MIKE11在復雜地理環境中的應用
——以寧鄉市城區河道整治為例

卿 穎，鄭 穎，宋 平

（湖南省水利水電勘測設計規劃研究總院有限公司，湖南 長沙 410007）

寧鄉市城區河道位于溈水中游，為彎曲分汊河道，左汊主河道長2.8 km，寬（160～230）m，右汊為人工開挖的沙河，全長2.1 km，寬（30～60）m。河床較左側主河道高，過洪能力偏小，在沙河下游出口處建有黃泥湖節制閘。左側主河道和沙河之間的南苑洲寬（200～650）m，現狀洲灘高程為（45.0～53.2）m，洲上開發程度較高，洲頭為木材市場，洲中段高層建筑物林立。南苑洲以下刁子潭洲灘淤積，主河槽明顯縮窄，水面寬最窄處僅150 m，河道過洪能力受限。

2017 年7 月1 日溈水流域發生了大洪水，是寧鄉歷史上有記錄以來最大的洪水，溈水干流多處潰堤，洪水泛濫，寧鄉城區內澇嚴重，大面積被淹。寧鄉城區沿溈水河兩岸地勢低平，跨河建筑物、洲灘較多，對寧鄉城區防洪造成了很大威脅。

為了減小寧鄉市中心城區防洪壓力，降低洪水期間水位，并與中心城區防洪總體規劃協調，本次制定的方案中河道治理工程主要有護岸加固、建筑物改造、河道疏挖?？傮w布置如下：結合河道情況進行疏浚及清障，保證行洪通暢；對當沖河段進行護岸護砌，確保河道的行洪安全；對跨河攔河建筑物進行改造，降低河道建筑物阻水影響。結合寧鄉市城市規劃，初擬計算方案見表1，整治工程布置見圖1。

圖1 整治工程布置圖

表1 初擬計算方案表

1 MIKE11 模型構建

MIKE11 HD 主要用于洪水預報、水庫聯合調度、河渠灌溉系統的設計調度以及河口風暴潮的研究，是目前應用最為廣泛的商業軟件，具有計算穩定、精確度高、可靠性強等特點，能方便靈活地對復雜河網水流、模擬閘門、水泵等各類水工建筑物進行運營調度，尤其適合應用水工建筑物眾多、控制調度復雜的情況[1～2]。本次采用MIKE11 建立寧鄉市城區河道一維模型，選用恒定流進行計算。模型構建內容如下。

1.1 河網概化

計算區域為寧鄉市主城區溈水主河道，總長7.1 km，共布置31 個斷面，斷面間距為（100～300）m；分汊河道沙河總長2.18 km，布置16 個斷面，斷面間距為（50～200）m。采用MIKE11 建立河網模型，建筑物斷面上下游增加計算斷面。

1.2 邊界條件確定

上游溜子洲尾為流量邊界，下游金洲大橋為水位邊界，寧鄉水文站下游的平水河入流作為點源輸入。

1.3 建筑物設置

根據實際情況，主河道設置汽車橋、南門橋、溈豐壩水閘和溈豐壩大橋等建筑物，沙河上設置沙河大橋、南門橋和黃泥湖水閘等建筑物。橋梁尺寸依據測量值，溈豐壩水閘相關尺寸參考以往工程數值。由于建筑物上下游水位較少有實測資料，建筑物壅水根據經驗公式（其中橋梁采用鐵科院陸浩公式，溈豐壩水閘采用堰流公式）進行計算[3]，計算結果見表2、表3。模型中橋梁按照堰和涵組合建筑物的形式進行處理，根據計算結果對模型中預設參數進行試算調整。

表2 橋梁壅水計算表

表3 溈豐壩水閘上下游水頭差

1.4 模型率定

采用主城區河段50 年一遇設計洪水成果（表4）對一維河道模型進行率定。按照現狀條件下（南苑洲過洪，溈豐壩水閘未改建）進行率定，得到溜子洲至寧鄉（二）站段糙率為0.044 6～0.024 3，寧鄉（二）站至金洲大橋段糙率為0.024 3～0.023 0，沙河段糙率為0.030。

表4 50 年一遇設計洪水

2 模擬計算成果與分析

2.1 分流情況分析

在50 年一遇設計標準下，主城區河段上游總來水流量為5 470 m3/s，溈水河道與沙河分流量計算結果見表5。由表5 看出，方案1～6 主城區河道分流量均占79%以上；整治方案實施后（方案2～5），與未實施整治工程（方案1）相比，溈水河道過流量均有增大。溈豐壩水閘改建后（方案2）主河道過流略有增多；河道疏挖和汽車橋改造后（方案4），與方案2 相比，主河道過流增加較多；南門橋改造后（方案5），與方案4 相較，主河道分流略有增加。沙河拓寬后（方案6），沙河過流增大，與方案1 相比，過流量增加了274.2 m3/s。

表5 各方案溈水主河道和沙河分流量

2.2 水面線成果分析

在50 年一遇設計標準下，各方案河道沿程水面線成果見表6，由表6 可知：

表6 河道沿程水位表 m

1）方案1（南苑洲不過洪）。南垸洲已被寧鄉市列為規劃開發區域，為不過洪區域。根據計算成果，汽車橋至木材市場水位差0.39 m，汽車橋壅水0.32 m，南門橋壅水0.22 m，溈豐壩水閘上下游水位差達0.88 m。

2）方案2（方案1+溈豐壩水閘改建）。與方案1 相比，改建后，自溈豐壩水閘上游至溜子洲尾河段水位沿程均有降低，其中水閘上游水位降低值最大為0.30 m，溜子洲尾河段水位降低值最小為0.08 m，結果說明方案2 影響集中于水閘上游附近區域。

3）方案3（方案2+南門橋以下疏挖）。與方案2 相比，疏挖工程以上河段水位均有降低；沙河和城區主河道匯流點下游水位降低值最大為0.63 m；城區主河道水位降低值大都在0.30 m 以上，說明南門橋以下疏挖降低城區主河道水位效果顯著。

4）方案4（方案3+南門橋以上疏挖）。與方案3 相比，南門橋以上疏挖河段水位均有下降，其中木材市場水位降低值最大為0.52 m，汽車橋上游水位降低值均在0.20 m 以上?？梢?，南門橋以上疏挖對城區河段水位降低具有明顯作用。

5）方案5（方案4+南門橋改造）。南門橋在50 年一遇洪水條件下，阻水率超過8%，超過《湖南省涉河橋梁水利技術規定（暫行）》中控制指標，制定相應方案進行改造。改造后與方案4 相比，水位降低最大值位于南門橋上游，最大降低值為0.11 m，南門橋以上河段水位降低在0.07 m 左右，結果說明南門橋改造對上游河道水位降低有一定的效果。

6）方案6（方案2+沙河拓寬）。與方案2 相比，主城區左汊河道至溜子洲尾沿程水位均有降低，溈豐壩水閘上游河段水位降低值在0.12 m 以上，江心公園河段水位降低值最大為0.29 m?？梢?，拓寬沙河對降低左汊主河道水位有一定效果，但涉及的占地多，工程量大，對兩岸居民生活影響很大。

綜合考慮水位降低效果、影響范圍、實施必要性以及方案實施難度，本次主城區河段整治方案建議選用方案5，工程主要包括溈豐壩水閘改建、南門橋以下疏挖、南門橋以上疏挖和南門橋改造。整治工程完全實施后，與原規劃方案（方案1）相比，木材市場河段水位降低值最大達1.12 m，南門橋以上河段水位降低值均在0.60 m 以上。

3 結 論

1）本文通過MIKE11 建立了寧鄉市城區河道一維模型，結合經驗公式進行模型建筑物參數設置，設置多種計算方案對河道整治效果進行量化和比較分析，研究成果可為寧鄉市河道整治方案的擬定提供決策依據。

2）根據分流量計算結果分析，隨著整治措施

（方案1～5）逐項增加，城區主河道的過流量也逐漸增加，更利于主河道的河勢穩定。根據水面線成果分析，溈豐壩水閘改建后，水閘上游水位最大降低0.30 m；南門橋以下疏挖后，城區主河道水位降低值均增加0.30 m 以上；南門橋以上疏挖后，汽車橋上游水位降低值增加0.20 m 以上，木材市場水位降低值最大增加0.52 m；南門橋改造后，南門橋以上河段水位降低值增加0.06 m 以上，降低值最大增加0.11 m。

3）綜合考慮水位降低效果、影響范圍、實施必要性以及方案實施難度，本次主城區河段整治工程主要包括溈豐壩水閘改建、南門橋以下疏挖、南門橋以上疏挖和南門橋改造。工程實施后，河道水位降低效果好，能夠較大程度減輕寧鄉市城區的防洪壓力。為保障主城區兩岸的交通，建議可先期完成溈豐壩水閘改建、南門橋以下疏挖，再實施南門橋以上疏挖工程，最后進行南門橋改造工程。