中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津市 300222
摘要：应用MIKE 11构建一维洪水演进模拟模型，计算了阻水比、水位壅高等指标，分析了秦滨国家高速公路埕口（鲁冀界）至沾化段跨漳卫新河特大桥的修建对河道防洪的影响。
关键词：漳卫新河；特大桥；防洪；洪水演进；模型
漳卫新河为漳卫河水系的入海通道，主要承接上游卫运河来水，上起山东省武城县四女寺枢纽接卫运河，下至无棣县大口河入渤海，全长255km。沿河建有7座拦河蓄水闸，其中最下游的辛集闸为挡潮蓄水闸，距离河口37km，该闸以下河道为感潮河段。
为促进黄河三角洲高效经济区和山东半岛蓝色经济区发展规划的实施，实现省际通道的畅通，山东秦滨高速公路建设有限公司委托交通运输部规划研究院开展了《埕口（鲁冀界）至沾化公路工程可行性研究报告》的编制工作，于2013年7月通过了山东省交通运输厅的审查，并于2014年4月通过了山东省发展改革委组织的评审。2015年3月至今委托中国公路工程咨询集团进行工程初步设计。
笔者根据拟建漳卫新河特大桥桥址及桥梁设计指标利用MIKE11[1]建立一维河道洪水演进模型，通过计算阻水比、水位壅高等参数，分析秦滨国家高速公路埕口（鲁冀界）至沾化段跨漳卫新河特大桥对河道防洪的影响。
1 建设项目概况
秦滨国家高速公路埕口（鲁冀界）至沾化段跨漳卫新河特大桥起于河北省海丰县河北沿海高速沧州段终点。桥梁全长4819.25m，桥面宽度为2*11.75m。桥位处规划堤防为2级堤防，管理范围为20-60m，因此本次研究范围自两侧规划堤防外堤脚线以外60m起，共包含35跨，跨径组合为：（60+80+60）+3*3*30+4*30+3*35+（88+160+88）+4*30+2*3*30+（60+80+60），研究范围内桥梁长1531m。桥梁跨越漳卫新河处河道桩号为194+200，跨径形式为（88+160+88）m；跨漳卫新河规划左堤桩号为Z194+083，跨径形式为（60+80+60）m；跨漳卫新河规划右堤位置桩号为Y207+598，跨径形式为（60+80+60）m。
2 模型构建
2.1 模型计算原理
由于项目的修建改变了河道断面过流面积，使河流的局部阻力发生变化，造成局部水头损失变化，形成项目上下游的水位差即为壅水。项目处河段净过水面积为天然河道过水断面面积减去阻水面积，这使得项目处过水面积减小，流速增加，上、下游水流出现收缩和扩张，项目处河段能量损失为沿程水头损失（摩擦损失）和局部水头损失（收缩、扩张损失）之和。采用一维恒定非均匀流能量守恒方程对项目所处河道进行数值模拟，项目作为阻水埝概化。
MIKE11数学模型是丹麦水力研究所（DHI）开发的用于河流、灌溉系统等的水流、水质、泥沙分析模拟专业软件，该模型可以灵活地建立各类复杂的河网模型。MIKE11水动力模块采用的是6点Abbott～Ionescu有限差分格式，对圣·维南方程组求解。
2.2 计算范围及边界条件
（1）计算范围
计算范围为漳卫新河河口辛集闸~大口河河段，全长约37km。
（2）计算断面资料
河道横断面资料采用中水北方公司2012年6月实测成果，高程系统为1985国家高程基准。
（3）设计流量
按照《海河流域综合规划》对漳卫新河的要求，漳卫新河防洪标准50年一遇，设计行洪流量3650m3/s；排涝标准3年一遇，设计排涝流量1250m3/s。
（4）下边界条件
下边界采用恒定水位，行洪及强迫行洪采用历年汛期最高高潮位平均值2.30m，排涝时采用历年汛期平均潮位0.30m。
（5）糙率选取
糙率取值同《漳卫新河河口规划报告》中采用糙率，即主槽采用0.0225，滩地糙率孟家庄以上采用0.033，以下采用0.0225。
（6）断面概化
由于河道内布设桥墩侵占了河道的过水断面面积。研究范围内共布设34组桥墩，其中主槽内布设桥墩2组、左侧滩地及管理范围内布设桥墩19组、右侧滩地及管理范围内布设地桥墩13组。河滩地桥墩为直径1.6m的圆形双柱式墩；跨越堤防处桥墩为3*7m墙式墩，跨径为（60+80+60）m；跨越主槽处桥墩为3*7m双支空心薄壁墩，跨径为（88+160+88）m。
根据《漳卫新河河口治理规划》，规划拟安排治导线外侧新筑堤防，堤防级别为2级，治导线间距1.2km。对治导线范围以内行洪通道进行清障，清障后高程应低于2.0m，基本恢复滩涂原貌。项目附近河道主槽左侧建有挡潮堤，顺水流方向布置，规划予以保留。对于桥位处河道过水断面按现状或规划河道断面减去桥梁桥墩顺水流方向所占用的河道断面进行概化[2]。
2.3 计算方案
本次评价考虑现状和规划两种工况。现状工况指以无堤防，河道全断面行洪。规划工况指按《漳卫新河河口治理规划报告》中安排，即对海丰以上河道进行清淤、对海丰至大口河左、右治导线以内河道滩地进行清障、治导线外侧按50年一遇防洪标准新筑堤防的治理方案等治理措施完成后的工况。
综合考虑漳卫新河现状情况、规划情况、河道防洪、排涝设计标准及有无建设项目等情况，本次评价计算拟定以下12个方案，见表1。
表1 计算方案表
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3 结果与分析
按照2.1模型计算原理，计算分析建设项目所在河道位置的壅水高度及范围。根据一维数学模型计算成果，对比分析项目建设前后同一位置河道的水位变化情况。建设项目修建前后水面线计算成果以及河道水位变化情况见表2、3。
表2 排涝流量（1250m3/s）下有无项目水面线计算成果
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表3 设计行洪流量（3650m3/s）下有无项目水面线计算成果
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按照现状工况下治导线内河道设计行洪流量3650m3/s计算，河道过水断面面积3342.8m2，桥墩布设侵占河道过水面积149.3m2，根据过水面积加权计算桥墩阻水比为4.5%。
按照规划工况下治导线内河道设计行洪流量3650m3/s计算，河道过水断面面积2844.3m2，桥墩布设侵占河道过水面积131.9m2，根据过水面积加权计算桥墩阻水比为4.6%。
由表可见，现状工况下，受建设项目影响，桥位附近排涝水位由1.97m壅高至1.99m，水位壅高0.02m，壅水影响长度约2km；行洪水位由4.66m壅高至4.69m，水位壅高0.03m，壅水影响长度约5km。规划工况下，桥位附近排涝水位由1.82m壅高至1.84m，水位壅高0.02m，壅水影响长度约2km；行洪水位由3.74m壅高至3.77m，水位壅高0.03m，壅水影响长度约5km。项目修建对河道水位产生壅高影响，对河道行洪、排涝均有一定影响。
4 结语
项目建成后，桥墩占据了河道一定的过水断面，产生壅水并向上游影响一定范围。项目修建对河道行洪、排涝均有一定影响。
参考文献：
[1]吕军，王霞，张丽媛.MIKE11水动力模型在盐城市黄河故道治理中的应用[J].水利规划与设计，2020（4）：90-93.
[2]王宝华，付强，杨先野.MIKE11一维水动力模型在桥梁壅水计算中的应用[J].黑龙江大学工程学报，2013，4（3）：19-22.