淠河横排头坝下至六安段二维水动力数学模型研制及应用

彭 亮

一、区域概况

淠河是淮河中游南岸的一条重要支流，发源于大别山南麓，其流域地形呈南高北低和东西高中间低的狭长带状。淠河具有山区河流径流大、洪峰高、传播快等特点，水流运动十分复杂。横排头坝下至六安段为淠河下游，河段长约35km，属于丘陵区，区间无大的支流入汇，见图1。

淠河六安市城南水利枢纽工程是六安城市总体规划中淠河城区的上坝，采用节制闸的布置形式拦蓄上游来水，节制闸共36孔，单孔净宽15.0m。工程建成后，不仅可满足建设宜居城市、生态城市的需要，还可以为城市供水提供可靠保障，改善本地区生产、生活和生态环境，促进本地区国民经济的可持续发展。

建立淠河横排头坝下至六安段河道二维水动力数学模型，计算节制闸工程对淠河沿程水位影响，分析枢纽上下游河段流态及流速分布，对优化工程布局、消除区域防洪影响有较大意义，也可以为本段河道整治、岸线规划及航道治理提供技术支撑。

二、模型简介

基于Mike21水流模拟软件，建立淠河横排头坝下至六安段二维水动力数学模型。

1.控制方程

对Navier-Stokes方程沿水深进行积分，可得平面二维浅水水流控制方程：

连续性方程：

动量方程：

表1 计算水位与实测水位比较表

式中：h、ξ分别为水深和水位；u、v分别为x，y方向的垂向平均流速；Ex、Ey分别为x方向和y方向的水流紊动粘性系数；f=2ωsin为科氏力，为计算水域的地理纬度；τbx、τby为x方向和y方向的底部摩阻；τsx、τsy分别为风对自由表面x方向和y方向的剪切力。……