HEC-RAS在排洪渠覆盖工程防洪论证中的应用

HEC-RAS在排洪渠覆盖工程防洪论证中的应用

谭艳晖

谭艳晖

（广东粤源水利水电工程咨询有限公司，广东广州510635）

摘要：应用HEC-RAS软件对某排洪渠覆盖工程进行防洪论证，分析工程前后的水文变化，评价其对防洪的影响，为工程建设提供科学依据。

关键词：HEC-RAS防洪论证

HEC-RASPaiHongcoveredintheengineeringapplicationoffloodcontroldemonstration

TanYanHui

(guangdongguangdongsourceofwaterconservancyandelectricityconsultationCo.,LTD,guangdongguangzhou510635)

Abstract:theapplicationofaHEC-RASsoftwarePaiHongcanalcoverfloodcontrolprojectdemonstration,analysisofthehydrologicalchangesbeforeandafterengineering,evaluationoftheinfluenceoftheflood,andprovidescientificbasisfortheengineeringconstruction.

Keywords:HEC-RASfloodcontroldemonstration

1项目概况

为了更有效地将珠海城市交通与城际轨道交通衔接起来，拟于昌盛路以南、桂花南路以西地块建设公交枢纽站。公交枢纽站场地北侧是桂花路排洪渠，需要覆盖该排洪渠段以满足公交站场功能，工程地理位置示意图见图1.1。

该段排洪渠原宽约24～25m，深3～4m。由于广珠城际轨道桥的桥墩布置，为满足排洪渠使用要求，已设计对工程范围内190m长的排洪渠进行改建。改建渠段保留北侧挡墙，对南侧进行扩宽，扩宽后排洪渠宽度27～40m，堤岸顶高3.4～3.5m。因此，对排洪渠加盖工程可能造成的影响所进行的分析计算，均考虑广珠城际轨道桥的桥墩布置，并以排洪渠改建后满足防洪排涝要求为前提的。

拟加排洪渠盖板采用框架结构，预应力桩基础，结构体系与城轨结构体系完全脱开，互不关联。计划采用直径为D800mm的圆形立柱，基本顺水流方向，主要柱距8m×8m（见图1.2）；主梁截面400mm×1500mm，梁底高程2.7m；顶板厚度300mm，盖板顶高程4.2m，盖板与岸墙不直接接触，不增加堤岸承重。

图1.1拟建工程地理位置示意图图1.2拟建排洪渠盖板结构布置示意图

2防洪影响计算

采用HEC-RAS建立一维水力模型，计算工程前后的水位变化，分析其对防洪的影响。HEC-RAS是由美国陆军工程兵团水资源研究所水文中心（HydrologicEngineeringCenter）开发的河流分析系统（RiverAnalysisSystem），是一个针对一维恒定/非恒定流的水力模型。HEC-RAS可用于模拟河流的水流、泥沙、水质等工程问题；可模拟缓流、急流以及临界流；可进行各种涉水建筑物（如桥梁、涵洞、防洪堤、堰、水库、块状阻水建筑物等）的水面线分析计算。

（1）计算原理

计算原理基于一维能量方程，逐断面采用直接步进法推求。基本方程是根据河道内两断面间应满足能量守恒定律推导求得，即：

（1）

g——重力加速度；

he——工程阻水造成的水头损失。

工程阻水造成的水头损失，包括摩阻损失与局部损失两部分，由式（2）计算：

式中：At——断面总面积；

Kt——总流量模数；

Alob，Ach，Arob——左岸滩地、主河道、右岸滩地面积；

Klob，Kch，Krob——左岸滩地、主河道、右岸滩地流量模数。

摩阻坡度采用式（5）计算：

（5）

（6）（2）计算范围及边界条件

a.模型计算范围为工程处上游约1.355km至下游排洪渠出口处，共2.532km。

b.潮水上溯一般发生在枯水期，由于上游来水不足，涨潮时，下游潮水沿渠道向上游倒灌。排洪渠整治工程完成后，日常运行中，由于在下游设有挡水闸进行景观蓄水，基本不受下游潮水影响。

因桂花路排洪渠综合整治工程正在实施中，本次计算参考《珠海市桂花路排洪渠综合整治工程初步设计说明书》，考虑渠段50年一遇洪水与前山河50年一遇洪水遭遇情况，上游取排洪渠段50年一遇洪水流量（见表2.1），下游水位边界取前山河50年一遇最高内水位为1.99m。渠道综合糙率取0.02。

表2.1流量计算参数

排洪渠整治工程桩号

50年一遇洪水流量（m³/s）

AK1+600～AK1+670

41.96

AK1+670～AK2+190

49.5

AK2+190～AK4+132

90.08

工程建设在一定程度上对渠道行洪产生影响，主要表现为立柱占用渠道，缩窄了原渠道过水断面，增加水流阻力从而增大了渠道的综合糙率系数，使上游产生一定的壅水。由于桂花路排洪渠防洪标准为50年一遇，故针对50年一遇的设计洪水进行工程壅水计算。

工程建设后，拟建工程引起渠道附近水流变化情况见表2.2。参考《珠海市桂花路排洪渠综合整治工程初步设计》有关桩号布置，改建段位于桩号AK2+955～AK3+145之间。

表2.250年一遇洪水条件下工程引起的水流变化值

桩号

水位（m）

流速V（m/s）

边墙顶高程（m）

工程前

工程后

变化值

工程前

工程后

变化值

AK1+600

2.73

2.74

+0.01

1.36

1.35

-0.01

5.03

AK1+670

2.68

2.70

+0.02

1.47

1.46

-0.01

5.43

AK2+190

2.48

2.5

+0.02

1.48

1.47

-0.01

3.28

AK2+880

2.28

2.31

+0.03

1.33

1.31

-0.02

3.16

AK2+934

2.26

2.29

+0.03

1.32

1.30

-0.02

3.25

AK2+955

2.26

2.27

+0.01

1.23

1.39

+0.16

3.50

AK3+005

2.28

2.29

+0.01

0.94

1.08

+0.14

3.48

AK3+056

2.28

2.29

+0.01

0.86

0.98

+0.12

3.45

AK3+110

2.24

2.24

0.00

1.04

1.19

+0.15

3.42

AK3+145

2.20

2.17

-0.03

1.26

1.45

+0.19

3.40

AK3+160

2.18

2.18

0.00

1.35

1.35

0.00

2.72

由计算结果可见，工程对渠道排洪水位有一定影响，最高壅水值约0.03m，但基本能满足排洪渠断面0.5m安全超高的设防要求。对于上游的昌盛路跨渠桥（AK2+910）,桥梁梁底高程大于2.50m，岸墙约3.20m，工程后，洪水位在2.30m左右，对防洪影响也不大。因此可以认为，拟建工程的建设，对排洪渠的行洪排涝应不致造成较大不利影响，建议在详细设计时进一步优化方案，适当增加柱距，减小阻水。

3结论

应用HEC-RAS软件，根据珠海市建筑设计院提供的排洪渠加盖修改方案，综合考虑排洪渠改建方案及对上游桥梁的影响，建立排洪渠覆盖工程一维水流数学模型进行防洪影响计算，结果表明：工程对渠道排洪水位有一定影响，壅水高度在0.03m左右，基本能满足排洪渠断面0.5m安全超高的设防要求。可以认为，拟建工程的建设，对排洪渠的行洪排涝不会造成较大不利影响。

[参考文献]

1、珠海市水利局，《珠海市江河流域综合规划报告书》，2001年；

2、珠海市建筑设计院，《广珠城轨珠海站西侧公共交通枢纽站工程可行性研究报告》，2011.05；

3、《珠海市桂花路排洪渠综合整治工程初步设计说明书》，2008年。