靳子明

（邯鄲市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，河北邯鄲056005）

1 流域基本情況

1.1 流域概況和水文氣象

滏陽(yáng)河發(fā)源于邯鄲市峰峰礦區(qū)和村鎮(zhèn)，邯鄲市境內(nèi)全長(zhǎng)184km，流域面積2747.82km2（山區(qū)面積825.95km2），滏陽(yáng)河干流河道長(zhǎng)、多彎、坡度緩、洪水傳播時(shí)間較長(zhǎng)。本工程與滏陽(yáng)河交叉斷面上游包括滏陽(yáng)河干流和支流兩部分，滏陽(yáng)河支流設(shè)計(jì)洪水包括御路溝、三里屯、高臾洼、澄槽溝、牤牛河等河道設(shè)計(jì)洪水。

項(xiàng)目所在地區(qū)處于北溫帶大陸性半濕潤(rùn)半干旱季風(fēng)氣候區(qū)，且有山區(qū)氣候特點(diǎn)，四季分明，冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨，春季風(fēng)大多沙。全年平均氣溫13.2 ℃～13.4 ℃。降雨主要受太平洋東南季風(fēng)影響，多年平均降雨量560mm。1963年降水年際變化較大最大降雨量1089.2mm，1980年最小年降雨量223.8mm，年內(nèi)分配不均勻，多集中在6～9月份，約占全年降水量的70%以上，且多集中于7月下旬或8月上旬的一場(chǎng)或幾場(chǎng)大雨、大暴雨，是造成洪水災(zāi)害的主要原因。

1.2 現(xiàn)有水利工程

滏陽(yáng)河上游建有東武仕水庫(kù)，控制流域面積340km2，現(xiàn)狀總庫(kù)容1.615億m3，興利庫(kù)容1.44億m3，防洪庫(kù)容1.21億m3。邯濟(jì)鐵路與滏陽(yáng)河交叉斷面位于牤牛河口與張莊橋之間，所在河段現(xiàn)狀僅下游入邯鄲市主城區(qū)處建有張莊橋樞紐，設(shè)有張莊橋節(jié)制閘和分洪閘。張莊橋節(jié)制閘，控制流域面積956.89km2，在該閘的上游、滏陽(yáng)河右岸修建了分洪閘，向東北方向開(kāi)挖了支漳河分洪道。

2 防洪標(biāo)準(zhǔn)

改建邯濟(jì)鐵路等級(jí)為Ⅰ級(jí)，擬建邯濟(jì)鐵路復(fù)線路基及沿途跨越河道的橋梁防洪標(biāo)準(zhǔn)均為100年一遇；滏陽(yáng)河現(xiàn)狀行洪標(biāo)準(zhǔn)不足5年一遇，規(guī)劃治理標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇。

3 洪水?dāng)?shù)值模擬分析

由于工程穿越區(qū)為滏陽(yáng)河坡地行洪區(qū)，洪水流態(tài)流勢(shì)比較復(fù)雜，考慮洪水的復(fù)雜性，特別是超滏陽(yáng)河河道行洪標(biāo)準(zhǔn)的行洪問(wèn)題，本文在建立數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，采用數(shù)值模擬分析，對(duì)該工程修建前后的洪水流勢(shì)、流態(tài)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，分析驗(yàn)證洪水對(duì)建設(shè)項(xiàng)目可能產(chǎn)生的影響和建設(shè)項(xiàng)目對(duì)防洪可能產(chǎn)生的影響。

滏陽(yáng)河磁縣南關(guān)至張莊橋及支漳河分洪道均按10年一遇標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整治，如遇超10年一遇洪水時(shí)，自上游向滏東分洪，現(xiàn)狀情況即馬頭分洪道建成前將在高臾附近扒口向東部分洪，規(guī)劃情況即馬頭分洪道建成后通過(guò)該分洪道將超量洪水泄入團(tuán)結(jié)西干渠，因此通過(guò)平面二維水流模型模擬超滏陽(yáng)河河道（100年一遇）行洪標(biāo)準(zhǔn)下淹沒(méi)范圍及淹沒(méi)水深，分析擬建邯濟(jì)復(fù)線跨滏陽(yáng)河段工程是否滿足行洪要求。

3.1 計(jì)算方法

模型采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格中心網(wǎng)格有限體積法求解，其優(yōu)點(diǎn)為計(jì)算速度較快，非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格可以擬合復(fù)雜地形。

3.1.1 二維淺水控制方程組

式中t為時(shí)間；x，y，z為右手Cartesian坐標(biāo)系；η為水面相對(duì)于未擾動(dòng)水面的高度；h為靜止水深；u，v分別為流速在x，y方向上的分量；pa為當(dāng)?shù)卮髿鈮海沪?為水密度，ρ0為參考水密度；f為Coriolis參量；和為地球自轉(zhuǎn)引起的加速度；sxx，sxy，syx，syy為輻射應(yīng)力分量；Txx，Txy，Tyx，Tyy為水平粘滯應(yīng)力項(xiàng)；S為源匯項(xiàng)；us，vs為源匯項(xiàng)水流流速。

3.1.2 定解條件

3.1.2.1 邊界條件

開(kāi)邊界：ηr=ηr（t）或或

ηr、為開(kāi)邊界r上已知潮位、流速過(guò)程。

進(jìn)口開(kāi)邊界采用上游來(lái)流過(guò)程，即

Q（t）=Qin（t）

其中Qin為開(kāi)邊界上流量。

出口邊界條件采用下游的水位～流量關(guān)系確定。

根據(jù)流體固壁不可穿越的原理，在不考慮滲透的情況下，可以認(rèn)為陸地邊界上法向速度為零；根據(jù)水流無(wú)滑動(dòng)原理，水體在陸地邊界上的切向流速也應(yīng)為零。

3.1.2.2 初始條件

η0為計(jì)算初始時(shí)刻水位空間分布函數(shù)。

3.2 相關(guān)問(wèn)題處理

3.2.1 計(jì)算河段及網(wǎng)格劃分

綜合考慮水文資料、河勢(shì)及工程研究?jī)?nèi)容等因素，計(jì)算河段為干流上起高臾鎮(zhèn)、下至鄭莊北，全長(zhǎng)12.5km，同時(shí)考慮滏陽(yáng)河支流牤牛河的入?yún)R。

計(jì)算區(qū)域西起滏陽(yáng)河西側(cè)，東至團(tuán)結(jié)渠東支東側(cè)的四邊形區(qū)域，面積274.3km2，此區(qū)域內(nèi)包含石安（京珠）高速、邯濟(jì)鐵路兩條交通動(dòng)脈。

3.2.2 糙率系數(shù)的確定

河道二維數(shù)模計(jì)算所采用的糙率系數(shù)，實(shí)際上是一個(gè)綜合系數(shù)，反映了河道水流阻力、河道平面形態(tài)變化、河道地形概化等多個(gè)因素，計(jì)算中采用以往經(jīng)過(guò)率定獲得的糙率系數(shù)，其中滏陽(yáng)河主槽0.025，其他灘地位置0.035～0.05。

3.2.3 動(dòng)邊界處理

對(duì)計(jì)算區(qū)域內(nèi)灘地干濕過(guò)程，采用水位判別法處理，即當(dāng)某點(diǎn)水深小于淺水深ηdry0.05m時(shí)，令該處流速為零，灘地干出，當(dāng)該處水深大于ηflood（如0.1m）時(shí)，參與計(jì)算，洪水上灘。

3.2.4 交通線路及過(guò)水橋梁的概化

對(duì)計(jì)算區(qū)域內(nèi)的交通線路，鑒于其不過(guò)水的性質(zhì)，將其排除在計(jì)算區(qū)域以外，其中，石安高速公路及邯濟(jì)鐵路概化20m。交通線路上的過(guò)水橋梁處進(jìn)行網(wǎng)格加密，網(wǎng)格線長(zhǎng)度設(shè)置15m。為更加貼合實(shí)際情況，在計(jì)算中對(duì)部分生產(chǎn)橋梁進(jìn)行了整理，4～5個(gè)生產(chǎn)橋概化為1個(gè)大的過(guò)水區(qū)域。

3.3 計(jì)算方案

在100年一遇來(lái)水過(guò)程的基礎(chǔ)上，考慮邯濟(jì)鐵路復(fù)線建成對(duì)行洪的影響，制定了兩個(gè)計(jì)算方案。

現(xiàn)狀方案，即邯濟(jì)鐵路復(fù)線建成前洪水的演進(jìn)過(guò)程。

規(guī)劃方案，即邯濟(jì)鐵路復(fù)線建成后洪水的演進(jìn)過(guò)程（其中支流匯入口以下控制泄流量337m3/s）。

3.3.1 邯濟(jì)復(fù)線興建前洪水演進(jìn)形勢(shì)分析

在方案運(yùn)用前4h，滏陽(yáng)河來(lái)流主要集中在主槽中運(yùn)動(dòng)，隨著上游來(lái)流量的增大，水流開(kāi)始漫溢出主槽；第4、5h時(shí)，牤牛河入?yún)R口下游區(qū)域開(kāi)始向東部溢出，并向東部的石安高速公路及邯濟(jì)鐵路線發(fā)展；第10h開(kāi)始，滏陽(yáng)河上游干流開(kāi)始向東部溢流，向石安高速公路發(fā)展。總之，滏陽(yáng)河上下游的溢出水流通過(guò)石安（京珠）高速公路及邯濟(jì)鐵路線的橋涵向東部團(tuán)結(jié)渠東西支及邯濟(jì)鐵路北部發(fā)展，隨著洪水演進(jìn)持續(xù)時(shí)間的增長(zhǎng)，洪水淹沒(méi)面積逐漸增大。

3.3.2 邯濟(jì)復(fù)線興建后洪水演進(jìn)形勢(shì)分析

邯濟(jì)鐵路復(fù)線建成后，洪水淹沒(méi)的發(fā)展的過(guò)程基本一致，邯濟(jì)鐵路左右的局部水位受到微小影響。本文計(jì)算選取了石安高速公路兩側(cè)的4個(gè)位置作為觀測(cè)斷面見(jiàn)圖1，對(duì)比其在邯濟(jì)鐵路復(fù)線建成前后斷面南北側(cè)的最大水位變化見(jiàn)表1。

圖1 觀測(cè)點(diǎn)位置

4 結(jié)語(yǔ)

（1）由于滏陽(yáng)河自身泄流能力的不足，在100年一遇洪水條件下，河道將很快發(fā)生漫溢，主要發(fā)展方向?yàn)槭紫妊劁骊?yáng)河和京珠高速公路之間由南向北行進(jìn)，有少量洪水穿過(guò)京珠高速公路道口流向路東，部分洪水通過(guò)邯濟(jì)鐵路橋涵后向東部和南部發(fā)展。

（2）在大流量持續(xù)的情況下，邯濟(jì)鐵路及石安（京珠）高速公路將對(duì)溢流的發(fā)展產(chǎn)生阻礙影響。邯濟(jì)鐵路附近的京珠高速西側(cè)主行洪區(qū)最大行洪水深1.0～1.5m，京珠高速東側(cè)邯濟(jì)鐵路附近的行洪水深0.5～1.0m，至生產(chǎn)團(tuán)結(jié)渠附近邯濟(jì)鐵路南側(cè)沿線行洪水深0.1～0.5m，北側(cè)最大水深0.5～1.0m，而擬建復(fù)線鐵路路肩高程與既有舊線路肩高程基本一致，均高于沿線現(xiàn)狀地面2m以上，表明鐵路路基滿足防洪要求。

（3）邯濟(jì)鐵路復(fù)線的建設(shè)，將對(duì)鐵路兩側(cè)的洪水演進(jìn)產(chǎn)生影響，其中鐵路南側(cè)的最大壅水高度0.04m，影響范圍在50m以內(nèi)；鐵路南側(cè)水位最大降低幅度0.025m，最大影響范圍在50m以內(nèi)。說(shuō)明邯濟(jì)復(fù)線橋梁設(shè)置長(zhǎng)度可滿足超標(biāo)準(zhǔn)洪水的行洪要求，不會(huì)明顯加重上游的淹沒(méi)損失。

［1］GB50201—94，防洪標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［2］TB10017—99，鐵路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.