收稿日期：2023-08-08；接受日期：2023-11-16

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（52009104，52079106）；中德合作交流項(xiàng)目（M-0427）；陜西省科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（2020TD-023）

作者簡(jiǎn)介：張凡，女，碩士研究生，主要從事水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)研究。E-mail：3143527026@qqcom

通信作者：

侯精明，男，教授，博士，主要從事水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)研究。E-mail：jingminghou@xauteducn

EditorialOfficeofYangtzeRiverThisisanopenaccessarticleundertheCCBY-NC-ND40license

文章編號(hào)：1001-4179（2024）03-0169-08

引用本文：張凡，侯精明，馬勇勇，等河道阻塞對(duì)行洪能力影響數(shù)值模擬研究［J］人民長(zhǎng)江，2024，55（3）：169-176

摘要：

為定量探究堵塞體擁堵河道引起的洪泛區(qū)淹沒情況，以陜西省灞河上游河段為例，基于二維水動(dòng)力模型模擬了不同流量及堵塞工況下堵塞體上下游水流運(yùn)動(dòng)，并計(jì)算了淹沒水深、淹沒范圍等。結(jié)果表明：垂向堵塞后堵塞位置的上游水深會(huì)急劇增大，上游斷面流速顯著減小，在洪峰流量為127m3/s的工況下，垂向堵塞率100%時(shí)上游水深、淹沒面積達(dá)到未堵塞時(shí)的236和1236倍。隨著垂向堵塞率的增加，上下游水深差距增大，且該河段垂向堵塞率達(dá)到50%以上后，淹沒面積會(huì)驟增，垂向堵塞率75%時(shí)淹沒面積較堵塞率50%時(shí)增加8343%；橫向堵塞河道時(shí)，其上游斷面水深增長(zhǎng)較緩。此外，與“垂向堵塞率50%+橫向堵塞率50%”這一基準(zhǔn)工況相比，大流量工況下改變垂向堵塞率，其上游斷面水深及淹沒面積變化更為顯著，而小流量工況下橫向堵塞更易造成較大淹沒面積。因阻塞河道而造成的淹沒范圍有限，受影響的河段長(zhǎng)度約占總長(zhǎng)度22%。研究結(jié)果可為類似河流復(fù)雜洪水演進(jìn)分析及減小洪水風(fēng)險(xiǎn)提供理論參考。

關(guān)鍵詞：河道行洪；淹沒范圍；垂向堵塞率；橫向堵塞率；灞河

中圖法分類號(hào)：TV122

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " " " " " " " "DOI：1016232jcnki1001-4179202403023

0引言

受極端暴雨及強(qiáng)人類活動(dòng)等綜合影響，當(dāng)前中小河流的洪水災(zāi)害形勢(shì)依然嚴(yán)峻，潰壩潰堤、生產(chǎn)活動(dòng)造成的河道淤積、河道堵塞等問(wèn)題日益突出［1-2］。值得注意的是，由特大暴雨引發(fā)泥石流、滑坡、道路阻水、樹木、石塊擁堵河道現(xiàn)象愈發(fā)常見，易導(dǎo)致河道阻塞而形成堰塞湖，在上游來(lái)流較大時(shí)會(huì)增加堰塞體潰決風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)河道行洪造成重大不利影響。同時(shí)，復(fù)雜河道洪水問(wèn)題帶來(lái)的一系列災(zāi)害損失更為嚴(yán)重［3-4］。因此，針對(duì)河道阻塞問(wèn)題進(jìn)行研究對(duì)河道行洪及風(fēng)險(xiǎn)管理有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

針對(duì)此類復(fù)雜河道洪水過(guò)程問(wèn)題，目前學(xué)者們多數(shù)采用數(shù)值模擬方法，如魏凱等［5］利用InfoWorksRS軟件模擬了河道的斷面水位，從而提出最佳行蓄洪區(qū)工程啟用方案。劉寧寧等［6］采用LatticeBoltzmann方法求解擴(kuò)散波方程并建立D1Q5模型，有效提高了洪水演算效率。吳濱濱等［7］構(gòu)建的考慮動(dòng)態(tài)下滲的河道模型能實(shí)際反映出洪水演進(jìn)過(guò)程。劉曉琴等［8］在模擬小洪河賀道橋潰口潰決過(guò)程時(shí)發(fā)現(xiàn)潰口出流能力小于河道斷面過(guò)流能力。楊哲豪等［9］通過(guò)典型算例驗(yàn)證了三角形非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的潰壩洪水模型具有良好的模擬效果。任杰等［10］研究了種植防浪林對(duì)河道行洪能力的影響，得出現(xiàn)狀及設(shè)計(jì)布局下防浪林對(duì)水位及流速的影響較小，不會(huì)構(gòu)成較大威脅。郭夢(mèng)京等［11］通過(guò)模擬發(fā)現(xiàn)渣場(chǎng)束窄河道后改變了水流流態(tài)，流速增大對(duì)行洪產(chǎn)生不利影響。李桂伊等［12］通過(guò)計(jì)算得出礦渣堆積引起地形改變會(huì)對(duì)下游行洪產(chǎn)生滯洪削峰效果這一結(jié)論。段金曉［13］分析了淤地壩不同淤積階段對(duì)溝道洪水的不同作用，發(fā)現(xiàn)建壩未淤階段的削峰效果最明顯。在河道阻塞的具體過(guò)程方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者亦開展了深入研究，并有了新的發(fā)現(xiàn)。蔣衛(wèi)威等［14］借助水動(dòng)力模型對(duì)洪泛區(qū)橋梁雍水現(xiàn)象進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)橋梁雍水對(duì)洪泛區(qū)最大淹沒水深有較大貢獻(xiàn)作用，橋前水位與橋孔堵塞呈線性關(guān)系。Wallerstein等［15］提出了一種計(jì)算碎屑、碎片阻塞涵洞入口平均面積的方法。Xia等［16］通過(guò)構(gòu)建河流物理模型研究了車輛阻塞橋洞后的水動(dòng)力現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)車輛堵塞導(dǎo)致上游水深顯著增加，其深度大小取決于橋梁構(gòu)型及堵塞方式。Liao等［17］通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)M巖石滑坡阻塞河道，發(fā)現(xiàn)河流深度在河流阻塞類型中起著重要作用，水深較小的河流容易發(fā)生完全阻塞。Yu等［18］通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了河流堵塞程度及其臨界條件，并提出了多參數(shù)的泥石流堵塞河道預(yù)測(cè)模型。

但同時(shí)可以看到，以上研究對(duì)象多為泥石流滑坡、淤地壩淤積等造成的河道堵塞，且多數(shù)結(jié)合了物理實(shí)驗(yàn)方法，而通過(guò)高效高精度二維水動(dòng)力模型研究河道阻塞問(wèn)題的研究則較為少見?？紤]到灞河上游洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)較大，一旦發(fā)生較大暴雨洪水，易形成堵塞體阻塞河道等現(xiàn)象，威脅沿岸人民生命安全。基于此，本文通過(guò)高效高精度二維水動(dòng)力模型研究河道阻塞的復(fù)雜水動(dòng)力過(guò)程，以期為灞河上游河段治理及防災(zāi)減災(zāi)提供參考。

1研究方法

11控制方程

本文采用基于顯卡加速的地表水及其伴隨輸移過(guò)程模型（GPUAcceleratedSurfaceWaterFlowandTrans-portModel，GAST）作為水動(dòng)力模型，它使用具有守恒格式的平面二維淺水方程（簡(jiǎn)稱SWEs）作為水動(dòng)力過(guò)程模擬的控制方程［19］。不考慮運(yùn)動(dòng)黏性項(xiàng)、紊流黏性項(xiàng)、風(fēng)應(yīng)力和科氏力，二維非線性淺水方程守恒格式的矢量形式如下：

式中：q為變量矢量，包括水深h，m，兩個(gè)方向單寬流量qx和qy，m3/s；g為重力加速度，m/s2；u，v分別為x，y方向的流速，m/s；f，g分別為x，y方向的通量矢量；S為源項(xiàng)矢量，包括底坡源項(xiàng)，摩阻力源項(xiàng)；zb為河床底面高程，m；Cf=gn2/h1/3，為謝才系數(shù)，n為曼寧系數(shù)。

12數(shù)值方法

采用Godunov格式的有限體積法求解二維淺水方程。通過(guò)靜水重構(gòu)來(lái)修正干濕邊界處負(fù)水深問(wèn)題，采用HLLC格式的近似黎曼求解器求解單元內(nèi)物質(zhì)與動(dòng)量通量［20］，根據(jù)底坡通量法計(jì)算底坡源項(xiàng)，半隱式法計(jì)算摩阻源項(xiàng)，時(shí)間迭代采用二階顯式RungeKutta方法。除此之外，采用GPU加速技術(shù)提高模型計(jì)算速度［21］。

2基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

21研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于陜西省西安市藍(lán)田縣灞源鎮(zhèn)境內(nèi)灞河上游段，屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性氣候，四季冷暖分明，年平均氣溫131℃。灞河大道藍(lán)田縣段全長(zhǎng)186km，縣內(nèi)河流彎曲甚多，研究區(qū)域面積為057km2，河流長(zhǎng)度約113km，河道縱比降約2%，圖1為陜西藍(lán)田縣境內(nèi)水系圖。降水主要集中在7～9月，占全年總降雨量的55%。夏季易發(fā)生暴雨，洪水猛漲猛落，水流湍急。

22模型數(shù)據(jù)及設(shè)置

GAST模型輸入資料主要為地形數(shù)據(jù)、入流數(shù)據(jù)。

地形數(shù)據(jù)源自灞河上游河段數(shù)字高程模型，網(wǎng)格分辨率為5m，網(wǎng)格數(shù)22188。圖2為研究區(qū)域數(shù)字地形高程圖。堵塞位置位于灞河上游段，距離灞源鎮(zhèn)中心約53km，此處河段較窄，且實(shí)地調(diào)研得知易發(fā)生堵塞現(xiàn)象，S1、S2斷面依次為堵塞體上下游斷面，分別距堵塞位置10m。

依據(jù)“2021·8·19”藍(lán)田暴雨洪水模擬驗(yàn)證后的結(jié)果，提取入流斷面位置流量隨時(shí)間變化過(guò)程。入流邊界為河道上游邊界，出流邊界為自由出流開邊界，其余均設(shè)置為閉邊界。根據(jù)研究區(qū)域?qū)嶋H情況，灞河上游為山區(qū)段河道，夏季暴雨洪水易導(dǎo)致上游來(lái)沙量大，土沙質(zhì)和礫石粗砂多，水流較為通暢，河道斷面多為“U”形。同時(shí)，查閱文獻(xiàn)［22］后，曼寧系數(shù)取0023。

由于本文著重考慮河道正常過(guò)水和遭堵塞體堵塞時(shí)對(duì)河道兩岸的淹沒程度，故采用“堰”的形式概化堵塞體，在地形數(shù)據(jù)中對(duì)堵塞體所在位置的網(wǎng)格進(jìn)行標(biāo)記，具體數(shù)值處理方式詳見文獻(xiàn)［23］。本次研究著重探討河道阻塞對(duì)行洪能力的影響，因此概化后的堵塞體形狀、大小不隨時(shí)間、流量及水深變化而變化，堵塞體起到阻水作用。

考慮到遭遇洪水時(shí)堵塞常發(fā)生在河道較窄處，以及洪水對(duì)河岸周圍區(qū)域的淹沒程度，因此分別設(shè)置兩種不同堵塞形式來(lái)研究河道阻塞對(duì)行洪能力的影響，即垂向堵塞和橫向堵塞。

垂向堵塞是改變堵塞體的垂向高度，即采用堵塞體位置處河岸高的25%，50%，75%，100%，此時(shí)保持對(duì)應(yīng)的橫向堵塞率為定值100%；橫向堵塞是改變堵塞體的橫向?qū)挾?，即采用堵塞體位置處河槽寬的25%，50%，75%，100%，對(duì)應(yīng)的垂向堵塞率為定值50%。除此之外，為對(duì)比橫向和垂向堵塞，文中設(shè)置了一組基準(zhǔn)工況，即垂向堵塞率50%、橫向堵塞率50%，之后保持垂向堵塞率50%不變，改變橫向堵塞率和保持橫向堵塞率50%不變，改變垂向堵塞率并與基準(zhǔn)作比較，從而對(duì)比發(fā)生垂向堵塞與橫向堵塞的淹沒水深、淹沒面積大小。

23模型驗(yàn)證

由于缺乏該地區(qū)相應(yīng)的洪水過(guò)程觀測(cè)資料，本次研究采用洪痕附近位置的水深和模型模擬的水深對(duì)比驗(yàn)證，洪痕位置如圖3（a）所示。根據(jù)實(shí)際調(diào)研測(cè)量和走訪當(dāng)?shù)鼐用窨芍?，?021·8·19”暴雨導(dǎo)致洪痕位置處最大水深約350m。本文通過(guò)GAST模型對(duì)灞河上游流域該場(chǎng)次洪水過(guò)程進(jìn)行模擬，其降雨過(guò)程及洪痕附近斷面的模擬水深如圖3（b）所示。由圖可以看出最大水深為344m，模擬結(jié)果和實(shí)際洪痕接近，表明模型可準(zhǔn)確用于研究該區(qū)域的洪水過(guò)程。

為模擬兩種河道堵塞形式（垂向堵塞和橫向堵塞）下不同洪水大小所產(chǎn)生的淹沒現(xiàn)象，即①小洪水下河道基本無(wú)淹沒，堵塞后造成淹沒的現(xiàn)象；②大洪水下堵塞附近出現(xiàn)大面積漫灘淹沒的現(xiàn)象，本文在缺少不同重現(xiàn)期洪水資料的情況下，通過(guò)對(duì)上文已驗(yàn)證的流量過(guò)程進(jìn)行縮放，得到4種不同流量工況：小流量工況是流量一31m3/s、流量二63m3/s；大流量工況是流量三127m3/s、流量四254m3/s。

3結(jié)果與分析

31垂向堵塞率對(duì)河道行洪影響分析

考慮到洪水來(lái)臨時(shí)堵塞常發(fā)生在河道較窄處，垂向堵塞率分別設(shè)置為河岸高的25%，50%，75%，100%，此時(shí)橫向堵塞率為100%。

311堵塞后上下游淹沒水深變化

本文選取2種不同流量（流量一和流量三）、發(fā)生不同程度堵塞的16種工況（見圖5），并借助GAST二維水動(dòng)力模型工具模擬不同工況，得出堵塞附近上下游的淹沒情況，再將其與河道正常過(guò)水工況的結(jié)果進(jìn)行比較，最終分析河道阻塞對(duì)行洪能力的影響。

由圖5可以發(fā)現(xiàn)，隨著垂向堵塞率的增加，上下游水深差越來(lái)越大。在流量一、流量三工況下，上游水深比下游水深分別高099～397m、161～352m。另一方面，以流量一為例，其上游水深分別是未堵塞時(shí)的232，418，564，594倍，下游水深分別是未堵塞時(shí)的106，106，090，048倍，這表明發(fā)生垂向堵塞后，堵塞位置的上游水深會(huì)急劇增大。除此以外，同一堵塞率下，堵塞附近的上游水深均大于下游水深，且上游斷面水深越大，下游反而越小。

312堵塞后上游流速變化

由于堵塞對(duì)水流運(yùn)動(dòng)造成巨大的沖擊，使得堵塞附近上下游流速變化顯著，參考文獻(xiàn)［24］，流速變化對(duì)河道行洪有較大的影響。以流量三工況為例進(jìn)行分析（流量一工況結(jié)論與其相似），堵塞附近上游斷面流速隨時(shí)間變化如圖6所示。

根據(jù)圖6可知，上游斷面流速隨垂向堵塞率的增加而減小。垂向堵塞率為25%，50%，75%，100%的最大流速較堵塞率為0時(shí)依次減小了004，183，269，329m/s，當(dāng)t=275h時(shí)，垂向全堵塞工況下的最大流速減小至033m/s。發(fā)生垂向堵塞后，上游流速顯著降低，而隨著洪水沖擊力增強(qiáng)，水流翻越堵塞位置到達(dá)下游后，河道又逐漸恢復(fù)正常過(guò)水狀態(tài)，下游水流流速會(huì)增大。

313淹沒范圍分析

對(duì)模擬結(jié)果計(jì)算處理后，可得到不同垂向堵塞率下淹沒范圍及淹沒面積大小。同樣以流量三工況為例，垂向堵塞率為0，50%，100%時(shí)的淹沒范圍、淹沒面積對(duì)比結(jié)果如圖7所示。

由計(jì)算結(jié)果可知，淹沒面積隨垂向堵塞率的增加顯著增大。在流量一、流量三工況下，垂向全堵塞的淹沒面積分別達(dá)到了10100m2和15570m2（見表1），是未堵塞時(shí)的2148、1236倍，即垂向堵塞此河段后，淹沒面積顯著增加。值得注意的是，堵塞率從50%上升到75%，淹沒面積出現(xiàn)了劇烈增大，兩種工況下分別增長(zhǎng)了10332%和8343%，增加量依次是堵塞率為50%時(shí)的221和205倍。由此說(shuō)明，發(fā)生阻塞對(duì)河道行洪產(chǎn)生了較大阻礙作用，當(dāng)該河段垂向堵塞率達(dá)到50%以上后，在遭遇不同大小洪水時(shí)均會(huì)出現(xiàn)淹沒面積驟增，需引起注意。

32橫向堵塞率對(duì)河道行洪影響分析

考慮到洪水對(duì)河岸周圍區(qū)域的淹沒程度，橫向堵塞率分別采用河槽寬的25%，50%，75%，100%，對(duì)應(yīng)的垂向堵塞率為50%。

321堵塞后上下游淹沒水深變化

流量一、三工況下不同橫向堵塞率時(shí)，上下游斷面最大水深如圖8所示。與垂向堵塞率的分析同理，觀察圖8可以發(fā)現(xiàn)，隨著橫向堵塞程度增大，上游最大水深緩慢增加，下游水深基本無(wú)明顯變化。以流量三工況為例，橫向堵塞率為0，25%，50%，75%，100%時(shí)，上游水深依次較前一個(gè)工況增大了083，048，029，005m，即上游水深增長(zhǎng)速率隨橫向堵塞率增加而減小。分析認(rèn)為，發(fā)生橫向堵塞的過(guò)程是：隨堵塞率增加，逐漸堵塞河槽，水流可能會(huì)從兩岸未堵塞部分流向下游，因此不會(huì)造成明顯雍水，水深不會(huì)顯著增加；另一方面，下游水深較正常過(guò)水條件下變化不大，變化范圍在004～012m之間。

322堵塞后上游流速變化

流量三工況下不同橫向堵塞率時(shí)堵塞位置上游斷面流速如圖9所示。觀察圖9可以看出，上游流速隨時(shí)間變化呈現(xiàn)出先升高后降低的規(guī)律。橫向堵塞率越大，上游流速越小。與堵塞率為0的工況進(jìn)行對(duì)比，隨著橫向堵塞率的增加，上游最大流速減小了082～135m/s。

張兆安等［25］在研究淤地壩淤積高度對(duì)洪水過(guò)程影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，不同淤積高度下洪峰流量隨淤積高度的增加而減小，文中也得到了與之相符的結(jié)論，即堵塞后上游流速隨垂向及橫向堵塞率增加而減小，且與李桂伊等［12］得出的礦渣堆積高度引起洪峰削減對(duì)河道行洪造成影響這一規(guī)律一致。

323淹沒范圍分析

堵塞率為0時(shí)河道淹沒情況見圖7（a），而橫向堵塞率為50%，100%時(shí)，淹沒范圍及淹沒面積對(duì)比結(jié)果如圖10所示。

觀察表2可知，隨著橫向堵塞率增加，淹沒面積增大，但其增加幅度較小。在流量一、三工況下，橫向堵塞率50%時(shí)的淹沒面積較堵塞率25%時(shí)分別增加了1204%和5320%，而橫向堵塞率75%時(shí)淹沒面積較堵塞率50%時(shí)分別增加了7194%和4108%，橫向堵塞率100%時(shí)淹沒面積較堵塞率75%時(shí)分別增加了972%和1561%；流量一、三工況下變化橫向全堵塞的淹沒面積分別是未堵塞時(shí)的672、479倍。

33對(duì)比垂向堵塞與橫向堵塞對(duì)河道行洪影響

為比較垂向堵塞與橫向堵塞對(duì)河道過(guò)流能力的影響大小，本文采用4組不同大小流量，并以垂向堵塞率50%、橫向堵塞率50%作為基準(zhǔn)，之后保持垂向堵塞率50%不變，改變橫向堵塞率為25%，75%，100%；保持橫向堵塞率50%不變，改變垂向堵塞率為25%，75%，100%展開試驗(yàn)，并分別和基準(zhǔn)作比較，從而對(duì)比發(fā)生垂向堵塞與橫向堵塞的淹沒水深、淹沒面積大小。

331不同堵塞工況上下游淹沒水深對(duì)比

由圖11可以發(fā)現(xiàn)，同一流量工況下上游水深變化幅度遠(yuǎn)大于下游水深變化幅度。因此，對(duì)上游水深著重進(jìn)行分析。

結(jié)合表3可以看出，在流量一、流量二工況下（小流量工況），與基準(zhǔn)工況相比，垂向堵塞率不變、橫向堵塞率增加導(dǎo)致的上游水深的變化率顯著大于橫向堵塞率不變、垂向堵塞率增加導(dǎo)致的水深的變化率。以流量二為例，“垂向堵塞率50%+橫向堵塞率75%”時(shí)的水深變化率是“垂向堵塞率75%+橫向堵塞率50%”時(shí)的288倍。即在小流量工況下，改變橫向堵塞率能夠更大程度上改變上游水深變化幅度。

然而，在流量三、流量四工況下（大流量工況），與基準(zhǔn)工況比較，垂向堵塞率不變、橫向堵塞率增加導(dǎo)致的水深變化率明顯小于橫向堵塞率不變、垂向堵塞率增加導(dǎo)致的水深變化率，以流量四為例，“垂向堵塞率75%+橫向堵塞率50%”時(shí)水深變化率是“垂向堵塞率50%+橫向堵塞率75%”時(shí)的261倍。即在大流量工況下，垂向堵塞率的變化對(duì)上游淹沒水深的增加起主要作用。分析出現(xiàn)這種情況的原因?yàn)椋捍蠛樗甯吡看螅鹘?jīng)堵塞斷面水位顯著升高，垂向堵塞高度的增加會(huì)更易增大水深，產(chǎn)生的阻礙作用更強(qiáng)；相反，小洪水量小，水深本就較淺，垂向堵塞高度增加對(duì)其產(chǎn)生的阻礙并不顯著，而橫向堵塞率增加則會(huì)使得小流量工況的水深顯著增大。

綜上表明，與基準(zhǔn)工況相比，此處阻塞河段存在小流量工況下橫向堵塞更易造成上游水深顯著增加，而大流量工況下垂向堵塞更易造成上游水深顯著增加的現(xiàn)象。

332不同堵塞工況下淹沒面積對(duì)比

根據(jù)表4計(jì)算得到的淹沒面積進(jìn)一步得出，與基準(zhǔn)工況下相比較，在流量一、二工況下，垂向堵塞率保持不變、橫向堵塞率增加導(dǎo)致的淹沒面積變化量顯著大于橫向堵塞率保持不變、垂向堵塞率增加導(dǎo)致的淹沒面積變化量。如在流量二工況下，和基準(zhǔn)工況下的淹沒面積相比，“垂向50%+橫向75%”時(shí)淹沒面積增加了3473%，而“垂向75%+橫向50%”時(shí)僅增加了641%。而在流量三、四工況下，保持橫向堵塞率不變、垂向堵塞率增加導(dǎo)致的淹沒面積變化量更大。如在流量四工況下，“垂向50%+橫向75%”時(shí)淹沒面積僅增加了664%，而“垂向75%+橫向50%”時(shí)增加了1076%。除此之外，堵塞造成此處河段的漫灘淹沒范圍有限，在流量四工況下，受影響河道長(zhǎng)度約250m，占整個(gè)河段的22%。

4結(jié)論

研究河道阻塞對(duì)河道行洪具有重要意義。本文以灞河上游河段為研究對(duì)象，采用二維水動(dòng)力模型模擬了此處河段不同流量及堵塞率工況下河道阻塞現(xiàn)象，并將結(jié)果與此處河段正常過(guò)流相比較，得出了以下結(jié)論：

（1）發(fā)生垂向堵塞后，堵塞位置的上游水深會(huì)急劇升高，上游流速顯著減小，即堵塞率與上游水深、淹沒面積呈正相關(guān)關(guān)系，與上游流速呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。流量三工況下，垂向堵塞率為100%時(shí)的上游水深是未堵塞時(shí)的236倍，其淹沒面積是未堵塞時(shí)的1236倍，而最大流速僅為033m/s。

（2）隨著垂向堵塞率的增加，上下游水深差距越來(lái)越大。且當(dāng)該河段垂向堵塞率達(dá)到50%以上后，淹沒面積會(huì)驟增，流量一、三工況下，淹沒面積的增長(zhǎng)率為103%和83%。這表明發(fā)生堵塞后，河道局部水流速度會(huì)明顯降低，造成上游斷面大量雍水，隨之出現(xiàn)大面積淹沒，嚴(yán)重降低河道過(guò)洪能力。

（3）流量三工況下，隨著橫向堵塞率增加，上游水深增量逐漸減小，增量為005～083m，即上游水深增加緩慢，下游水深基本無(wú)明顯變化，且橫向堵塞時(shí)上游流速規(guī)律與垂向堵塞相同。

（4）以“垂向堵塞率50%+橫向堵塞率50%”為基準(zhǔn)，在小流量工況下，橫向堵塞率的變化對(duì)上游水深、淹沒面積的增加起主導(dǎo)作用；而在大流量工況下，垂向堵塞更易造成上游水深及淹沒面積的顯著增加，更為嚴(yán)重地影響了河道過(guò)流。最后，因堵塞造成的淹沒范圍是有限的，約占研究區(qū)域河段總長(zhǎng)度的22%。

以上結(jié)論對(duì)今后初步估算此河段因河道阻塞這類復(fù)雜洪水問(wèn)題所造成的淹沒水深、淹沒范圍具有一定積極意義。其次，相關(guān)部門治理該處河段時(shí)可結(jié)合不同阻塞形式和流量進(jìn)行針對(duì)性處理，建議在上游來(lái)洪量較小時(shí)，多關(guān)注橫向堵塞造成的淹沒；而來(lái)洪量較大時(shí)，垂向堵塞淹沒更嚴(yán)重，需留意垂向堵塞率超過(guò)50%后淹沒面積驟增情況，從而為指導(dǎo)灞河上游段河道行洪工作提供參考。

參考文獻(xiàn)：

［1］劉昌軍，呂娟，翟曉燕河南“21·7”暴雨洪水風(fēng)險(xiǎn)模擬及對(duì)比分析［J］水利水電快報(bào)，2021，42（9）：8-14

［2］王協(xié)康，楊坡，孫桐，等山區(qū)小流域暴雨山洪災(zāi)害分區(qū)預(yù)警研究［J］工程科學(xué)與技術(shù)，2021，53（1）：29-38

［3］侯精明，馬利平，陳祖煜，等金沙江白格堰塞湖潰壩洪水演進(jìn)高性能數(shù)值模擬［J］人民長(zhǎng)江，2019，50（4）：8-11，70

［4］李紅霞，王瑞敏，黃琦，等中小河流洪水預(yù)報(bào)研究進(jìn)展［J］水文，2020，40（3）：16-23，50

［5］魏凱，梁忠民，陳永鋼InfoWorksRS軟件在河道洪水模擬中的應(yīng)用［J］水電能源科學(xué)，2013，31（8）：56-58

［6］劉寧寧，時(shí)勇，孫華林基于LatticeBoltzmann方法的洪水演進(jìn)模擬［J］中國(guó)農(nóng)村水利水電，2022（6）：133-137

［7］吳濱濱，喻海軍，穆杰，等考慮下滲的河道與蓄滯洪區(qū)洪水演進(jìn)過(guò)程模擬［J］水資源保護(hù)，2019，35（6）：68-75

［8］劉曉琴，劉國(guó)龍MIKE11模型在河道潰堤洪水模擬中的應(yīng)用［J］水電能源科學(xué)，2017，35（2）：71-74，57

［9］楊哲豪，吳鋼鋒，張科鋒，等基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的二維潰壩洪水?dāng)?shù)值模型［J］水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展（A輯），2019，34（4）：520-528

［10］任杰，董增川，徐偉，等基于MIKE21FM模型的河道防浪林行洪影響分析［J］河海大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，47（5）：420-424

［11］郭夢(mèng)京，李婧，周孝德，等水動(dòng)力模擬在渣場(chǎng)河道行洪分析中的應(yīng)用［J］水土保持通報(bào)，2013，33（2）：156-159

［12］李桂伊，侯精明，高波，等礦渣堆積對(duì)小流域行洪能力影響的數(shù)值模擬研究［J］水資源與水工程學(xué)報(bào)，2018，29（2）：127-131

［13］段金曉淤地壩不同淤積程度對(duì)水動(dòng)力過(guò)程影響模擬研究［D］西安：西安理工大學(xué)，2019

［14］蔣衛(wèi)威，魚京善，陳寅生，等基于FLOW3D的梅溪洪瀨段橋梁雍水三維數(shù)值模擬［J］南水北調(diào)與水利科技（中英文），2021，19（4）：776-785

［15］WALLERSTEINPN，ARTHURSAnewmethodforestimatingtrashscreenblockageextent［C］∥ProceedingsoftheInstitutionofCivilEngineers-WaterManagement，2013

［16］XIAJ，TEOF，F(xiàn)ALCONERR，etalHydrodynamicexperimentsontheimpactsofvehicleblockagesatbridges［J］JournalofFloodRiskManagement，2018，11：41-49

［17］LIAOH，YANGX，LUG，etalExperimentalstudyontheriverblockageandlandslidedamformationinducedbyrockslides［J］EngineeringGeology，2019，261（C）：407265

［18］YUB，YANGC，YUMExperimentalstudyonthecriticalconditionofriverblockagebyaviscousdebrisflow［J］Catena，2022，213：016724

［19］SIMONSF，BUSSET，HOUJ，etalAmodelforoverlandflowandassociatedprocesseswithintheHydroinformaticsModellingSystem［J］JournalofHydroinformatics，2014，16（2）：19-37

［20］HOUJ，LIANGQ，SIMONSF，etalAstable2Dunstructuredshallowflowmodelforsimulationsofwettinganddryingoverroughterrains［J］ComputersandFluids，2013，82：142671

［21］馬鑫，侯精明，李丙堯城市極端暴雨澇情變化特征模擬分析：以寧夏固原市為例［J］人民長(zhǎng)江，2023，54（7）：1-7

［22］瑪哈沙提·哈孜哈力，努爾夏西·曼斯?fàn)柼烊缓拥赖牟诼蚀_定方法分析［J］能源與節(jié)能，2017（4）：94-95

［23］馬利平二維地表水動(dòng)力數(shù)值模擬內(nèi)邊界處理方法研究［D］西安：西安理工大學(xué)，2020

［24］韓劍橋，段文中卡口河段橋梁建設(shè)對(duì)河道行洪的影響：以渭河咸陽(yáng)段為例［J］水土保持研究，2017，24（6）：388-391

［25］張兆安，侯精明，劉占衍，等淤地壩淤積對(duì)漫頂潰壩洪水影響數(shù)值模擬研究［J］水資源與水工程學(xué)報(bào)，2019，30（4）：148-153，158

（編輯：胡旭東）