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基于MIKE FLOOD模型的中顺大围洪水风险研究 　　摘要：采用MIKE11（一维）和MIKE21（二维）的动态耦合MIKE FLOOD水动力学模型，构建中顺大围洪水风险图计算模型，分析计算各种不同来水条件下，典型溃口发生溃堤后的洪水传播过程，分析淹没范围、淹没水深、淹没历时等主要特征参数，为中山市、顺德区中顺大围保护区内防洪决策、避洪转移等提供技术支持。 　　关键词：中顺大围；洪水风险；模型 　　中图分类号：TV122 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2016）07-0071-04 　　1 中顺大围概况 　　1.1 地形地貌与河流水系 　　中顺大围位于珠江三角洲下游，地跨中山市西北部和佛山市顺德区，是广东省五大联围之一，围内集水面积779km2。围内地形北窄南宽，东西两侧水道环绕，南部依靠五桂山脉。中顺大围地质构造体系属于华南褶皱束的粤中凹陷。围内北部为冲积平原，地势平坦，地面高程在0.2～2.7m之间，河网密布；南部则以低山、丘陵和台地为主，最高山峰为五桂山531m。 　　中顺大围上游西江干流在天河附近分为东海水道和主流西海水道，分别流向大围东侧和西侧。围内北部平原水道纵横，网河密布，主要河涌有二十余条，凫洲水道、横琴海和拱北河自北向南纵贯大围北部平原区，上接凫洲河水闸，下通拱北水闸，是北部平原内洪的主要排洪水道，随着经济发展，横琴海下游、拱北河上游的横栏镇内部分河段被人为封堵，致使北部平原区洪水改道经北部排水渠、东部排水渠、沥心涌、浅水湖和中部排水渠、狮浯河、西部排水渠等河涌向南排入石岐河。 　　1.2 社会经济 　　中顺大围捍卫顺德区均安镇，中山市小榄、东升、港口、古镇、横栏、大涌、沙溪、板芙、神湾镇，以及石岐区、南区、东区、西区、火炬开发区共15个镇区，是珠江三角洲的富裕地区。中顺大围也是中山市的政治、文化和经济中心。围内农业以稻谷、蚕桑、塘鱼、甘蔗为主；工业种类颇多，有机械制造、纺织、化工、建材等20多个行业。 　　中顺大围2012年常住人口186万人，围内生产总值1669.5亿元，其中第一产业增加值29.4亿元，第二产业增加值858.7亿元，第三产业增加值679亿元，产业结构比例为1.76：51.44：40.67。 　　2 模型构建 　　2.1 模型构建思路及建模范围 　　中顺大围防洪保护区洪水分析模型选用MIKE模型系列，采用MIKE11（一维）和MIKE21（二维）的动态耦合FLOOD水动力学模型，进行防洪保护区洪水分析，其中MIKE11主要应用于模拟防洪保护区围外珠江三角洲河网的洪、潮水传播，MIKE21主要用于模拟防洪保护区内溃堤洪水和暴雨内涝洪水的传播，采用MIKE11的dambreak模块模拟堤防溃决过程及溃堤水位流量过程。 　　一维模型的计算范围包括上游西江控制站高要站、北江控制站石角站、东江控制站博罗站，下游虎门、蕉门、洪奇门、横门、磨刀门、鸡鸣门、虎跳门和崖门八大口门。二维模型的计算为中顺大围范围。 　　2.2 模型架构 　　2.2.1 单一河道 　　单一河道采用一维明渠非恒定流Saint-Venant方程来解，包括连续方程和动量方程： 　　式中，x，t表示空间坐标和时间坐标；Q、h为断面流量和水位；A、bs、R分别为断面过水面积、断面宽度和水力半径；g为重力加速度；q为单位河长的旁侧人流量；C为谢才系数；α为垂向速度分布系数。 　　MIKE11采用六点中心隐式差分格式（Abbott Scheme）求解Saint-Venant方程组，数值计算采用传统的“追赶法”，即“双扫”算法。 　　2.2.2 河网求解 　　河网是通过汊点连接起来的，按照分级解法的思想，只要解出汊点上的未知量即可求解整个河网，用有限差分法近似表示汊点的连续方程为： 　　H为实际汊点的水位；HA，us为支流A的末端水位；HB，us为支流B的末端水位；HC，us为支流c的末端水位。 　　与式（2-4）类似，则N个方程含有N个未知数（N是汊点数）。方程中每个汊点的水位变成了直接相邻汊点水位的线性函数。同样可以用标准的高斯消元法对汊点矩阵求解，解出汊点上n+1时刻的水位，然后解出各河段各断面上的水位和流量。 　　2.2.3 二维洪泛区计算 　　平面二维水流基本方程包括水流连续方程和水流运动方程： 　　其中，h为水深；u和v是x和y方向的流速，M=uh，N=vh；zb为河床高程，n为Manning糙率系数；r1为紊动粘性系数。方程离散时空间采用有限体积法，运用守恒格式对水流连续方程进行离散，保证计算域内水量守恒，时间采用蛙跳法，计算物理量使用交错网格。方程离散后形式为： 　　水流连续连续方程为： 　　水流方程在x和y方向进行离散后，结合初边界条件即可进行计算