特高压输变电工程跨越蓄滞洪区的洪水影响评价
2016-08-09张倩
张倩
（河北省水利水电勘测设计研究院 天津 300000）
特高压输变电工程跨越蓄滞洪区的洪水影响评价
张倩
（河北省水利水电勘测设计研究院 天津 300000）
特高压跨越蓄滞洪区，对蓄滞洪区的洪水调度会产生影响，建立蓄滞洪区数学模型将拟建项目放入模型中，得出项目建设后蓄滞洪区的流势流场分布图，水位、水深分布图，得出水位壅高、流速变化情况。
特高压；蓄滞洪区；数学模型
1 工程概况
蒙西～天津南特高压交流输变电工程在天津境内全长26.1km，途经静海区、大港区，线路穿越贾口洼蓄滞洪区和沙井子行洪道，有20座电塔塔基位于贾口洼蓄滞洪区内，另有13座电塔塔基位于沙井子行洪道内，塔基全部采用钻孔灌注桩基础，塔基地面以上高度均为0.5m，四塔基底座，底座为正方形四个顶点。
特高压线路工程跨越的贾口洼蓄滞洪区为海河流域大清河水系，沙井子行洪道是海河流域大清河系超标准洪水的入海通道，均属于大清河系的蓄滞洪区。根据国家防汛抗旱总指挥部2008年国汛[2008]11号《关于大清河洪水调度方案的批复》，当大清河北支发生较大洪水，第六堡水位达到8.00m且继续上涨威胁天津市区安全时，若文安洼尚未分洪运用，在保持河道泄洪能力情况下，运用锅底闸并根据水情适时扒开锅底闸西侧隔淀堤向贾口洼分洪；当贾口洼八堡站水位超过7.5m时，天津市要全力抢护贾口洼段南运河左堤。当东淀、文安洼、贾口洼已充分运用，东淀第六堡水位仍超过8.00m威胁天津市区安全时，扒开南运河左右堤，利用津浦铁路25孔桥向团泊洼分洪。团泊洼分洪后，在小王庄附近破马厂减河左右堤，洪水经北大港水库南侧、子牙新河北堤之间的沙井子行洪道入海。
2 模型计算方法
评价特高压线路对蓄滞洪区的影响，采用水力数学模型进行计算分析，采用1：10000比例尺地形图，进行蓄滞洪区地形剖分，构建蓄滞洪区地形数据高程模型。确定模型的内部和外部边界条件，包括模型内的口门、桥梁、安全区及上游入流、下游出流边界条件，确定各种内部边界的模拟方式，采用有限元差分格式构建蓄滞洪区二维不恒定流数值模型。利用数值模型对输电线路杆塔建设前后100年一遇蓄滞洪区行滞的洪水进行模拟，提出流场分布图、水位、水深分布图，分析水位壅高、流速变化情况。
蓄滞洪区中的水流主要表现为二维特征，采用圣维南方程组模拟其运动规律，基本方程为：
式中：H 为水深；Z为水位，Z=Z0+H，Z0为底高程；q为源汇项；M，N分别为x，y方向上的单宽流量，且M=Hu，N=Hv；u，v分别为x，y方向的平均流速；n为糙率；g为重力加速度，如图1～2所示。
图1
图2
按照有限体积法布置二维网格的方式如图1所示。它取单元网格为控制体，在网格中心处计算水位H，在网格周边通道的中点处计算流量Q。即在平衡计算时，沿控制体每一边的法向通量用该边中点处的通量作代表，乘以边长即为通量沿该边的积分。中点的通量可用中心格式（如取相邻两格子形心处通量的平均）或逆风格式确定。则将方程（1）改写成矢量形式，按照有限体积法，将其在控制体内进行积分，对水位Q和流量H按时间交错计算方式（如图2），则方程（1）可离散为：
式中：Ai为第i个网格的单元面积；Lik为i号网格的第k号通道的长度；Qik为i号网格的第k号通道的单宽流量。
为了更加准确的模拟蓄滞洪区内复杂的地形，并且减轻计算工作量，模型根据实际地形情况将运动方程进行了简化处理。将通道概化为地面模型和连续堤或缺口堤通道进行处理，并给所有通道附加特征信息，以相应的水力学公式进行同量计算。
特高压线路工程洪水评价模型采用1×1km2基本网格划分，考虑铁路、公路和水库的曲线和不规则轮廓将网格划分为任意形状，对河道和蓄滞洪区采用剖分模型划分网格，蓄滞洪区网格结点6594个，网格单元5761个，网格通道12353个。
3 模型计算结果
图3 洪水淹没过程（30h）
图4 洪水淹没过程（90h）
图5 洪水淹没过程（132h）
图6 洪水淹没过程（150h）
图7 洪水淹没过程（300h）
图8 洪水淹没过程（420h）
图3～9为洪水演进结果，洪水过程开始后约30h之前洪水进入东淀；90h大清河向清北分洪，洪水推进到东淀八堡附近；132h左右根据白洋淀十方院水位启用王村闸向文安洼分洪，大清河向清南分洪，文安洼滩里分洪闸达到分洪条件，向文安洼分洪；150h左右小关向文安洼分洪，其间贾口洼锅底口门到达分洪条件，向贾口洼分洪；在洪水通过独流减河进洪闸和西河闸，通过独流减河和海河向海区泄洪的同时，洪水向文安洼和贾口洼全面分洪。至300h之前文安洼和贾口洼得到充分运用，第六埠洪水仍较高，达到向团泊洼分洪的条件，扒开经津浦铁路经25孔桥向团泊洼分洪，约在360h洪水到达马厂减河附近；420h洪水经大港小王庄扒口进入唐家洼，在720h之前洪水到达沙井子行洪道入海口。
图9 洪水淹没过程（720h）
4 结语
贾口洼蓄滞洪区内输电线路杆塔修建后，由于塔基挤占部分行洪断面，使得线路沿线产生轻微壅水，发生洪水时最大壅水高度为0.0129m，沙井子行洪道内输电线路杆塔修建后，发生洪水时最大水位壅高为0.0188m，沿线过水断面流速基本没有变化，输电塔对贾口洼蓄滞洪区、沙井子行洪道行洪基本不产生影响。
[1]童汉毅，赵明登，槐文信，等.洪潮遭遇情况的水动力学计算[J].武汉水利电力大学学报，2000，33（5）：11～15.
[2]李大鸣，陈虹，李世森.河道洪水演进的二维水流数学模型[J].天津大学学报，1998，31（4）：439～446.
[3]洪广文，杨正己.风浪要素计算方法[J].水利水运科技情报，1978（3）：25～67.
TV87
A
1004-7344（2016）21-0136-02
2016-7-5
