莊鵬程，孫成坤

（安徽安兆工程技術(shù)咨詢服務(wù)有限公司，安徽 蚌埠 233000）

根據(jù)《洪水影響評價報告編制導(dǎo)則》（SL520-2014）的相關(guān)要求，輸電線路工程在進(jìn)行洪水影響評價時須進(jìn)行水文分析計算，傳統(tǒng)的一維經(jīng)驗公式解決不了行（蓄）洪區(qū)的水情參數(shù)問題，本文采用MIKE21 模型進(jìn)行二維流場的模擬，針對霍邱縣新店至左王35kV 輸電線路桿塔流態(tài)進(jìn)行分析，得到了水位、流量時空變化的信息。

1 工程概況

霍邱縣隸屬于安徽省六安市，地處安徽省西部邊緣，東與壽縣毗鄰，西與河南省固始縣接壤，南與裕安區(qū)、葉集區(qū)相連，北與阜南、潁上兩縣隔淮相望?，F(xiàn)六安霍邱縣新店—左王35kV 線路年限較長，線徑較小，輸電能力不足，并且多處居住區(qū)僅滿足35kV 架空線路安全運(yùn)行最低要求。本工程線路自霍左354 新店支線B7 桿起向東走線，沿規(guī)劃道路南側(cè)至霍邱現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)園東側(cè)，后平行現(xiàn)狀西湖—左王35kV 線路向東北方向走線，途徑王家圩子、王家老園、伊樓村，接著左轉(zhuǎn)向東北方向架線跨越310 省道，右轉(zhuǎn)向東南方向走線，至城東湖閘附近，利用西山—霍邱110kV 線路路徑向東走線，途徑李崗村、康家莊、汪沖村，后右轉(zhuǎn)至周家圩子西側(cè)，接著右轉(zhuǎn)向新安方向走線至35kV 左王。新建線路路徑總長度約16.55km，共布設(shè)桿塔60 個。根據(jù)工程線路路徑，本次工程實施線路自西向東依次跨越城東湖蓄洪大堤、汲河等區(qū)域。

2 數(shù)值模型的建立

霍邱縣新店至左王35kV 輸電線路工程位于汲河與淮河交匯處灘地，城東湖蓄洪區(qū)進(jìn)退洪閘下。為了分析輸電線路的修建對城東湖蓄洪區(qū)進(jìn)洪、退洪的影響，利用平面二維水流數(shù)值模型對輸電線路修建前后城東湖閘附近灘區(qū)的水流運(yùn)動流態(tài)進(jìn)行數(shù)值模擬對比分析。

本次數(shù)模計算采用丹麥水力研究所開發(fā)的MIKE21 軟件進(jìn)行分析計算。MIKE21 軟件模擬二維洪水演進(jìn)的技術(shù)比較成熟，已在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。本次研究區(qū)域城東湖閘下游汲河灘區(qū)計算邊界不規(guī)則，結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格難以滿足精度要求，所以選用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格模型來進(jìn)行進(jìn)退洪過程模擬。采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格可以解決計算區(qū)域邊界不規(guī)則的問題，而且精度和計算效率也較好。

2.1 計算方法

MIKE21 水流模擬基于的控制方程是不可壓縮流體三維雷諾納維-斯托克斯方程沿水深積分的連續(xù)方程和動量方程。MIKE21 非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格模型采用非結(jié)構(gòu)有限體積法離散控制方程。為了準(zhǔn)確擬合圩區(qū)曲折的岸邊界，本次數(shù)值模型采用三角形網(wǎng)格進(jìn)行計算。

2.2 模型的建立

2.2.1 計算范圍

模型計算采用實測的城東湖閘下游汲河灘區(qū)地形資料，計算范圍為城東湖閘下游整個汲河灘區(qū)，總長7km，下接淮河灘地。

2.2.2 糙率

城東湖閘下游汲河灘區(qū)在進(jìn)行洪水模擬的過程中，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研資料、相關(guān)項目經(jīng)驗及書籍資料，模型中糙率選用0.035。

2.2.3 網(wǎng)格

由于城東湖閘下游汲河灘區(qū)整體面積不大，而且計算區(qū)域內(nèi)地形沒有急劇變化的特點，故采用邊長約60m 的三角形作為計算網(wǎng)格，并對塔基局部網(wǎng)格進(jìn)行加密，總共劃分了14099 個網(wǎng)格。

2.2.4 時間步長

利用有限體積法計算三角網(wǎng)格的水流模擬時，采用120s 作為最大時間步長，0.01s 作為最小時間步長。

2.2.5 邊界條件

城東湖閘下游汲河灘區(qū)在洪水演進(jìn)模擬時，以閘門口處相應(yīng)淮河水位作為邊界條件，閘門口處的出流情況是以動量的形式進(jìn)行計算。由二維淺水方程組可知，在進(jìn)行動量計算時，水位是影響計算的主要因素。城東湖閘下游汲河灘區(qū)在閘門口處的網(wǎng)格水深設(shè)定時要大于濕水深，保證在此單元上的水流正常計算，既要計算流量通量，也要計算動量通量；而城東湖閘閘門以外地區(qū)的網(wǎng)格初始水深設(shè)定為干水深與濕水深之間。計算區(qū)域和工程路線示意圖見圖1。

圖1 計算區(qū)域和工程路線示意圖

3 蓄洪（進(jìn)洪）工況計算結(jié)果分析

為了分析工程前后相關(guān)影響，模型模擬分析了城東湖蓄洪（進(jìn)洪）工況的洪水演進(jìn)過程。根據(jù)模型初步試算結(jié)果，在城東湖蓄洪區(qū)啟用的6h 后，城東湖閘下游汲河灘區(qū)基本形成穩(wěn)定流態(tài)。因此，本次二維水流數(shù)值模型的計算時間定為6h，重點分析輸電線路修建前后對城東湖分蓄洪（進(jìn)洪）過程中汲河灘地總體流場流態(tài)、塔基處水位和流速、城東湖進(jìn)洪閘過洪能力等方面的影響。

3.1 對塔基局部水位和水流流場的影響

為了分析線塔對局部水位和流量的影響，模型分析了工程前35#～43#線塔處水位和流量，工程后35#～43#線塔北側(cè)10m、南側(cè)10m 處的水位和流量。

根據(jù)二維水流數(shù)值模型計算結(jié)果分析，各桿塔處水位的最大抬高值不超過0.004m，最大降低0.016m。各桿塔處流速最大增加0.0049m/s，最大減少0.226m/s?？梢娸旊娋€路的修建對城東湖閘下游汲河灘區(qū)局部的水位、流速的影響均很小。

為分析工程修建對城東湖閘下游汲河灘區(qū)水流流場的影響，選取城東湖閘附近35#～40#塔為代表，圖2 和圖3 為同一時刻工程前后桿塔處流場圖。從圖中可以看出，工程修建后，塔基附近出現(xiàn)明顯的繞流。但總體來說，輸電線路的修建對水流流場的影響很小，僅在塔基局部網(wǎng)格處的流速大小和流向有稍微明顯的改變，其他網(wǎng)格處的流速大小和方向并無明顯的變化。

圖2 城東湖閘進(jìn)洪工況流速分布圖（工程前）

圖3 城東湖閘進(jìn)洪工況流速分布圖（工程后）

根據(jù)計算分析結(jié)果，輸電線路的修建，引起線路上游水位略有壅高，從而一定程度上減小了城東湖閘閘門的進(jìn)洪流量。但由于輸電線路距離進(jìn)洪城東湖閘閘門較遠(yuǎn)，在同一時刻的進(jìn)洪流量較輸電線路建成前的最大減少值僅為0.06m3/s，相對于進(jìn)洪流量來說非常小。

3.2 退洪工況計算結(jié)果分析

為了分析在城西湖退洪工況下工程前后相關(guān)影響，模型模擬了城東湖退洪工況的洪水演進(jìn)過程。模擬結(jié)果仍然顯示，工程建設(shè)對整個城東湖閘下游汲河灘區(qū)的流場和流速以及城東湖閘的過流能力幾乎不產(chǎn)生影響。

不同之處在于閘下游泄水導(dǎo)致36#塔、37#塔附近產(chǎn)生了明顯的回流區(qū)?；亓鲄^(qū)工程前后均存在，與本工程無關(guān)。經(jīng)分析，回流區(qū)內(nèi)的線塔流速影響也較小。城東湖閘退洪工程前后工況流速分布圖見圖4、圖5。

圖4 城東湖閘退洪工況流速分布圖（工程前）

圖5 城東湖閘退洪工況流速分布圖（工程后）

模型還計算了回流區(qū)對塔基局部影響。根據(jù)二維水流數(shù)值模型計算結(jié)果分析，在存在回流區(qū)的情況下，各桿塔處水位沒有產(chǎn)生壅高（理論上應(yīng)該有壅高，考慮因模型精度條件限制），最大降低0.011m。各桿塔處流速最大增加0.0055m/s，最大減少0.226m/s。可見輸電線路的修建對城東湖閘下游汲河灘區(qū)局部的水位、流速的影響均很小?；亓鲄^(qū)的存在對輸電線路影響也較小。

4 結(jié)論

MIKE21 計算桿塔處水位、流速分布與實測水文水情參數(shù)一致性較高，因此對輸電工程桿塔附近流場的模擬結(jié)果是可信的。本模型得出的水文水情參數(shù)計算結(jié)果，為洪水影響評價水文水利計算提供了可靠數(shù)據(jù)支撐，也可以作為審批單位審查涉河建設(shè)方案的決策依據(jù)■