天津北部地区大黄堡洼、潮白新村洪水蓄滞洪区分析

天津北部地区大黄堡洼、潮白新村洪水蓄滞洪区分析

1潮白河洪水青龙湾减河位于天津市北部北航道和朝白新河之间。从河北省香河县土闸门排水港到天津市宝霍39053，全长52公里。流经河北省香河县、天津市武清县和宝霍3901。20世纪70年代初,为分泄北运河洪水,对青龙湾减河进行扩挖疏浚,并在下游开挖引青入潮工程,使北运河洪水由土门楼经青龙湾减河入潮白新河。自此,青龙湾减河成为宣泄北运河洪水的主要河道。按照规划,北运河按50年一遇洪水标准设防,北关站设计流量为2055m3/s。北运河干流通县至土门楼河长为60km,北关站50年一遇洪水,由运潮减河分泄900m3/s,其余1155m3/s下泄汇平原沥水,至土门楼为1980m3/s,由青龙湾减河承泄1680m3/s,由木厂闸下北运河下泄300m3/s。原规划规定,当北运河发生20年一遇洪水,至土门楼1330m3/s,全部由青龙湾减河承泄,经青龙湾减河狼儿窝分洪闸分泄430m3/s入大黄堡洼蓄滞洪区后,其余900m3/s由青龙湾减河下泄汇入潮白新河。潮白新河位于天津市的北部,开挖于1950年,在北塘入海,解决了潮白河苏庄以下进入平原后的洪水出路问题。1971年冬至1972年春对潮白新河再次进行了扩挖,潮白新河自香河县吴村闸经宝坻区至滨海新区塘沽宁车沽闸入永定新河,全长99km,天津市境内河道长度为81km。此外,蓟运河支流泃河的超额洪水经引泃入潮于潮白新河左岸郭庄附近汇入潮白新河;北运河超额洪水经青龙湾减河于潮白新河右岸里自沽闸附近汇入潮白新河。按照规划,潮白新河河道防洪标准按50年一遇洪水设计。苏庄站50年一遇洪水为3000m3/s,纳运潮减河900m3/s分洪流量后为3660m3/s,郭庄以下纳引泃入潮来水后为3590m3/s,至黄庄洼分洪闸为3520m3/s,河道下泄2160m3/s,其余1360m3/s由黄庄洼分洪闸分洪入黄庄洼蓄滞洪区。潮白新河纳青龙湾减河洪水900m3/s后设计流量为3060m3/s,经宁车沽闸汇入永定新河。21、2维水动力学模型构建本次研究以潮白新河(吴村闸-宁车沽)、青龙湾减河(土门楼闸至潮白新河入汇口)2条河道和大黄堡洼、黄庄洼蓄滞洪区为对象,利用丹麦DHIMIKE11、MIKE21、MIKEFLOOD软件,构建1、2维洪水演进耦合模型,其中利用MIKE11构建1维水力学非恒定流计算模型、利用MIKE21构建2维水动力学模型、利用MIKEFLOOD将1维水动力学模型MIKE11和2维模型MIKE21进行连接;在MIKEFLOOD中,MIKE11和MIKE21耦合同步计算,实时交换水量和动量,使两者有机耦合成为一个整体,充分发挥MIKE11、MIKE21两者的优势。在本次模型处理中,将大黄堡洼蓄滞洪区分洪口门狼儿窝分洪闸设置为一条引河(狼儿窝引河),狼儿窝分洪闸分泄洪水首先沿着狼儿窝引河行洪,当引河河道水位超过河道堤防高程时向两侧漫溢分洪。同时,将黄庄洼蓄滞洪区分洪口门黄庄洼分洪闸设置为分洪点,分泄洪水直接入蓄滞洪区。1、2维耦合模型建立完成后,开展潮白新河、青龙湾减河河道20年一遇洪水遭遇计算,分析研究不同分洪方式对2条河道堤防的影响以及2个蓄滞洪区的洪水演进情况,为潮白新河、青龙湾减河的防洪规划、减灾救灾、洪灾损失评估、防洪工程效益评估以及洪水调度和洪水管理提供合理的技术支持。3分洪后洪水演进青龙湾减河和潮白新河发生20年一遇洪水,洪峰遭遇,里自沽闸敞泄,大黄堡洼按照不同分洪方式进行分洪,黄庄洼按照调度方案分洪,研究2条河道堤防受到的影响以及分洪后洪水在蓄滞洪区的演进过程。4基本数据和模型的定义4.1测量指标与资料青龙湾减河、潮白新河断面与堤防资料采用2005年天津市水利局水源调度处与水利科学研究所合作运用全球定位系统(GPS)测量技术实测的断面与堤防资料,实测断面间距一般为1km,如遇到弯道则增加断面。大黄堡洼、黄庄洼地形高程资料以天津市万分之一电子地图为基础,进行转化、提取;社会经济资料采用天津市防汛抗旱指挥部办公室2006年蓄滞洪区统计资料。其他资料分别摘自参考文献[1,2]。4.2网格划分和网格处理蓄滞洪区网格剖分精细程度决定了2维模型成果的可靠性,是2维洪水演进的最重要影响因素之一。网格划分越细,计算精度越高,但花费时间越长;网格越粗,计算速度越快,但每个网格计算结果的代表性和可靠性减弱。大黄堡洼、黄庄洼蓄滞洪区地势相对比较平坦,且社会经济资料以村庄为依托,在网格处理时将蓄滞洪区内的村庄单独提取,1个村庄作为1个网格单元,其余部位按照边长1km的等边三角形为1个网格单元,重要研究部位再进行局部网格加密。大黄堡洼蓄滞洪区划分为4000个网格单元,黄庄洼蓄滞洪区划分为3800个网格单元。在模型设置中,将大黄堡洼、黄庄洼蓄滞洪区分区围埝、道路等设置为不同高程的薄壁堰。4.3模型配置4.3.1文明金流计算吴村闸20年一遇洪水青龙湾减河上游边界采用土门楼20年一遇设计洪水;潮白新河上游边界吴村闸利用北关分洪闸20年一遇洪水资料,采用水文比拟法,计算出吴村闸20年一遇洪水。将大黄堡洼、黄庄洼蓄滞洪区区域边界,作为蓄滞洪区的下边界。4.3.2设计模拟的剂量选取结果(1)河道糙率:河道糙率是影响水面线计算成果的重要因素之一。本次计算糙率选定采用设计糙率,选取结果见表1。(2)蓄滞洪区糙率:大黄堡洼和黄庄洼蓄滞洪区糙率选取参考文献,取值见表2。4.3.3道路的入口不考虑青龙湾减河、潮白新河两岸排沥影响。4.3.4分洪之前蓄滞洪区与实际蓄滞洪区的分洪情况蓄滞洪区初始水位采用蓄滞洪区的地形高程,即分洪之前蓄滞洪区与实际情况一致,无底水。大黄堡洼和黄庄洼2个蓄滞洪区的不同分洪口门条件设置,见表3。5分洪方案组合青龙湾减河和潮白新河两河系发生20年一遇洪水,洪峰遭遇,潮白新河里自沽闸敞泄,大黄堡洼蓄滞洪区分别按照调度方案、设计流量和校核流量等不同方案进行分洪,黄庄洼按照调度方案分洪,研究不同分洪方案组合对2条河道堤防影响以及洪水在蓄滞洪区的演进情况。具体方案,见表4。6成果分析6.1超高方案2:品高不足堤段经计算,3个方案对2条河道的影响见表5。不同分洪方案下,青龙湾减河和潮白新河堤防有超高不足堤段。3个方案,潮白新河超高不足堤段相同;方案1和方案3青龙湾减河超高不足堤段相同,方案2青龙湾减河超高不足堤段最长。青龙湾减河超高不足1.5m堤段主要集中在杨家场下游2km(19+071)、庞家湾附近(19+071-21+071)、24+071右堤、宝白公路(44+071)左堤段,共计6km;强迫行洪(超高1.0、0.5m)基本满足设计行洪标准。潮白新河超高不足1.5、1.0m堤段主要集中在于家岭桥(95+852)以上3km右堤、于家岭桥至宁车沽闸左堤,合计约8km;强迫行洪(超高0.5m)满足设计行洪标准。6.2土楼来水第一阶段1h经计算,3个分洪方案青龙湾减河狼儿窝闸向大黄堡洼分洪时机相同,均为71h(土门楼来水第一时刻为0时刻,下同);3个方案里自沽闸上最高水位出现时间相同,均是在225h,最高水位不同,方案2水位最高为9.0m,方案3水位最低为8.24m,方案1水位为8.44m。6.3洪水到达各节点的时间差3个方案在蓄滞洪区的洪水演进过程基本一样,滞洪洪水量有所不同,分别为1.624亿、1.476亿和1.699亿m3。洪水演进过程中,洪水到达每个节点的时间差在1h以内。3个方案分洪结束时,大黄堡洼蓄滞洪区均启用了I区、II区、III区。黄庄洼未达到分洪条件,没有分洪。7分洪方案调查青龙湾减河和潮白新河20年一遇洪峰遭遇,狼儿窝分洪闸提闸分洪,黄庄洼分洪闸未达到分洪条件。狼儿窝分洪闸按照不同分洪方案分洪,狼儿窝闸上最高水位有所不同,方案1、2、3狼儿窝分洪闸上最高水位分别为8.44、9.0和8.24m,里自沽闸上最高水位分别为6.57、6.76和6.47m,到滞洪结束,3个分洪方案均启用大黄堡洼I区、II区、III区滞洪,滞洪量分别为1.624亿、1.476亿和1.699亿m3。3个方案青龙湾减河和潮白新河沿线均有超高不足堤段。青龙湾减河超高不足1.5m堤段主要集中在杨家场下游2km(19+071)、庞家湾附近(19+071-21+071)、24+071右堤、宝白公路(44+071)左