天津北部地區(qū)大黃堡洼、潮白新村洪水蓄滯洪區(qū)分析

天津北部地區(qū)大黃堡洼、潮白新村洪水蓄滯洪區(qū)分析

1潮白河洪水青龍灣減河位于天津市北部北航道和朝白新河之間。從河北省香河縣土閘門排水港到天津市寶霍39053，全長52公里。流經(jīng)河北省香河縣、天津市武清縣和寶霍3901。20世紀(jì)70年代初,為分泄北運(yùn)河洪水,對(duì)青龍灣減河進(jìn)行擴(kuò)挖疏浚,并在下游開挖引青入潮工程,使北運(yùn)河洪水由土門樓經(jīng)青龍灣減河入潮白新河。自此,青龍灣減河成為宣泄北運(yùn)河洪水的主要河道。按照規(guī)劃,北運(yùn)河按50年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防,北關(guān)站設(shè)計(jì)流量為2055m3/s。北運(yùn)河干流通縣至土門樓河長為60km,北關(guān)站50年一遇洪水,由運(yùn)潮減河分泄900m3/s,其余1155m3/s下泄匯平原瀝水,至土門樓為1980m3/s,由青龍灣減河承泄1680m3/s,由木廠閘下北運(yùn)河下泄300m3/s。原規(guī)劃規(guī)定,當(dāng)北運(yùn)河發(fā)生20年一遇洪水,至土門樓1330m3/s,全部由青龍灣減河承泄,經(jīng)青龍灣減河狼兒窩分洪閘分泄430m3/s入大黃堡洼蓄滯洪區(qū)后,其余900m3/s由青龍灣減河下泄匯入潮白新河。潮白新河位于天津市的北部,開挖于1950年,在北塘入海,解決了潮白河蘇莊以下進(jìn)入平原后的洪水出路問題。1971年冬至1972年春對(duì)潮白新河再次進(jìn)行了擴(kuò)挖,潮白新河自香河縣吳村閘經(jīng)寶坻區(qū)至濱海新區(qū)塘沽寧車沽閘入永定新河,全長99km,天津市境內(nèi)河道長度為81km。此外,薊運(yùn)河支流泃河的超額洪水經(jīng)引泃入潮于潮白新河左岸郭莊附近匯入潮白新河;北運(yùn)河超額洪水經(jīng)青龍灣減河于潮白新河右岸里自沽閘附近匯入潮白新河。按照規(guī)劃,潮白新河河道防洪標(biāo)準(zhǔn)按50年一遇洪水設(shè)計(jì)。蘇莊站50年一遇洪水為3000m3/s,納運(yùn)潮減河900m3/s分洪流量后為3660m3/s,郭莊以下納引泃入潮來水后為3590m3/s,至黃莊洼分洪閘為3520m3/s,河道下泄2160m3/s,其余1360m3/s由黃莊洼分洪閘分洪入黃莊洼蓄滯洪區(qū)。潮白新河納青龍灣減河洪水900m3/s后設(shè)計(jì)流量為3060m3/s,經(jīng)寧車沽閘匯入永定新河。21、2維水動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建本次研究以潮白新河(吳村閘-寧車沽)、青龍灣減河(土門樓閘至潮白新河入?yún)R口)2條河道和大黃堡洼、黃莊洼蓄滯洪區(qū)為對(duì)象,利用丹麥DHIMIKE11、MIKE21、MIKEFLOOD軟件,構(gòu)建1、2維洪水演進(jìn)耦合模型,其中利用MIKE11構(gòu)建1維水力學(xué)非恒定流計(jì)算模型、利用MIKE21構(gòu)建2維水動(dòng)力學(xué)模型、利用MIKEFLOOD將1維水動(dòng)力學(xué)模型MIKE11和2維模型MIKE21進(jìn)行連接;在MIKEFLOOD中,MIKE11和MIKE21耦合同步計(jì)算,實(shí)時(shí)交換水量和動(dòng)量,使兩者有機(jī)耦合成為一個(gè)整體,充分發(fā)揮MIKE11、MIKE21兩者的優(yōu)勢。在本次模型處理中,將大黃堡洼蓄滯洪區(qū)分洪口門狼兒窩分洪閘設(shè)置為一條引河(狼兒窩引河),狼兒窩分洪閘分泄洪水首先沿著狼兒窩引河行洪,當(dāng)引河河道水位超過河道堤防高程時(shí)向兩側(cè)漫溢分洪。同時(shí),將黃莊洼蓄滯洪區(qū)分洪口門黃莊洼分洪閘設(shè)置為分洪點(diǎn),分泄洪水直接入蓄滯洪區(qū)。1、2維耦合模型建立完成后,開展潮白新河、青龍灣減河河道20年一遇洪水遭遇計(jì)算,分析研究不同分洪方式對(duì)2條河道堤防的影響以及2個(gè)蓄滯洪區(qū)的洪水演進(jìn)情況,為潮白新河、青龍灣減河的防洪規(guī)劃、減災(zāi)救災(zāi)、洪災(zāi)損失評(píng)估、防洪工程效益評(píng)估以及洪水調(diào)度和洪水管理提供合理的技術(shù)支持。3分洪后洪水演進(jìn)青龍灣減河和潮白新河發(fā)生20年一遇洪水,洪峰遭遇,里自沽閘敞泄,大黃堡洼按照不同分洪方式進(jìn)行分洪,黃莊洼按照調(diào)度方案分洪,研究2條河道堤防受到的影響以及分洪后洪水在蓄滯洪區(qū)的演進(jìn)過程。4基本數(shù)據(jù)和模型的定義4.1測量指標(biāo)與資料青龍灣減河、潮白新河斷面與堤防資料采用2005年天津市水利局水源調(diào)度處與水利科學(xué)研究所合作運(yùn)用全球定位系統(tǒng)(GPS)測量技術(shù)實(shí)測的斷面與堤防資料,實(shí)測斷面間距一般為1km,如遇到彎道則增加斷面。大黃堡洼、黃莊洼地形高程資料以天津市萬分之一電子地圖為基礎(chǔ),進(jìn)行轉(zhuǎn)化、提取;社會(huì)經(jīng)濟(jì)資料采用天津市防汛抗旱指揮部辦公室2006年蓄滯洪區(qū)統(tǒng)計(jì)資料。其他資料分別摘自參考文獻(xiàn)[1,2]。4.2網(wǎng)格劃分和網(wǎng)格處理蓄滯洪區(qū)網(wǎng)格剖分精細(xì)程度決定了2維模型成果的可靠性,是2維洪水演進(jìn)的最重要影響因素之一。網(wǎng)格劃分越細(xì),計(jì)算精度越高,但花費(fèi)時(shí)間越長;網(wǎng)格越粗,計(jì)算速度越快,但每個(gè)網(wǎng)格計(jì)算結(jié)果的代表性和可靠性減弱。大黃堡洼、黃莊洼蓄滯洪區(qū)地勢相對(duì)比較平坦,且社會(huì)經(jīng)濟(jì)資料以村莊為依托,在網(wǎng)格處理時(shí)將蓄滯洪區(qū)內(nèi)的村莊單獨(dú)提取,1個(gè)村莊作為1個(gè)網(wǎng)格單元,其余部位按照邊長1km的等邊三角形為1個(gè)網(wǎng)格單元,重要研究部位再進(jìn)行局部網(wǎng)格加密。大黃堡洼蓄滯洪區(qū)劃分為4000個(gè)網(wǎng)格單元,黃莊洼蓄滯洪區(qū)劃分為3800個(gè)網(wǎng)格單元。在模型設(shè)置中,將大黃堡洼、黃莊洼蓄滯洪區(qū)分區(qū)圍埝、道路等設(shè)置為不同高程的薄壁堰。4.3模型配置4.3.1文明金流計(jì)算吳村閘20年一遇洪水青龍灣減河上游邊界采用土門樓20年一遇設(shè)計(jì)洪水;潮白新河上游邊界吳村閘利用北關(guān)分洪閘20年一遇洪水資料,采用水文比擬法,計(jì)算出吳村閘20年一遇洪水。將大黃堡洼、黃莊洼蓄滯洪區(qū)區(qū)域邊界,作為蓄滯洪區(qū)的下邊界。4.3.2設(shè)計(jì)模擬的劑量選取結(jié)果(1)河道糙率:河道糙率是影響水面線計(jì)算成果的重要因素之一。本次計(jì)算糙率選定采用設(shè)計(jì)糙率,選取結(jié)果見表1。(2)蓄滯洪區(qū)糙率:大黃堡洼和黃莊洼蓄滯洪區(qū)糙率選取參考文獻(xiàn),取值見表2。4.3.3道路的入口不考慮青龍灣減河、潮白新河兩岸排瀝影響。4.3.4分洪之前蓄滯洪區(qū)與實(shí)際蓄滯洪區(qū)的分洪情況蓄滯洪區(qū)初始水位采用蓄滯洪區(qū)的地形高程,即分洪之前蓄滯洪區(qū)與實(shí)際情況一致,無底水。大黃堡洼和黃莊洼2個(gè)蓄滯洪區(qū)的不同分洪口門條件設(shè)置,見表3。5分洪方案組合青龍灣減河和潮白新河兩河系發(fā)生20年一遇洪水,洪峰遭遇,潮白新河里自沽閘敞泄,大黃堡洼蓄滯洪區(qū)分別按照調(diào)度方案、設(shè)計(jì)流量和校核流量等不同方案進(jìn)行分洪,黃莊洼按照調(diào)度方案分洪,研究不同分洪方案組合對(duì)2條河道堤防影響以及洪水在蓄滯洪區(qū)的演進(jìn)情況。具體方案,見表4。6成果分析6.1超高方案2:品高不足堤段經(jīng)計(jì)算,3個(gè)方案對(duì)2條河道的影響見表5。不同分洪方案下,青龍灣減河和潮白新河堤防有超高不足堤段。3個(gè)方案,潮白新河超高不足堤段相同;方案1和方案3青龍灣減河超高不足堤段相同,方案2青龍灣減河超高不足堤段最長。青龍灣減河超高不足1.5m堤段主要集中在楊家場下游2km(19+071)、龐家灣附近(19+071-21+071)、24+071右堤、寶白公路(44+071)左堤段,共計(jì)6km;強(qiáng)迫行洪(超高1.0、0.5m)基本滿足設(shè)計(jì)行洪標(biāo)準(zhǔn)。潮白新河超高不足1.5、1.0m堤段主要集中在于家?guī)X橋(95+852)以上3km右堤、于家?guī)X橋至寧車沽閘左堤,合計(jì)約8km;強(qiáng)迫行洪(超高0.5m)滿足設(shè)計(jì)行洪標(biāo)準(zhǔn)。6.2土樓來水第一階段1h經(jīng)計(jì)算,3個(gè)分洪方案青龍灣減河狼兒窩閘向大黃堡洼分洪時(shí)機(jī)相同,均為71h(土門樓來水第一時(shí)刻為0時(shí)刻,下同);3個(gè)方案里自沽閘上最高水位出現(xiàn)時(shí)間相同,均是在225h,最高水位不同,方案2水位最高為9.0m,方案3水位最低為8.24m,方案1水位為8.44m。6.3洪水到達(dá)各節(jié)點(diǎn)的時(shí)間差3個(gè)方案在蓄滯洪區(qū)的洪水演進(jìn)過程基本一樣,滯洪洪水量有所不同,分別為1.624億、1.476億和1.699億m3。洪水演進(jìn)過程中,洪水到達(dá)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間差在1h以內(nèi)。3個(gè)方案分洪結(jié)束時(shí),大黃堡洼蓄滯洪區(qū)均啟用了I區(qū)、II區(qū)、III區(qū)。黃莊洼未達(dá)到分洪條件,沒有分洪。7分洪方案調(diào)查青龍灣減河和潮白新河20年一遇洪峰遭遇,狼兒窩分洪閘提閘分洪,黃莊洼分洪閘未達(dá)到分洪條件。狼兒窩分洪閘按照不同分洪方案分洪,狼兒窩閘上最高水位有所不同,方案1、2、3狼兒窩分洪閘上最高水位分別為8.44、9.0和8.24m,里自沽閘上最高水位分別為6.57、6.76和6.47m,到滯洪結(jié)束,3個(gè)分洪方案均啟用大黃堡洼I區(qū)、II區(qū)、III區(qū)滯洪,滯洪量分別為1.624億、1.476億和1.699億m3。3個(gè)方案青龍灣減河和潮白新河沿線均有超高不足堤段。青龍灣減河超高不足1.5m堤段主要集中在楊家場下游2km(19+071)、龐家灣附近(19+071-21+071)、24+071右堤、寶白公路(44+071)左