基于二维水流数学模型的老湖区分洪入湖方案设计.docx

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基于二维水流数学模型的老湖区分洪入湖方案设计 摘要:为科学合理地确定黄河分洪入东平湖通道宽度,使其既满足分洪入湖要求,又少占用耕地,本次构建了平面二维水流数学模型,对老湖区不同特征水位条件下、不同分洪道底宽时的分洪道流态进行了模拟。通过对模拟成果进行分析,得出在老湖区不同水位条件下,不影响黄河分洪入湖的分洪道理论最小宽度为235 m。 东平湖是黄河下游重要的蓄滞洪区,黄河分洪入湖通道工程,拟在老湖区分洪闸与金山坝之间新辟规模为3 500 m 1 基本情况 分洪通道长约7 km,南侧利用现有二级湖堤。北侧新筑堤防,在十里堡分洪闸下游顶冲位置设置反弧段,引导水流折向西南,与林辛闸分洪水流汇合。汇合点以下左堤与二级湖堤基本一致。在弯道较多的地方,将堤线适当平顺。 林辛分洪闸和十里堡分洪闸为黄河向东平湖老湖区分洪的进湖闸,建于河湖两用堤上,侧向分洪 为提高雨洪水利用率,缓解山东水资源供需矛盾,拟提高东平湖设计洪水位至46.5 m。为避免分洪道内常年蓄水增加两岸浸没,同时不改变林辛、十里堡下游运行条件,在分洪道穿金山坝处设金山进洪闸。设计流量3 500 m 2 模型构建 分洪道水面宽度远大于水深,流速沿水深方向变化不大,本次采用沿垂向平均的平面二维水流数学模型MIKE 21进行模拟分析。模拟范围以黄河右堤、二级湖堤、金山坝、规划分洪道左堤为界,模拟区域长6.5 km,宽约1 km。 2.1 地物处理 规划分洪道范围内,现状有十里堡、林辛庄、孙庄、西戴庙等多个村庄。黄河入湖分洪道工程实施后,将对分洪道内村庄进行搬迁,对阻水房屋、村台等建筑物清除、平整。在模型中,对上述阻水建筑网格高程进行修正。 2.2 糙率 由于分洪道启用几率较小,难免有作物耕作现象存在,本次参考《水力计算手册》“汛期滩地漫流”中“已熟成行庄稼”对应的糙率,即0.025~0.045 2.3 边界设置 以金山坝进洪闸为模型下边界,设置为水位边界,选取不同的东平湖特征水位进行计算。将十里堡分洪闸、林辛分洪闸设置为模型上边界,以两闸设计流量作为给定分洪流量。 2.4 计算方案 对老湖区不同特征水位、不同分洪道底宽进行组合,得到各计算方案。 1)选取的老湖区特征水位如下:增容后最高防洪运用水位为46.5 m。现状最高防洪运用水位为46.0 m;考虑大汶河中小洪水与黄河洪水遭遇时的湖水位为44.5 m。 2)分洪道宽度。从底宽400 m起算,若计算的分洪闸闸下水位低于50.8 m,便认为不影响分洪闸分洪。随后将分洪道宽度减小,再次计算,直至计算出满足分洪要求且流速适当的最小宽度。选取的分洪道底宽分别为400 m、300 m、250 m、200 m、235 m。 3 计算成果及分析 3.1 老湖区增容后最高防洪运用水位 3.1.1 分洪道设计底宽250 m 1)水位。该方案情况下,分洪道最高水位出现在十里堡分洪闸下游顶冲回流区,为50.64 m。两股水流汇合点上游,水面比降较缓,接近平坡。汇合点以下至金山坝分洪闸上游0.8 km处,水面比降约为1/1800;金山闸上游0.8 km至入湖口,比降增大为1/600。 2)流速分布。该方案分洪水流汇合点下游平均流速约2.18 m/s。最大流速出现在金山坝入湖闸上游附近,达3.40 m/s;十里堡分洪闸出口附近流速次之,接近2.75 m/s。分洪水流汇合点上游1 km范围内,流速较低,平均为0.75 m/s。 3)分洪闸出流条件分析。十里堡分洪闸、林辛闸闸下水位分别为50.47 m、50.46 m,低于50.80 m的安全出流水位,出流条件良好,不影响两分洪闸运用。分洪道底宽尚有一定的束窄空间。 3.1.2 分洪道不同设计底宽计算成果汇总 老湖区水位为增容后的最高防洪运用水位46.5 m时,不同设计底宽对应的分洪道最高水位、平均流速、最大流速、闸下水位见表1,各设计底宽水面线成果见图1。 从表1可以看出,当分洪道设计底宽400 m时,分洪道最高水位48.86 m,分洪水流汇合点下游平均流速1.8 m/s,十里堡进洪闸与林辛闸闸下水位分别为48.85 m、48.66 m,低于50.80 m的安全出流水位,不影响分洪。 随着分洪道宽度缩窄,分洪道最高水位增加,平均流速增大。当分洪道设计底宽减小到235 m时,最高水位50.83 m,下游平均流速2.20 m/s,十里堡进洪闸与林辛闸闸下水位分别为50.75 m、50.76 m,接近50.80 m的安全出流水位,不影响两分洪闸运用。 当分洪道底宽为230 m时,相应的十里堡分洪闸、林辛闸闸下水位分别为50.92 m、50.93 m,高于50.80 m的安全出流水位,不满足分洪要求。因此,在最不利条件下,即东平湖水位为增容后的最高防洪运用水位

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