试论里下河河网模式的构建

1、试论里下河河网模式的构建 试论里下河河网模式的构建 摘要：本文主要以里下河为例，分析了河网模型的定义以及其建立的原理，并根据作者研究的资料和工作经验构造出了里下河河网的模型，仅供参考。 关键词：里下河；河网模型； 中图分类号： TV85文献标识码：A 文章编号： 1、河网模型的概述 河网模型是在河道水流进行概化的根底上，应用计算机进行复杂河网水动力计算的有效技术手段，目前已广泛应用于防洪规划、水资源规划、水环境管理、河道工程规划与设计、实时调度与决策分析等方面，成为水利现代化管理和决策支持必不可少的工具。近年来，水利部长江委、淮委及太湖局等流域机构均根据需要建立相应的河网模型，作为开展流域规划

2、，协调省际水事关系的重要依据。 2.模型根底信息概化 模型概化是河网水动力模型构建的根底和关键。根据模型软件中河网概化的原那么和要求，结合里下河地区实际情况，里下河河网模型概化主要包括如下内容：河网水系概化；湖泊、水库概化；水利工程概化；降雨径流分区的概化。按照河网概化要求，在对区域内河道、湖泊水库、水利工程、下垫面等根本资料进行收集整理的根底上，进行模型概化和处理。 2.1河网水系 河网水系概化是模型概化的重点与难点。本次河网水系的概化实行物理河网概化的原那么，不进行小河道合并的概化模式，概化河道全部对应实际河道。 里下河为平原水网地区，不同级别河道有上千条。本次概化在充分了解、认识里下河地

3、区河道引排关系的根底上，确定概化河道名录，将所有区域引排骨干河道及重要输水作用的河道纳入概化河网，建立覆盖全区域的河网水系网络。 以1/5万水系图，为根底，根据确定的河道名录初步方案，提取里下河区域河网水系。在此根底上，参照全省1/25万水系图、江苏省水利图集、各县水系图及其他相关资料，对每一条河进行比照、查证，形成准确的里下河区域河网水系图层。最后，对所有河道进行连接性、连通性及拓朴关系进行检查，形成里下河区域水系最后成果，作为河网建模底图。 2.2湖泊、湖荡 本次建模的湖荡范围以江苏省政府91年下发的44号文中所确定的695km2湖荡保护范围为依据，包括当时的湖泊湖荡面积216km2及三批

4、滞涝圩479km2。216 km2湖泊湖荡面积为排涝标准内的控制滞涝面积，479 km2滞洪圩为防洪标准内增加的控制滞洪面积。根据省工勘院提供的相应的1:50万里下河地区最新湖泊湖荡电子地图，作为本次里下河地区湖泊湖荡底图。利用ArcInfo软件，经量算后得到其实际面积，见表1。 表1 省政府44号文核准面积与实际电子图测算面积比照 2.3控制建筑物 参照?江苏省防汛抗旱工程?、?江苏省防汛抗旱手册?、?江苏省水利工程管理资料汇编?、?江苏省水利工程管理资料汇编?及各市县水利志和调研资料，整理里下河地区水闸、泵站名称及模型计算所需相关资料。 2.4下垫面、圩区 下垫面分类 里下河地区下垫面分为

5、水面、建设用地、水田和旱地四类。对每类下垫面按照水资源四级分区套县级行政区的统计单元进行统计计算，并根据圩区分布，在每个计算单元内分别进行圩内圩外下垫面资料分割。里下河地区共有27个统计单元。 圩区资料 1) 圩区分布图 根据收集到的各县区域内圩区分布的图利用ARCGIS进行配准和数字化，形成shapefile格式的图层。本次共制作出区域内淮安楚州区，扬州宝应、高邮、江都，泰州兴化、姜堰、泰州市区，盐城阜宁、建湖、盐都、射阳、大丰、东台，南通海安共14个县的圩区电子分布图，见图3.2。 2圩区内外资料分割 根据圩区分区图，利用ARCGIS软件，计算得到里下河地区圩区总面积为9469.81km2

6、。在每个统计单元内，将下垫面资料进行圩区内外的分割和计算。对于没有圩区分布图的县市，下垫面资料根据圩区内外总面积比进行同比例拆分。 3模型具体概化 3.1 河道概化 本次河道概化采用物理河网的概化方式 ，里下河地区共概化364条骨干引排河道，总河长7525km。 除18条有实测大断面的河道外，其余河道过水断面的概化采用梯形断面进行概化。梯形断面概化参数包括河底高程Z0、底宽b、边坡m以及堤底和堤顶高程Z1、 Z2，。 本次研究的北凌河以北地区共概化河道333条，河长6970km,河道断面4027个，平均断面间距1.7km。 概化河道在模型中采用一维水动力模型48 54计算，区域内其余小河道均作

7、为陆域面上的调蓄水面处理。 3.2 湖泊湖荡概化 湖泊水库的概化，主要是根据湖泊、水库在流域中所起的作用确定，准确确定这些概化湖泊水库的调蓄能力与过流能力。根据湖泊、水库在流域水流运动中所起的作用可分别概化为零维、二维及准三维模型。对于一些小型湖泊水库或没有概化河道与之相连的湖泊水库那么不概化进动力模型要素中，在系统中仅考虑其调蓄作用。 本次湖泊湖荡的概化，对区域内的自由水面，包括里下河湖荡及滞涝圩，面积638km2， 均概化为零维的调蓄节点，对其它小的湖泊湖荡水面那么作为面上的调蓄水面处理。 3.3水工建筑物概化 区域内河道共概化水工建筑物共183座，其中水闸171个、泵站12座。水闸包括河

8、道内部涵闸及交汇河道间的涵闸，如沿总渠涵闸37座，沿里运河涵闸18座，沿通榆河涵闸16座，沿射阳河涵闸26座。 水工建筑物概化为联系模型要素，其过流流量采用水动力学方法模拟，建筑物的上下游设节点，通过节点与概化河道连接，节点间的水位及流量取决于堰流公式及建筑物运行方式，运行方式用一系列的条件模拟和概化。以方塘河闸为例，方塘河闸的控制调度原那么为：排涝期上游正常水位控制在2.2m左右；冲淤时开闸水位差可在1.52.0m，保持下游河底高程为0.5m。模型中水工建筑物的控制运行方式文件见表3.4。其中(Z)【1】为闸上水位，(Z)【2】为闸上、闸下水位差。 图1水工建筑物概化示意 3.4 圩区处理

9、里下河圩区包括生产圩和滞涝圩两种。生产圩是因地区的农副业生产需要建设的分散圩区，圩区面积大，分布广，调度调度情况复杂。一般情况下，在非汛期，当河网水位较低时，圩区与外河网相通，参加河网水流运动。汛期时，当河网水位上涨到一定高度，圩区封闭，圩区与外河网分开，不参加外河网水流运动,圩内多余水量依靠机械动力抽排入外河网。因此，对生产圩来说，需要确定圩区的封圩条件，圩内调蓄水量和圩区的机械抽排动力。 滞涝圩是在洪水期作为区域滞洪区的湖泊水面，在模型中作为零维处理。在外河网较低时，滞涝圩与外河网不通，而在洪水期，当河网水位继续上涨到一定程度，根据防洪要求，圩区自然或人为破圩，起到滞蓄洪水的作用。在模型中

10、，需要确定滞涝圩的破圩条件。 里下河地区滞涝圩包括：92年新圩及第一、二、三批滞涝圩，面积共598km2。 按照滞涝圩调度顺序和原那么，在滞涝圩与河道间及滞涝圩间设置联系要素，并按照调度原那么设定控制条件。 共设联系要素380个，其中圩区联系218个，圩圩联系162个。 4结语 里下河地区是典型的平原河网地区，区内河网密布，湖荡纵横、圩网成群，水流流向不定，水情、工情十分复杂。当前，效劳我省沿海开展战略要求下，迫切需要对里下河腹部和垦区防洪、水资源进行统一研究，开展里下河地区河网水文水动力模型研究，具有很好的研究意义和现实意义。 模型的构建采用遥感、卫片、GIS等新的技术方法和手段及有关成果，提取地区河网及下垫面信息，并将下垫面信息数字化，真实反映了地区河网水系和下垫面的空间分布情况，具有分布式水文模型的特征。 模型综合考虑了里下河河网地区的降雨、产流以及河网汇流运动特性，根据地区