京港澳高速對老王坡滯洪區(qū)的影響分析

GXF360 2017-11-05

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京港澳高速對老王坡滯洪區(qū)的影響分析

□王振趙越趙治輝

（河南省水利勘測設(shè)計研究有限公司）

摘要：老王坡滯洪區(qū)位于河南省駐馬店市西平縣境內(nèi)，京港澳高速漯河至駐馬店段南北貫穿其中，區(qū)內(nèi)路基長8.80 km、高2.50～5 m，跨淤泥河橋長210 m，其余16座橋涵共長407 m。漯駐段高速于1999年開工建設(shè)，2001年建成通車，當(dāng)時并未開展防洪影響評價工作，文章通過建立一、二維耦合數(shù)學(xué)模型，模擬京港澳高速建設(shè)前后兩種工況下的50 a一遇設(shè)計洪水淹沒演進過程，對滯洪區(qū)最大滯洪量、滯洪水位、淹沒面積和退水時間方面進行對比分析，以了解京港澳高速修建對老王坡滯洪區(qū)運用產(chǎn)生的影響。

關(guān)鍵詞：老王坡滯洪區(qū)；京港澳高速；耦合模型

1 概況

1.1 滯洪區(qū)基本情況

老王坡滯洪區(qū)是小洪河防洪控制工程之一，位于駐馬店市西平縣境內(nèi)東北部，緊靠西平縣城，區(qū)內(nèi)交通十分發(fā)達，主要交通干線有京港澳高速、107國道、京廣鐵路等。滯洪區(qū)由東部的東大壩、北部的干河堤、南部的小洪河左堤及西部自然高地合圍而成，總面積121 km2，區(qū)內(nèi)陸形較為平坦，西高東低，地面高程在54.50～57.65 m之間。設(shè)計標(biāo)準為50 a一遇，設(shè)計蓄洪水位57.65 m，設(shè)計蓄洪量1.71億m3。主要內(nèi)河為淤泥河，主要外河為小洪河，淤泥河?xùn)|西貫穿老王坡滯洪區(qū)并通過丁橋南、丁橋北2座泄洪閘退水至小洪河，其中丁橋南泄洪閘3孔，閘孔尺寸3 m×3 m，設(shè)計過流能力120 m3/s，丁橋北泄洪閘3孔，閘孔尺寸5.50 m×6 m，設(shè)計過流能力240 m3/s。

1.2 調(diào)度方式

小洪河桂李至五溝營水文站河段設(shè)計下泄流量350 m3/s，小洪河干流桂李節(jié)制閘控制下泄流量，確保小洪河防洪安全，桂李分洪閘建在分洪道上，控制向老王坡分洪。根據(jù)老王坡滯洪區(qū)運用預(yù)案，當(dāng)小洪河桂李水文站水位達到63 m時，開啟桂李分洪閘，將超過小洪河設(shè)計下泄流量部分的洪水分入老王坡滯洪區(qū)，最大分洪流量300 m3/s；滯洪區(qū)通過丁橋南、北兩座泄洪閘補償泄洪，控制五溝營水文站流量為350 m3/s。

1.3 入流洪水

原河南省水利勘測設(shè)計院在1992年編制了《楊莊滯洪工程水文分析報告》，用于楊莊滯洪區(qū)樞紐主體工程初步設(shè)計中，并對楊莊、老王坡滯洪區(qū)進行了聯(lián)合調(diào)算，本次仍采用該設(shè)計洪水成果，滯洪區(qū)入流分為外河入流和內(nèi)河入流，外河小洪河入流點為分洪道桂李分洪閘，50 a一遇入流洪峰300 m3/s，入流總洪量0.40億m3；內(nèi)河概化集中為淤泥河入流，入流點為淤泥河與老王坡西邊界交點處，50 a一遇入流洪峰1 090 m3/s，入流總洪量2.10億m3，洪水過程16 d。

2 模型建立與驗證

2.1 一維模型

為了準確模擬老王坡滯洪區(qū)復(fù)雜的調(diào)度方式，控制滯洪區(qū)的退洪過程，采用MIKE ZERO系列軟件中的MIKE 11模塊建立丁橋南、北閘上下游淤泥河及小洪河共1.20 km退洪河段的一維河道水動力學(xué)模型，并在其上布置可控水工建筑物，模擬丁橋南、北泄洪閘的補償下泄運行情況。

一維模型上邊界為耦合點處實時水位，下邊界條件根據(jù)平均坡降、糙率、過水?dāng)嗝娌捎妹髑鶆蛄鞴酵魄蟮乃涣髁筷P(guān)系。河道糙率參照河道治理中的設(shè)計值，主槽0.25×10-1、灘地0.28×10-1。

2.2 二維模型

為了模擬洪水在滯洪區(qū)內(nèi)的演進過程，得到洪水淹沒過程中滯洪區(qū)最大滯洪量、滯洪水位、淹沒面積等風(fēng)險要素，采用MIKE ZERO系列軟件中的MIKE 21模塊建立二維洪水淹沒演進模型。

老王坡滯洪區(qū)總面積121 km2，對其進行非結(jié)構(gòu)化三角網(wǎng)格剖分，控制最大網(wǎng)格面積在1 200 m2以內(nèi)，最大邊長控制在30 m以內(nèi)，局部河溝位置加密到10 m左右，共剖分網(wǎng)格10.60萬個，并采用1∶10 000的DEM數(shù)據(jù)進行網(wǎng)格高程插值；對滯洪區(qū)內(nèi)高度＞0.50 m的京港澳高速、京廣鐵路、107國道等線性地物概化成具有高度的多段線加入到模型中。

根據(jù)片區(qū)土地利用圖、航拍圖和1∶10 000矢量圖對不同網(wǎng)格屬性進行不同的糙率賦值，其中居民地糙率為0.07，耕地糙率為0.06，道路和空地糙率為0.05，河道糙率為0.25×10-1～0.35×10-1。

2.3 耦合模型

采用MIKE FLOOD建立基于水位的耦合模型，耦合聯(lián)接在二維模型中表現(xiàn)為一條多段線，對二維模型來說，耦合線是一個邊界條件，同時，二維模型將耦合線平均水位返回到一維模型中進行計算，實現(xiàn)一、二維模型之間實時交換數(shù)據(jù)。

2.4 模型驗證

模型驗證選用老王坡滯洪區(qū)2000年的進洪過程作為入流邊界條件，模擬計算成果中最高滯洪水位57.35 m，淹沒面積106 km2，最大滯洪量扣除蒸發(fā)滲漏損失后為14 652萬m3；2000年實測洪水最高滯洪水位57.28 m，淹沒面積109 km2，最大滯洪量14 700萬m3。通過對比，模型驗證計算成果與2000年實測統(tǒng)計數(shù)據(jù)相近，最大滯洪量基本一致，水位相差僅有7 cm，在允許誤差范圍內(nèi)，說明模型參數(shù)選取是合適的，模型合理可靠。

3 計算成果對比分析

為研究京港澳高速的修建對老王坡滯洪區(qū)運用的影響，采用驗證過的數(shù)學(xué)模型，模擬京港澳高速修建前后兩種工況下老王坡滯洪區(qū)遭遇50 a一遇洪水時的淹沒演進情況。成果對比見表1。

對比結(jié)果顯示，京港澳高速修建前后洪水模擬最大滯洪量均為1.74億m3，最高滯洪水位均為57.59 m，淹沒面積均為115.40 km2，可見京港澳高速的修建對老王坡滯洪區(qū)的最大滯洪量、滯洪水位、淹沒面積基本無影響，僅因為京港澳高速南北貫穿滯洪區(qū)，在退洪時影響洪水演進，造成京港澳高速以西部分區(qū)域淹沒歷時延長1-10 h，反映在丁橋南、北閘退水過程上造成了滯洪區(qū)退水時間延長8 h，相對京港澳高速修建前退水總時間252 h延長了3%，產(chǎn)生了一定影響。

表1 京港澳高速修建前后50 a一遇計算成果對比表

計算方案京港澳修建前京港澳修建后差值最大滯洪量（億m3）1.74 1.74 0最高滯洪水位（m）57.59 57.59 0淹沒面積（km2）115.40 115.40 0退水時間（h）252 260 8

4 結(jié)語

通過對模擬結(jié)果進行對比分析，京港澳高速的修建對老王坡滯洪區(qū)最大滯洪量、滯洪水位、淹沒面積基本無影響，退水時間增加了8 h，對滯洪區(qū)退水時間產(chǎn)生了一定影響，主要原因是路基阻水，建議以后京港澳高速改擴建時增設(shè)橋涵數(shù)量或改路基為橋梁型式，消除影響。由于工程建設(shè)時未進行洪水影響評價，現(xiàn)已運用多年，很難再對其產(chǎn)生的影響進行補救，因此，按照有關(guān)規(guī)定對貫穿滯洪區(qū)及阻擋超標(biāo)準洪水行洪通道的建設(shè)項目，進行洪水影響評價工作是十分必要的。

編輯：劉長垠韋詩佳