河系的蓄滯洪區(qū)。根據(jù)國家防汛抗旱總指揮部2008年國汛[2008]11號(hào)《關(guān)于大清河洪水調(diào)度方案的批復(fù)》，當(dāng)大清河北支發(fā)生較大洪水，第六堡水位達(dá)到8.00m且繼續(xù)上漲威脅天津市區(qū)安全時(shí)，若文安洼尚未分洪運(yùn)用，在保持河道泄洪能力情況下，運(yùn)用鍋底閘并根據(jù)水情適時(shí)扒開鍋底閘西側(cè)隔淀堤向賈口洼分洪；當(dāng)賈口洼八堡站水位超過7.5m時(shí)，天津市要全力搶護(hù)賈口洼段南運(yùn)河左堤。當(dāng)東淀、文安洼、賈口洼已充分運(yùn)用，東淀第六堡水位仍超過8.00m威脅天津市區(qū)安全時(shí)，扒開南運(yùn)河左右堤，利用津浦鐵路25孔橋向團(tuán)泊洼分洪。團(tuán)泊洼分洪后，在小王莊附近破馬廠減河左右堤，洪水經(jīng)北大港水庫南側(cè)、子牙新河北堤之間的沙井子行洪道入海。

2 模型計(jì)算方法

評(píng)價(jià)特高壓線路對(duì)蓄滯洪區(qū)的影響，采用水力數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算分析，采用1：10000比例尺地形圖，進(jìn)行蓄滯洪區(qū)地形剖分，構(gòu)建蓄滯洪區(qū)地形數(shù)據(jù)高程模型。確定模型的內(nèi)部和外部邊界條件，包括模型內(nèi)的口門、橋梁、安全區(qū)及上游入流、下游出流邊界條件，確定各種內(nèi)部邊界的模擬方式，采用有限元差分格式構(gòu)建蓄滯洪區(qū)二維不恒定流數(shù)值模型。利用數(shù)值模型對(duì)輸電線路桿塔建設(shè)前后100年一遇蓄滯洪區(qū)行滯的洪水進(jìn)行模擬，提出流場(chǎng)分布圖、水位、水深分布圖，分析水位壅高、流速變化情況。

蓄滯洪區(qū)中的水流主要表現(xiàn)為二維特征，采用圣維南方程組模擬其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，基本方程為：

式中：H 為水深；Z為水位，Z=Z0+H，Z0為底高程；q為源匯項(xiàng)；M，N分別為x，y方向上的單寬流量，且M=Hu，N=Hv；u，v分別為x，y方向的平均流速；n為糙率；g為重力加速度，如圖1～2所示。

圖1

圖2

按照有限體積法布置二維網(wǎng)格的方式如圖1所示。它取單元網(wǎng)格為控制體，在網(wǎng)格中心處計(jì)算水位H，在網(wǎng)格周邊通道的中點(diǎn)處計(jì)算流量Q。即在平衡計(jì)算時(shí)，沿控制體每一邊的法向通量用該邊中點(diǎn)處的通量作代表，乘以邊長即為通量沿該邊的積分。中點(diǎn)的通量可用中心格式（如取相鄰兩格子形心處通量的平均）或逆風(fēng)格式確定。則將方程（1）改寫成矢量形式，按照有限體積法，將其在控制體內(nèi)進(jìn)行積分，對(duì)水位Q和流量H按時(shí)間交錯(cuò)計(jì)算方式（如圖2），則方程（1）可離散為：

式中：Ai為第i個(gè)網(wǎng)格的單元面積；Lik為i號(hào)網(wǎng)格的第k號(hào)通道的長度；Qik為i號(hào)網(wǎng)格的第k號(hào)通道的單寬流量。

為了更加準(zhǔn)確的模擬蓄滯洪區(qū)內(nèi)復(fù)雜的地形，并且減輕計(jì)算工作量，模型根據(jù)實(shí)際地形情況將運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行了簡化處理。將通道概化為地面模型和連續(xù)堤或缺口堤通道進(jìn)行處理，并給所有通道附加特征信息，以相應(yīng)的水力學(xué)公式進(jìn)行同量計(jì)算。

特高壓線路工程洪水評(píng)價(jià)模型采用1×1km2基本網(wǎng)格劃分，考慮鐵路、公路和水庫的曲線和不規(guī)則輪廓將網(wǎng)格劃分為任意形狀，對(duì)河道和蓄滯洪區(qū)采用剖分模型劃分網(wǎng)格，蓄滯洪區(qū)網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)6594個(gè)，網(wǎng)格單元5761個(gè)，網(wǎng)格通道12353個(gè)。

3 模型計(jì)算結(jié)果

圖3 洪水淹沒過程（30h）

圖4 洪水淹沒過程（90h）

圖5 洪水淹沒過程（132h）

圖6 洪水淹沒過程（150h）

圖7 洪水淹沒過程（300h）

圖8 洪水淹沒過程（420h）

圖3～9為洪水演進(jìn)結(jié)果，洪水過程開始后約30h之前洪水進(jìn)入東淀；90h大清河向清北分洪，洪水推進(jìn)到東淀八堡附近；132h左右根據(jù)白洋淀十方院水位啟用王村閘向文安洼分洪，大清河向清南分洪，文安洼灘里分洪閘達(dá)到分洪條件，向文安洼分洪；150h左右小關(guān)向文安洼分洪，其間賈口洼鍋底口門到達(dá)分洪條件，向賈口洼分洪；在洪水通過獨(dú)流減河進(jìn)洪閘和西河閘，通過獨(dú)流減河和海河向海區(qū)泄洪的同時(shí)，洪水向文安洼和賈口洼全面分洪。至300h之前文安洼和賈口洼得到充分運(yùn)用，第六埠洪水仍較高，達(dá)到向團(tuán)泊洼分洪的條件，扒開經(jīng)津浦鐵路經(jīng)25孔橋向團(tuán)泊洼分洪，約在360h洪水到達(dá)馬廠減河附近；420h洪水經(jīng)大港小王莊扒口進(jìn)入唐家洼，在720h之前洪水到達(dá)沙井子行洪道入?？?。

圖9 洪水淹沒過程（720h）

4 結(jié)語

賈口洼蓄滯洪區(qū)內(nèi)輸電線路桿塔修建后，由于塔基擠占部分行洪斷面，使得線路沿線產(chǎn)生輕微壅水，發(fā)生洪水時(shí)最大壅水高度為0.0129m，沙井子行洪道內(nèi)輸電線路桿塔修建后，發(fā)生洪水時(shí)最大水位壅高為0.0188m，沿線過水?dāng)嗝媪魉倩緵]有變化，輸電塔對(duì)賈口洼蓄滯洪區(qū)、沙井子行洪道行洪基本不產(chǎn)生影響。

[1]童漢毅，趙明登，槐文信，等.洪潮遭遇情況的水動(dòng)力學(xué)計(jì)算[J].武漢水利電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，33（5）：11～15.

[2]李大鳴，陳虹，李世森.河道洪水演進(jìn)的二維水流數(shù)學(xué)模型[J].天津大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，31（4）：439～446.

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2016-7-5