防洪评价中不同防洪评价模型应用

防洪评价中不同防洪评价模型应用

张芳

安徽聚信水务管理咨询服务有限公司，安徽池州市247100

摘要：现阶段，随着社会的发展，我国的现代化建设的发展也突飞猛进。对桥墩产生的冲刷和雍水分别采用三种不同模型进行计算，然后以实测数据为基础，进一步对比分析了各模型在相同设计标准下的防洪影响作用。研究表明:相对于其他两种模型MIKE21模型具有更高的精度，HEC－ＲAS模型的计算精度略微较差;HEC－ＲAS模型具有较少的参数和较高的运算速度，因此在计算方案多样且水系环境复杂的条件下具有较强的适用性。

关键词：防洪评价；不同防洪；评价模型应用

引言

制约我国社会进步与经济发展的因素主要有干旱缺水和洪涝灾害，因洪涝灾害所造成的经济损失随着我国人口的急剧增长与经济发展而越来越大。因此，对于洪水的管理不仅要考虑其造成洪涝灾害的内在因素和驱动力，而且还要将其作为组成水资源的重要部分综合探讨。实践表明，无论何种工程措施其防洪能力总是存在一定的界限，而考虑非工程技术措施对于提升防洪能力具有显著的积极作用。跨海、跨河、高山河谷等一大批桥梁工程随着国民经济的不断发展，在全国各地得到规划兴建并已成为保证经济增长的基础性设施，为了保障河道与桥梁的长期安全运营，有必要对其防洪影响开展深入研究。跨河桥梁防洪评价经过长期的研究发展，已逐渐形成较为系统完善的防治措施和评价体系，通常情况下可根据合理的防洪标准和水文数据资料，计算分析桥梁的冲淤和雍水，从而确定防洪影响程度。

1模型理论简介

1．1HEC－ＲAS模型

HEC－ＲAS河道分析系统作为水文工程软件的一个分支，可模拟分析河道沉积物的移动传输规律以及水文、水力状况，能够模拟分析河道恒定流和非恒定流的淹没情。系统模块包含绘制图表、水力分析单元以及数据储存管理等完整的工具软件，可以根据河道状况提供网络服务环境和多项指令，因此该模型可对恒定以及非恒定河道水流、洪水淹没范围、水环境质量、泥沙输移演变规律、洪水危害程度等利用同一系列几何数据进行模拟分析。传统的HEC－ＲAS模型主要是对水位变化状况进行分析，如果洪水淹没堤顶高程则对于堤防外的二维淹没状况，很难利用系统软件进行模拟。美国环研所联合其他机构研发了一种利用镶嵌GIS模块的HEC－Georas河道分析系统，可通过河道堤防、截面参数以及河道图形等空间信息数据的前期预处理，实现河道漫顶洪水淹没深度与淹没范围的模拟。该模型通过分析河道水力特征、数据输入参数、相关文件提取等，从而实现河道水流速度、雍水高度以及桥涵冲刷等情况的模拟，对城市防洪影响和河道输入作出科学评价。

1．2MIKE21模型

MIKE21模型运用的基本条件是假定水流不可压缩且处于均质性流态，该模型是假定水流服从静水压力分布并满足二维流态特征，利用非恒定流微分方程对坡降较低和断面变化不大的河道进行模拟分析的方法。模型主要包括边界条件、断面、河网等文件，通过形成长时间序列文件实现河口、爱海、河道等区域的水水力因素演化模拟。地形地貌结构参数利用分辨率为50m×50m的数字高程图(DEM)进行处理所得，然后根据非结构三角网络进行单元网格划分。在河道洪水模拟分析时，模型的上游与下游边界条件分别为河流流量与水位线。

1.3Hydroinfo模型

HydroInfo模型可用于一维、二维和三维环境下的复杂水流与运输的模拟分析，对于非恒定或恒定水流、运输、泥沙以及波浪等各项水力因素均能实现准确的模拟，该模型具有较高的精度和可靠性，主要是采取三层次方式对研究区域内的三处主要水源进行蒸散发计算，然后结合河道蓄满理论和机理对河道产流进行计算，将总径流按照水库蓄水构造划分为地表、地下和壤中径流三种类型。通过将水库视为线性分布条件进行河道的汇流计算，并将汇流按照连续性演变规律进行计算。耦合模型中其他参数所代表的含义较为具体，且易于理解和计算。HydroInfo数值软件功能主要有三维自由水面、二维水流泥沙以及河网管网模型，通过大量的实验室测量以及解析数值验证，HydroInfo模型具有较高的精度和稳定性并已广泛应用于实际工程。

2防洪影响对比分析

2．1工程概况

本文以郑州市杏贾路跨金水河桥梁工程为例，桩号为K1+899～K2+0194曲线段，河道中心线与路面中心线呈60．0°夹角，公路大桥全长2191．7m。桥梁长195m、宽30m，桥位处洪峰设计流量为100年一遇的450m3/s，设计水位为126．75m，桥位处设计河底高程为122．5m，梁底最小高程129．978m。杏贾路跨金水河桥梁规划设计为西北－东南走向，设计洪水频率为100年一遇。桥梁结构形式为:上部为装配式预应力混凝土小箱梁，下部为门架式钢桥墩及桩柱式桥墩。

2．2雍水曲线分析

收集整理河道雍水实测值并利用三种不同模型计算分析雍水情况。在洪水设计标准为100年一遇的情况下，河道断面平均流速和桥下平均流速在规划修建大桥后分别为0．60和0．55，最大雍水曲线长度与高度分别为126．42与1．35m。根据各模型计算结果可知，大桥兴建后的水面曲线特征均可通过三种模型进行较好的模拟。然而，深入分析可知计算精度较好的模型为MIKE21，相对于其他两种模型该模型具有更小的误差。

2.3桥址处最大冲刷

对桥址处最大冲刷分别利用不同模型进行计算，如表2所示。结果表明，在最大水深、平均水深以及最大冲刷深度等方面的模拟分析，MIKE21模型与实测值最为接近，进一步说明在本次模拟分析条件下MIKE21模型具有更高的精准确定。相对于MIKE21模型，其他两个模型的模拟精度与实测值相比略微较差，误差程度均在3%以下，由此表明在本次模拟情形下其余两种方法也具有一定程度的可靠性与准确。

3防洪影响综合评价

郑州市杏贾路跨金水河桥梁工程桥墩阻断系数为10．80%，过水断面面积为90．2m2，雍水曲线长度和桥前雍水高度分别为126．42m与1．35m。三种计算模型在洪水设计尺寸和标准下，计算得到的雍水高度、长度、水流速度、抗滑稳定性、最大水深以及最大过流量、设计桥梁高程等因素都能符合防洪要求，各参数对河道的行洪能力均为造成不利影响。上述各模型的计算流程大致相同，均满足以下步骤:首先对相关数据资料进行整理分析，根据边界条件选择合适的分析模型;然后通过对模型的验证和率定，确定模型的计算精度和准确度，将各参数输入模型并完成运算;最后对比分析输入结果，从而做出综合的防洪判断，并提出相应的建议和措施。综合以上分析，MIKE21模型在计算防洪影响时具有较高的精度，因此在研究院和各大高校中的应用较为普遍。在计算方案多样且水系环境复杂的条件下，比较适用HEC－ＲAS模型，该模型具有较少的参数和较高的运算速度，在满足精度与准确度的条件下HEC－ＲAS模型可大大降低投入成本，因此也具有一定的适用范围和应用前景。

结语

本文在详细分析了MIKE21、HEC－ＲAS和HydroInfo模型理论的基础上，以郑州市杏贾路跨金水河桥梁工程为例，分别利用不同模型进行防洪影响的分析。结果表明，MIKE21模型在计算防洪影响时具有较高的精度，因此在研究院和各大高校中的应用较为普遍。在计算方案多样且水系环境复杂的条件下，比较适用HEC－ＲAS模型，该模型具有较少的参数和较高的运算速度，在满足精度与准确度的条件下HEC－ＲAS模型可大大降低投入成本，因此也具有一定的适用范围和应用前景。

参考文献

［1］张玉婷，张颖．河北涞源县山洪灾害治理浅析［J］．地下水．2013．(04):74－75．

［2］王黎明，杨艳，张正刚．桥梁壅水计算公式分析［J］．黑龙江水利

科技．2009(05):79－80．

［3］王学栋．依据河床比降、河宽的侵蚀模拟［J］．水土保持应用技

术．2010．(05):1－3．