鄔旭東，查亮，扶清成

（淮河水利委員會(huì)水利水電工程技術(shù)研究中心，安徽 蚌埠 233001）

0 引言

淮河干流除關(guān)店圩區(qū)修建有土質(zhì)圍堤以外，息縣引水樞紐上下游修建有部分擋墻式護(hù)岸，淮河干流息縣段其余河段兩岸無(wú)堤防，平時(shí)河槽內(nèi)水淺流緩，遇大洪水則漫灘行洪。1954 年、1968 年（歷史最大洪水）、1991 年、2005 年等年份的大洪水，均給息縣縣城以及支流鄉(xiāng)鎮(zhèn)造成嚴(yán)重的洪災(zāi)損失，制約了當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。利用DHI MIKE11軟件構(gòu)建淮河息縣段河道一維水動(dòng)力學(xué)模型，根據(jù)洪水實(shí)測(cè)資料對(duì)模型進(jìn)行率定，并利用驗(yàn)證后的模型模擬淮河息縣段大洪水演進(jìn)，可為類似防洪規(guī)劃編制、洪水預(yù)報(bào)等提供技術(shù)參考。

1 息縣境內(nèi)淮河水系及防洪形勢(shì)

淮河流經(jīng)息縣境內(nèi)長(zhǎng)71.6km，息縣境內(nèi)河槽基本呈U 型，息縣境內(nèi)河流均屬淮河水系，縣域內(nèi)河流有淮河干流及南北岸支流?；春颖卑兑患?jí)支流有清水河、澺河、泥河、閭河等，南岸支流主要有竹竿河、寨河等；除淮河干流外，均為雨源型河道。息縣境內(nèi)河網(wǎng)概化圖如圖1 所示。

圖1 息縣境內(nèi)河網(wǎng)概化圖

淮河息縣段未建成可靠的防洪工程體系，大部分河段為天然河道狀態(tài)，河槽下切，河道較為散亂。防洪工程建設(shè)滯后，基本沒(méi)有永久性防洪工程，遇到大洪水很容易出險(xiǎn)，給防洪安全帶來(lái)了較大隱患。

現(xiàn)狀條件下，淮北支流雖然經(jīng)過(guò)多次治理，但治理的工程措施主要為河道疏浚和清淤，或者修建土質(zhì)堤防?，F(xiàn)有工程建設(shè)年代較早，經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，兩岸土質(zhì)岸坡滑塌，河道淤積嚴(yán)重。同時(shí)，由于支流大部分河段邊坡高程較低，極易造成洪水漫溢，淹沒(méi)兩岸農(nóng)田?；春痈闪骷爸Я鞅┯昙校涤炅看?，洪水發(fā)生頻繁。

2 DHI MIKE11 模型構(gòu)建

MIKE11 軟件是丹麥水資源及水環(huán)境研究所（DHI）的一款應(yīng)用成熟的商業(yè)產(chǎn)品。MIKE11 軟件廣泛地應(yīng)用于河口、河網(wǎng)的水位、流量、水量模擬，適用于復(fù)雜河道、不同洪水流態(tài)下的水力計(jì)算。MIKE11 水動(dòng)力模型的基本原理是圣維南方程組，其表達(dá)式如下：

式中：A 為過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m；t 為時(shí)間，s；Q為流量，m3/s；g 為重力加速度，m/s2；h 為水位，m；C 為謝才阻力系數(shù)；R 為過(guò)水?dāng)嗝娴乃Π霃?，m；q 為單位設(shè)計(jì)流程上的側(cè)向出流量，m3/s。

方程組利用Abbott-Lonescu 六點(diǎn)隱式有限差分格式求解，該格式在每一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)不是同時(shí)計(jì)算水位和流量，而是按照順序交替計(jì)算水位或流量，分別稱為h 和Q 點(diǎn)。Abbott-Lonescu 格式具有穩(wěn)定性好、計(jì)算精度高的特點(diǎn)。離散后的線性方程組用追趕法求解。

2.1 斷面設(shè)置

淮河干流從入息縣境處開(kāi)始每隔1km 布設(shè)一個(gè)斷面。清水河、竹竿河、澺河、泥河、寨河、閭河等一級(jí)支流除在匯入淮河干流處布設(shè)斷面以外，在有鄉(xiāng)鎮(zhèn)村莊等防洪對(duì)象處布設(shè)相應(yīng)數(shù)量的典型斷面。

2.2 邊界條件及參數(shù)設(shè)置

邊界條件設(shè)置原則均滿足上游（入流）流量邊界，下游（出流）水位邊界條件。為了使模型能夠平穩(wěn)啟動(dòng)，模型內(nèi)河道初始水深設(shè)為1m，時(shí)間步長(zhǎng)為0.1s。

2.3 糙率取值及驗(yàn)證

計(jì)算河段由息縣水文站實(shí)測(cè)資料，河道糙率以息縣水文站實(shí)測(cè)糙率和我國(guó)《天然河道、灘地糙率參考表》及附近已建工程的糙率取值綜合確定。計(jì)算河段均為平原型河道，河槽基本無(wú)草樹(shù)，河岸較陡，河道較為清潔、彎曲，存在少許淤灘和潭坑?；春痈闪骱拥纼?nèi)以中粗砂和重粉質(zhì)壤土為主，主槽取0.025。洪水上灘后，灘地以農(nóng)田和小灌木為主，灘地糙率取0.050，綜合糙率選取0.030～0.045。

息縣水文站、息縣引水樞紐斷面處的水位流量關(guān)系圖見(jiàn)圖2～圖3。

圖2 淮河干流息縣水文站斷面水位流量關(guān)系曲線圖

圖3 息縣引水樞紐斷面水位流量關(guān)系曲線圖

模型計(jì)算結(jié)果表明，息縣水文站處水文流量關(guān)系與近年實(shí)測(cè)值及變化趨勢(shì)吻合良好，誤差較小，趨勢(shì)較為接近。息縣引水樞紐處水位流量關(guān)系與引水樞紐各特征水位吻合極好，誤差較小。模型計(jì)算結(jié)果總體上是合理的，基本能正確模擬該河段的洪水過(guò)程，可以利用模型進(jìn)行下一步的計(jì)算分析。

3 水文模擬

3.1 淮河干流水面線推求

根據(jù)已經(jīng)率定的數(shù)學(xué)模型及模型參數(shù)，分別計(jì)算淮河干流10 年一遇、30 年一遇的水面線。10 年一遇、30 年一遇淮河干流不同頻率洪水來(lái)源于表1推薦的出山店水庫(kù)影響后計(jì)算河段的設(shè)計(jì)洪水值?；春痈闪?0 年一遇、30 年一遇的水面線與左、右岸高程對(duì)比見(jiàn)圖4、圖5。

表1 計(jì)算河段不同斷面不同頻率設(shè)計(jì)洪水調(diào)洪演算成果表（m3/s）

圖4 淮河干流10 年一遇計(jì)算水面線與左、右岸高程對(duì)比圖

圖5 淮河干流30 年一遇計(jì)算水面線與左、右岸高程對(duì)比圖

由圖4、圖5 可知，淮河干流遭遇10 年一遇設(shè)計(jì)洪水時(shí)，大部分河段水位低于現(xiàn)狀堤防左、右岸高程，可以保證堤防安全；部分河段水位高于左岸或右岸高程，不能保證堤防安全?；春痈闪髟庥?0年一遇設(shè)計(jì)洪水時(shí)，河段水位均高于現(xiàn)狀堤防左、右岸高程，不能保證堤防安全。

3.2 回水影響范圍推求

根據(jù)淮河干支流洪水遭遇、支流洪水受淮河干流頂托嚴(yán)重的基本特性，對(duì)各支流入淮河段計(jì)算了回水水面線。遭遇干流洪水頻率為10 年一遇，回水影響范圍以回水線不高于同頻率天然洪水水面線0.3m 范圍內(nèi)的斷面確定。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 各支流入淮回水影響范圍圖

由圖6 可知，各支流回水影響高度與回水影響限值0.3m 相交點(diǎn)的橫坐標(biāo)即為各支流回水影響范圍?；厮绊懛秶鸀椋呵逅?.389km，澺河7.276km，泥河8.715km，閭河4.778km。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）淮河息縣段自2005 年發(fā)生大洪水至今未發(fā)生大洪水，期間息縣社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，河道內(nèi)各類生產(chǎn)活動(dòng)、農(nóng)田建設(shè)等非防洪建設(shè)項(xiàng)目迅速增加，使河床形態(tài)、河道斷面等發(fā)生巨大變化，選用1968年典型大洪水作為流量邊界條件，是對(duì)息縣防洪工程體系的一次重大檢驗(yàn)，可為以后息縣防洪規(guī)劃編制、洪水預(yù)報(bào)等提供技術(shù)支撐。

（2）采用DHI MIKE11 軟件構(gòu)建淮河息縣段河道一維水動(dòng)力學(xué)模型，并利用實(shí)測(cè)洪水資料進(jìn)行率定和驗(yàn)證，利用已建一維河道水動(dòng)力學(xué)模型，分析計(jì)算淮河干流遭遇10 年一遇、30 年一遇洪水的計(jì)算水面線與兩岸高程關(guān)系，分析計(jì)算遭遇干流10 年一遇洪水，各支流入淮河段回水水面線的影響范圍。結(jié)果表明：淮河干流遭遇10 年一遇設(shè)計(jì)洪水時(shí)，大部分河段水位低于現(xiàn)狀堤防左、右岸高程，可以保證堤防安全，部分河段水位高于左岸或右岸高程，不能保證堤防安全；淮河干流遭遇30 年一遇時(shí)，河段水位均高于現(xiàn)狀堤防左、右岸高程，不能保證堤防安全?；厮绊懛秶呵逅?.389km，澺河7.276km，泥河8.715km，閭河4.778km。

（3）淮河息縣段河道位于淮河上游，河道比降較大，本文所建數(shù)學(xué)模型未考慮河道沖淤對(duì)水位的影響，需結(jié)合實(shí)際工作對(duì)所建模型加以完善，為淮河息縣段防洪提供更為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐■