李建創(chuàng) 文建聰 陳龍飛

1.三亞市大隆水利工程管理局 海南 三亞 572000;2.海南省地質(zhì)調(diào)查院 海南 ?？?570206

防洪影響評(píng)價(jià)作為防洪設(shè)計(jì)重要內(nèi)容，可采用經(jīng)驗(yàn)公式與數(shù)學(xué)模型來(lái)計(jì)算模擬。但由于不同工程項(xiàng)目有很大的區(qū)別，所以要做到具體問(wèn)題具體分析，用好二維數(shù)學(xué)模型對(duì)保證防洪影響評(píng)價(jià)結(jié)果的真實(shí)性與可靠性有重要意義。

1 工程概況

某城段改建工程局部涉河，路基占用一定過(guò)水面積導(dǎo)致阻水，使路基附近水流實(shí)際狀況被改變，導(dǎo)致上游水位偏高且灘槽沖淤，對(duì)河道洪水宣泄及兩岸堤防安全都造成一定程度的影響。對(duì)此，需借助二維數(shù)學(xué)模型對(duì)工程實(shí)施前后洪水位發(fā)生的變化及具體影響范圍予以計(jì)算，旨在為日后的防治工作提供可靠參考依據(jù)。

2 計(jì)算范圍與邊界條件

根據(jù)工程實(shí)施影響范圍，將計(jì)算河段總長(zhǎng)確定為8.5km。網(wǎng)格為四邊形，共4482個(gè)單元，4783個(gè)節(jié)點(diǎn)和34個(gè)邊界單元。該網(wǎng)格的總尺寸大小為50m×50m，在既有工程附近對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行加密。

3 模型率定及驗(yàn)證

計(jì)算開(kāi)始前，應(yīng)先驗(yàn)證模型，為阻力參數(shù)率定奠定基礎(chǔ)，并檢驗(yàn)確定河道概化是否正確，確保方案所處模型的可靠性與可信性。在本次計(jì)算中采用歷史地形資料，經(jīng)驗(yàn)證可知，計(jì)算水位和實(shí)測(cè)與調(diào)查水位之間的差值在0.05m以內(nèi)，可以真實(shí)反映出河道內(nèi)大洪水實(shí)際演進(jìn)過(guò)程?；诖?，無(wú)論是模型選擇還是參數(shù)率定均合理可行，可良好滿足方案計(jì)算提出的要求[1]。

4 數(shù)學(xué)模型概化

對(duì)于涉河路段，其網(wǎng)格邊界為原公路線，在工程實(shí)施后的計(jì)算工況當(dāng)中可將改建工程與原公路線路范圍內(nèi)的網(wǎng)格視作實(shí)體來(lái)進(jìn)行處理。對(duì)于高速公路，與該工程線路相緊貼。對(duì)其模擬進(jìn)行簡(jiǎn)化，采用加糙的方法來(lái)處理，橋樁阻力參數(shù)采用水工模型來(lái)確定。

從模型計(jì)算成果可知，高速公路所在位置流速保持在2.0―2.5m/s范圍內(nèi)。根據(jù)上述試驗(yàn)成果，借助伯努利方程對(duì)糙率系數(shù)進(jìn)行求解，再將其倒入至數(shù)學(xué)模型當(dāng)中。經(jīng)過(guò)以上處理可得橋樁范圍內(nèi)的平均糙率等于0.085[2]。

5 工程計(jì)算方案

以該工程的各項(xiàng)特點(diǎn)為依據(jù)，計(jì)算當(dāng)洪水頻率為2%與當(dāng)洪水頻率為5%時(shí)對(duì)應(yīng)的沿程水位及流速變化，通過(guò)對(duì)這些變化進(jìn)行的分析能明確可能對(duì)河勢(shì)及堤岸沖淤等造成的影響，具體可以分成四個(gè)組次，具體如表1所示。

表1 計(jì)算方案

6 計(jì)算成果與分析

6.1 壅水計(jì)算 公路改建導(dǎo)致的水流變化程度并不大，占河段末端周圍水位小幅下降；占河段中部以上與外側(cè)周圍水位小幅壅高，具體的數(shù)值在0.01―0.03m范圍內(nèi)。洪水位壅高及降低都小于河道寬度1/2，不會(huì)對(duì)對(duì)岸公路造成影響；河道下游的影響范圍在200m以內(nèi)，到達(dá)下游斷面以后，水位及流速都能恢復(fù)至原始的狀態(tài)；占河段上游的壅水會(huì)對(duì)河道的整個(gè)斷面造成影響，但影響持續(xù)到窄斷面以后消失[3]。

6.2 流速計(jì)算和沖淤變化 根據(jù)流速計(jì)算結(jié)果可知，工程所在區(qū)域流速相對(duì)較慢，越靠近河道中央，實(shí)際流速有所增加，最大和最小流速的差值為0.12m/s；流向沒(méi)有太大的變化，不超過(guò)1°，與占河內(nèi)側(cè)相靠近的局部點(diǎn)位，其流向變化可以達(dá)到6.4°，在工程區(qū)的末端下部，實(shí)施前后的流速并沒(méi)有太大變化，不超過(guò)0.02m/s。

在工程實(shí)施開(kāi)始后，對(duì)床面沖淤變化進(jìn)行的預(yù)測(cè)將床面自動(dòng)調(diào)整基本原理作為基礎(chǔ)，采用定床計(jì)算方法確定水流要素，然后借助半經(jīng)驗(yàn)半理論計(jì)算公式完成估算與預(yù)測(cè)。因河段范圍內(nèi)的懸移質(zhì)與推移質(zhì)在粒徑上有很大的差別，而工程實(shí)施后導(dǎo)致淤積的主要因素是懸移質(zhì)，所以需要對(duì)淤積區(qū)與沖刷區(qū)實(shí)施分別計(jì)算[4]。

根據(jù)模型計(jì)算結(jié)果，采用專門的沖刷及淤積公式能計(jì)算確定占河段周圍水域的沖淤實(shí)際分布情況。占河區(qū)中，沖淤幅度不超過(guò)0.3m，與公路相靠近的部分的河道淤積相對(duì)較重，而河道中央則以沖刷為主。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)防洪影響評(píng)價(jià)而言，二位數(shù)學(xué)模型具有十分重要的作用與意義，目前它已經(jīng)達(dá)到了比較成熟的程度，通過(guò)驗(yàn)證可知其結(jié)果真實(shí)可信，能為實(shí)際的防洪評(píng)價(jià)工作提供可靠理論依據(jù)。針對(duì)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，需要通過(guò)對(duì)模型的持續(xù)完善，保證它的合理性與實(shí)用性，在實(shí)際工作中還應(yīng)不斷改進(jìn)和創(chuàng)新工作方法，借鑒更完整、更新的資料，保證網(wǎng)格劃分及模型概化成果的科學(xué)性及合理性，以此確保二維數(shù)學(xué)模型在整個(gè)防洪評(píng)價(jià)工作中發(fā)揮出應(yīng)有的作用效果。