基于一二维耦合水力学模型的公(铁)路联合阻水效应研究——以大黄堡蓄滞洪区为例

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作为防洪体系中不可缺少的组成部分,蓄滞洪区在削峰减洪中起到了重要作用。但蓄滞洪区除了防洪外同时也存在国民经济建设问题,如何做到两者相适应是值得探讨的问题。充分的路网布设是反映经济发展的重要指标,而公(铁)路的布设必然对洪水演进产生影响,因此公(铁)路的科学规划是研究如何兼顾蓄滞洪区防洪功能与自身经济发展的一个切入点。以大黄堡洼蓄滞洪区为例,通过MIKE FLOOD对不同频率洪水下公(铁)路布设的不同形式建立多套一、二维耦合水动力学模型,计算洪水水力要素,分析研究公路、铁路等线状地物的阻水效应。该效应由淹没面积和经济损失两个指标表达。在验证模型可行的基础上,选择最适宜的50年一遇洪水对大黄堡洼蓄滞洪区内公(铁)路阻水效应进行分析。现状条件下,针对蓄滞洪区内存在分区隔埝的情况,为明确分区隔埝的强阻水特性的影响,设置无分区隔埝与有分区隔埝两大工况。1.无分区隔埝工况。对布设不同道路以及无道路布设等4个方案进行分析;2.有分区隔埝工况。对布设现状已有全部道路与无道路2个方案进行探讨。规划条件则考虑最不利影响,即道路布设方向设置为与洪水演进方向呈90°,通过调整涵洞尺寸以改变道路的阻水能力,对存在全部现状道路且有分区隔埝与无道路且无分区隔埝两工况分析。所得主要结论如下:  现状条件下,对于无分区隔埝工况,当无道路布设时,淹没面积最大为134.09km2,洪水演进距离超过滨保高速位置;随着道路逐渐向上游布设,洪水受道路阻碍而停止演进,经济损失随之减小,最多减小10.71%,约18480万元;对于有分区隔埝工况,受分区隔埝的影响,无论是否布设道路,淹没面积与经济损失均相同。相比于有分区隔埝工况,无分区隔埝工况的淹没面积最多增大58.52%,淹没集中区域的水深由0.05~0.5m增加到0.5~1m,经济损失则最多减小了33.32%。  规划条件下,对于现有全部道路且有分区隔埝工况,新增道路涵洞为3m时,淹没面积与经济损失最小;涵洞大于3m时,由于洪水发展导致Ⅱ区的启用,淹没面积与经济损失最大,相比于3 m涵洞时分别增加了29.76%和19.26%;当涵洞小于3 m时,仅启用Ⅰ区,故淹没面积变化不大,同时由于各分类财产损失变化趋势不一,经济损失有增有减,总经济损失不存在明显的规律性。而相比于存在全部现状道路且有分区隔埝工况,无现状道路且无分区隔埝工况,由于仅考虑一条规划道路,此时人类活动影响程度低,淹没面积变化范围在131.04~135.68km2之间,经济损失变化幅度也较小,基本维持在174000万元左右。故在大黄堡洼蓄滞洪区内相应位置修建道路应根据可能产生的洪灾损失,选择涵洞尺寸为3m的道路建设方案,此时造成的洪灾损失最小。  通过上述分析论证,结合一二维耦合水力学模型,从淹没面积与经济损失两个方面对蓄滞洪区内已有公(铁)路的阻水效应进行分析是可行的,并且从道路阻水能力的角度提出规划道路建设的推荐方案是有意义的。
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