王鑫

（遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，遼寧沈陽110006）

1 概述

六股河是遼寧省葫蘆島市一條獨(dú)流入海河流，發(fā)源于建昌縣谷杖子鄉(xiāng)雙廟村北簍子山，流經(jīng)建昌縣、興城市和綏中縣，于綏中縣小李莊鄉(xiāng)大漁廠村附近注入渤海，河流全長(zhǎng)158 km，流域面積為3 045 km2，河道比降為0.161%。1959 年，六股河暴發(fā)洪水，造成入?？诟牡罌_斷，形成了現(xiàn)有的河口三角洲及2 處入?？冢涌谧筱忾L(zhǎng)3.2 km，右汊長(zhǎng)2.7 km。

2008 年以來，六股河入?？谒a(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)迅速發(fā)展壯大，養(yǎng)殖戶大面積修建海參池、魚棚等，主要集中在三角洲內(nèi)、左右汊兩岸及海岸線沿線，并于三角洲外沿堆建圍堤。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前六股河河道范圍內(nèi)參池和魚棚總面積約為410.67 hm2，其中三角洲內(nèi)約為339.27 hm2，兩岸灘地約為71.40 hm2。河道內(nèi)建筑物阻礙行洪，威脅兩岸村屯的防洪安全，且其自身的防洪安全亦難以得到保證，清除河道內(nèi)建筑物，恢復(fù)河道行洪能力是管理部門最為緊迫的任務(wù)。

2 工作思路

此次分析工作以河口計(jì)算模型為基礎(chǔ)，擬定2個(gè)分析方案，計(jì)算不同條件下的河口水面線，分析對(duì)比各組模型的村屯淹沒情況、河道水流變化情況等，得出保護(hù)對(duì)象的防洪能力，量化阻水建筑物對(duì)河道行洪安全的影響程度，并就建筑物阻礙行洪這個(gè)問題提出多套清除方案，評(píng)價(jià)不同清除方式對(duì)河道行洪安全的影響，具體方案如下：

1）河道內(nèi)建筑物對(duì)河口行洪安全的影響分析。分別計(jì)算天然情況（無建筑物）下、現(xiàn)狀有建筑物情況下河道兩岸村屯抵御洪水能力，計(jì)算流量從上灘流量向上遞增，每隔200 m3/s 加一個(gè)計(jì)算流量，至各村屯防洪能力對(duì)應(yīng)流量。

2）河道內(nèi)建筑物不同處理方案對(duì)河口行洪安全的影響分析。分別計(jì)算各擬定拆除方案條件下的設(shè)計(jì)洪水（P=10%，P=5%）成果，計(jì)算地形包括現(xiàn)狀情況、疏浚平順、拆除圍堤、疏浚平順+拆除圍堤、全部拆除（天然情況）。

3 模型構(gòu)建

此次行洪安全分析的范圍為六股河濱海公路橋至河口段，為了準(zhǔn)確模擬各行洪方案下分析范圍內(nèi)河道水流狀況，數(shù)學(xué)模型范圍設(shè)定為濱海公路橋至海岸線外1.6 km。

3.1 計(jì)算方法

計(jì)算核心區(qū)域河道彎曲分岔，河道內(nèi)建筑物復(fù)雜，且為河口地區(qū)，洪水與潮水交互較為復(fù)雜，需采用二維數(shù)學(xué)模型計(jì)算，以提高計(jì)算的準(zhǔn)確性，此次計(jì)算模型選擇MIKE21 Flow Model（簡(jiǎn)稱MIKE21 FM）二維數(shù)學(xué)模型。MIKE21 FM 應(yīng)用在河口、海灣以及海洋近岸區(qū)域的水流及水環(huán)境的模擬，在模擬二維非恒定流的同時(shí)，可考慮干濕變化、密度變化、水下地形、潮汐變化和氣象條件等影響因素[1]。

計(jì)算采用MIKE21 FM 軟件中的HD 模塊建立模型，該模塊采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格有限體積法求解二維淺水方程和動(dòng)量守衡方程求解[2]，計(jì)算方法采用 ADI（Alternating Direction Implicit）和 DS ( Dou?ble Sweep ) 格式[3]。

3.2 地形資料及網(wǎng)格處理

平面地形采用2013 年實(shí)測(cè)1∶2 000 平面地形圖，斷面地形采用2013 年實(shí)測(cè)河道小橫斷。模型地形網(wǎng)格搭建根據(jù)不同的地形特點(diǎn)將計(jì)算區(qū)域劃分為五類區(qū)域，采用不同的網(wǎng)格大小劃分：海洋部分，此區(qū)域地形平緩光滑，且遠(yuǎn)離計(jì)算核心區(qū)域，網(wǎng)格大小要求不大于30 000 m2；河道左右兩側(cè)灘地部分，區(qū)域地勢(shì)較為平坦，現(xiàn)狀分布有村屯、養(yǎng)參池以及魚棚等，網(wǎng)格大小要求不大于3 500 m2；三角洲灘地部分，建筑物較為復(fù)雜，魚棚及參池較多，網(wǎng)格大小要求不大于2 500 m2；三角洲圍堤部分，網(wǎng)格大小要求不大于400 m2；主槽部分，由于河道灘槽差多在2 m 以上，主槽寬150～550 m，為真實(shí)模擬河道地形特點(diǎn)，網(wǎng)格大小要求不大于1 000 m2。

3.3 曼寧值

根據(jù)該河段的河道特性（地形、地貌、河床組成以及水流條件等），參照《洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制導(dǎo)則》推薦的糙率值，確定此次計(jì)算所用曼寧值范圍：外海曼寧值為40.00，河道主槽曼寧值為40.00，參池曼寧值為20.00，魚棚及村屯曼寧值為14.28，旱田曼寧值為16.67，空地曼寧值為28.57。

3.4 邊界條件

此次水力計(jì)算采用2 個(gè)計(jì)算頻率洪峰流量作為上游設(shè)計(jì)洪峰流量，即P=10%，P=5%，對(duì)應(yīng)流量為4 588，6 642 m3/s。下游設(shè)計(jì)潮位采用與洪水頻率相當(dāng)?shù)?0 年和20 年設(shè)計(jì)潮位，設(shè)計(jì)潮位成果見表1。

表1 六股河河口設(shè)計(jì)潮位成果表

3.5 計(jì)算結(jié)果

通過逐級(jí)流量試算，天然無建筑物情況下，4個(gè)村屯能防御洪水量級(jí)中最小的流量為2 000 m3/s，即張莊子村能防御的洪水量級(jí)。在同等2 000 m3/s流量，對(duì)于現(xiàn)狀有建筑物情況下，張莊子村、大漁場(chǎng)村、小漁場(chǎng)村、侯家屯村最大淹沒水深分別為1.29，0.71，0，0.58 m，淹 沒面積分 別 為 35.60，71.20，0，7.27 hm2。

4 行洪安全分析

1）河道內(nèi)建筑物對(duì)河口行洪安全的影響分析

天然無建筑物和現(xiàn)狀有建筑物情況下，各村屯可防御的最大洪水量級(jí)如表2 所示，可見河道內(nèi)建筑物對(duì)村屯的防洪能力影響非常明顯。10 年一遇洪水條件下，現(xiàn)狀建筑物造成村屯位置最大壅水1.48 m；20 年一遇洪水條件下，現(xiàn)狀建筑物造成村屯位置最大壅水1.98 m。

表2 各村屯抵御洪水能力統(tǒng)計(jì)表 m3/s

2）河道內(nèi)建筑物不同處理方案對(duì)河口行洪安全的影響分析

結(jié)合清障工作實(shí)施的難易程度，此次初步擬定4 套清障方案，各方案實(shí)施效果排序：全部拆除>疏浚平順+拆除圍堤>拆除圍堤>疏浚平順。各頻率洪水條件下不同清障方案效果統(tǒng)計(jì)見表3。

表3 各頻率洪水條件下不同清障方案效果統(tǒng)計(jì)表 m

通過對(duì)各方案的壅水影響對(duì)比分析，六股河口三角洲圍堤、參池及魚棚修建為阻礙行洪的主要原因，10 年一遇洪水條件下，三角洲圍堤造成村屯位置壅水0.58~1.07 m，參池及魚棚造成村屯位置壅水0.40~0.79 m；20 年一遇洪水條件下，三角洲圍堤造成村屯位置壅水0.62~1.37 m，參池及魚棚造成村屯位置壅水0.57~1.03 m。大面積參池及魚棚引起的連帶壅水效應(yīng)難以通過其他工程措施徹底消除，疏浚平順+拆除圍堤方案實(shí)施效果與河道天然情況（全部拆除）仍有明顯差距。

5 結(jié)語

利用MIKE21 二維數(shù)學(xué)模型，對(duì)六股河河口三角洲進(jìn)行的水流模擬計(jì)算，河道彎曲、分汊等引起的水面比降及水流分布均得到了較為清晰的體現(xiàn)，清障前后及區(qū)域糙率不同引起的水位及流場(chǎng)的變化也能很直觀地顯現(xiàn)出來，計(jì)算成果合理可靠，具有較高的實(shí)用價(jià)值。研究成果可為管理單位提供決策支持，同時(shí)也可為相關(guān)工程建設(shè)提供依據(jù)，研究方法對(duì)其他河流河口三角洲行洪模擬、河道清障效果分析等具有一定的參考價(jià)值。另外，由于六股河口實(shí)測(cè)洪水資料較少，隨著資料不斷積累，可對(duì)模型參數(shù)重新率定，以使計(jì)算結(jié)果更加精確。