【正文】 計算迭代過程中出現(xiàn)溢出，采用了Patankar和Spalding提出的欠松弛技術(shù)，即在離散方程式中引入欠松弛因子，以改善離散方程式中系數(shù)的對角占優(yōu)程度。 模型計算范圍及邊界處理 1)計算范圍與網(wǎng)格布置綜合考慮工程河段河勢情況、工程可能影響的范圍及水文資料等方面的因素，數(shù)學(xué)模型計算的出口斷面選在工程下游攔砂壩溢流處。在計算區(qū)域內(nèi)共布置230100個網(wǎng)格，其中沿水流方向布置230個網(wǎng)格，網(wǎng)格長度約為15m～25m；沿河寬方向布置72個網(wǎng)格，網(wǎng)格寬度約為10m～15m。為更好的反映工程影響，網(wǎng)格布置時在工程布置河段適當(dāng)加密，并根據(jù)擬建工程平面布置形態(tài)對計算網(wǎng)格作自適應(yīng)處理，使工程位置網(wǎng)格布置與工程形態(tài)完全一致，便于工程概化過程中準確控制工程拐點和工程形態(tài)。2)邊界條件處理平面二維水流模型中，邊界條件通常包括河道進出口邊界、岸邊界及動邊界處理等。本模型中對上述邊界分別作以下處理：進口邊界：根據(jù)已知進口全斷面流量，給定入流單寬流量沿斷面的橫向分布。出口邊界：給定出口斷面的水位。地形邊界：取河道地形圖外邊線為計算的岸邊界，給定其一個比較高的高程令其流速為零，以保證計算區(qū)域的封閉。動邊界：本模型采用“凍結(jié)”法進行動邊界處理，即根據(jù)水位結(jié)點處河底高程來判斷該網(wǎng)格單元是否露出水面。若不露出，糙率取正常值；反之，更改單元的糙率(n取1010加量級)。為不影響水流控制方程的求解，在露出水面的結(jié)點處需給定一個薄水層。3)入?yún)R支流的處理由于長生河支流匯入苧溪河水量所占比例較大計算時計入，對南池溝等溪溝及市政排水管涵匯入水量很小，對苧溪河的水流運動影響不大，計算時忽略各支流的影響。 數(shù)學(xué)模型驗證 模型驗證計算的目的在于檢驗數(shù)學(xué)模型計算方法的可行性，根據(jù)實測資料確定模型中相關(guān)參數(shù)的取值，并檢驗其精度。本次主要根據(jù)水面線和垂線平均流速分布資料對模型參數(shù)進行調(diào)試。 模型驗證計算資料1)工程河段地形圖：采用川東南地勘院2005年5月實測苧溪河段1：11000水道地形圖； 2)水面線資料：采用2007年三組實測水面線資料； 3)斷面流速分布資料：采用2007年8月17日(Q=625m3/s)實測資料，共驗證S1S2S3S44四個斷面垂線流速分布，驗證斷面位置見圖。1)水位驗證成果模型計算水位成果與實測成果比較見表。模型計算水位與實測水位基本吻合。 工程河段水位驗證計算成果（水位單位：m，1981國家高程基準）時間流量(m3/s)斷面S11S22S33S44328實測計算差值625實測計算差值2)垂線平均流速分布驗證成果根據(jù)實測資料率定后，模型計算流速分布與實測流速分布情況基本一致，垂線平均流速計算值與實測值相對誤差一般小于10％(流速基數(shù)較小的測點相對誤差稍大)，根據(jù)實測水文資料綜合調(diào)試，得到該河段糙率變化范圍為n=～。根據(jù)驗證條件計算得到的河段流場，模型計算得到的流場變化平順；灘槽水流運動區(qū)分明顯，水流運動形態(tài)與河道地形變化情況符合較好。綜合分析以上驗證計算成果，所采用的數(shù)學(xué)模型能較好地模擬工程河段水流運動特性，驗證計算成果與實測成果吻合較好。表明數(shù)學(xué)模型的計算方法正確，模型中相關(guān)參數(shù)取值合理，可以用于本工程建設(shè)對河道水位及流速影響的計算分析。 計算條件 計算方案2003年6月三峽水庫已蓄水運用，在研究本工程建設(shè)對行洪影響時，本報告選用了1670m3/s、1180m m3/s、943 m3/s和28400 m3/s四級流量，%、2%和5%洪水流量，1180m3/s為天仙湖攔砂壩修建蓄水期頻率2%洪水流量。三峽水庫很快將進入正常蓄水運行期?？紤]到本工程的建設(shè)周期，本次計算方案只考慮三峽水庫正常蓄水運用以后的工況。工程對河段水流條件的影響隨著水庫淤積將逐年增大，因此，本報告除考慮研究正常蓄水初期外還研究了三峽水庫運行50年末該河段淤積基本平衡時工程對水流條件的影響，數(shù)學(xué)模型計算控制條件見表。三峽工程正常蓄水運用初期計算方案控制條件計算組次流量（m3/s）下邊界水位（m）工程處水位（m）%洪水1670汛期2%洪水1180汛期5%洪水943三峽工程運行50年末計算方案控制條件計算組次流量（m3/s）下邊界水位（m）工程處水位（m）%洪水1670汛期2%洪水1180汛期5%洪水943根據(jù)工程設(shè)計方案，擬建工程量主要為在原地形上進行的實體填方和回填反壓等，主要工程有實體造地、內(nèi)側(cè)填方和岸沿外側(cè)堆石碾壓放坡。前文在計算網(wǎng)格布置時已根據(jù)設(shè)計道路邊線對網(wǎng)格做了自適應(yīng)處理，工程局部網(wǎng)格走向與道路線完全重合，因此可直接將護岸工程所在的網(wǎng)格高程加至設(shè)計高程來反映工程的影響，其他位置根據(jù)設(shè)計方案修正地形高程。同時根據(jù)以下方法調(diào)整過水坡面糙率，具體為：局部阻力系數(shù)通過下式計算： 其中：A為過水面積；在實際估算中，將局部阻力系數(shù)轉(zhuǎn)化為糙率的形式： 概化后施工區(qū)域所在網(wǎng)格的局部綜合糙率系數(shù)為： 通過上述概化后，運用數(shù)學(xué)模型計算可得到在三峽水庫正常蓄水運行初期和運行50年末，本工程建設(shè)前后各流量級水位、流速變化等值線圖。 計算成果分析 斷面縮窄率分析為了解工程前后河道橫斷面變化情況，根據(jù)工程布置情況選取了3個典型斷面(DMl、DMDM3)進行分析，典型斷面位置見附圖。繪制了工程前后典型斷面變化圖見附圖，計算了各級流量下工程前后斷面過水面積及水面寬度變化情況。計算表明，工程實施后工程位置河道橫斷面面積和河寬有不同幅度減?。ㄅc詳細規(guī)劃相比），面積和河寬縮窄率隨水位抬高有增加趨勢?，F(xiàn)狀地形條件下，％%之間；DM2和DM3工程后過水面積及河寬變化相對較大，但這兩個位置為回流沱，有效過流能力有限，工程建設(shè)對斷面過流能力影響不大。 對水位影響分析 (1)天仙湖攔砂壩及河段護岸工程前后水位變化由于工程前后斷面過水面積及河寬發(fā)生了一定變化，河道水位隨之出現(xiàn)調(diào)整。計算表明，三峽水庫正常蓄水運用初期，工程引起的水位變化主要集中在工程局部區(qū)域。根據(jù)計算成果具體表現(xiàn)為：工程上段局部水位略有較大壅高，下段局部水位略有壅高，這種變化趨勢隨流量增大而趨明顯。遇50年一遇洪水時，遇20年一遇洪水時。(1)天仙攔砂壩及護岸工程前后流速變化工程引起的流速變化在工程河段不同河段有不同變化。具體表現(xiàn)為：遇50年一遇洪水時，工程上段前沿流速有一定減少，；工程中下段流速減速有較大減少，工程河段壩前部分流速略有增加。 對流場影響分析在三峽水庫蓄水前，天仙湖攔砂壩及護岸工程實施前，天然河道溢流場形態(tài)變化大，在萬州大橋附件受苧溪河、長生河互沖影響，流場紊亂，并受地形影響回流區(qū)大。天仙湖攔砂壩及護岸工程實施后，工程河段河勢有較大改善，流速斷面分布形態(tài)對工程有較大變化，工程河段局部回流區(qū)減少或消失，河道主流態(tài)變化減少，區(qū)域平順，總體看來工程建設(shè)特別是天仙湖攔砂壩修建對河道場形成良好流態(tài)是有利的。 護堤工程穩(wěn)定性分析計算因天仙湖核心區(qū)庫岸處于三峽水庫常年回水消落帶區(qū)，在三峽水庫蓄水運行后，水位變幅對路庫岸穩(wěn)定，根據(jù)各地塊地勘報告分析，多處處于不穩(wěn)定或欠穩(wěn)定狀態(tài)，為防治庫岸再造，坍塌甚至引起滑坡，對庫岸進行綜合整治是必要的，并需對護岸工程進行方案優(yōu)化設(shè)計、計算分析，取保工程設(shè)計安全可靠。根據(jù)涉河方案及護岸工程初步設(shè)計，現(xiàn)選幾處典型控制斷面（詳見附圖）進行穩(wěn)定性分析。根據(jù)計算分析成果，在各種工況及最不利工況下，均滿足安全穩(wěn)定性要求，護岸工程是穩(wěn)定可靠的，并具有一定抗沖刷能力和有利于水土保持。5 防洪綜合評價 與有關(guān)水利規(guī)劃的關(guān)系萬州區(qū)苧溪河為長江一級支流，苧溪河天仙湖核心區(qū)工程河段屬低山丘陵性河道，天然狀態(tài)下河床演變以及水流條件主要受邊界條件控制，天仙湖攔砂壩修建及天仙湖核心區(qū)護岸工程實施后，工程河段主要受以上控制性影響，三峽工程運行后，也受水庫調(diào)度影響。按照苧溪河綜合整治原則和精神，根據(jù)《三峽天仙湖修建性詳細規(guī)劃》工程河段的涉水工程應(yīng)保持岸線平順，不影響或盡量減少對萬州城市防洪的影響。目前，萬州城區(qū)主要水利規(guī)劃為護岸堤防建設(shè)，中心城區(qū)規(guī)劃建設(shè)的堤防已經(jīng)基本完成。苧溪河天仙湖核心區(qū)綜合整治護岸工程按照三峽庫區(qū)蓄水后的防洪標準設(shè)計，可防御50年一遇以上洪水。三峽水庫蓄水后，工程河段移民線為177m（吳淞高程），目前居民區(qū)建筑物地面一般高于177m高程（吳淞高程），本工程堤頂高程與萬州規(guī)劃的防洪標準保持一致，并考慮最大壅水影響及市政規(guī)劃要求，（吳淞高程）。苧溪河天仙湖核心區(qū)綜合整治護岸工程是根據(jù)苧溪河流域綜合整治與開發(fā)總體規(guī)劃而實施建設(shè)綜合整治工程，它具有城市發(fā)展、環(huán)境整治、地質(zhì)災(zāi)害治理、水土保持等多項作用和要求，同時也具有防洪保安的功能，是水利規(guī)劃中堤防建設(shè)的重要組成部分。本工程施工后將使整個天仙湖核心區(qū)形成一個完整的整體，將龍寶、天城片區(qū)連接形成一個有機整體，并對平順河岸、穩(wěn)定岸坡、穩(wěn)定河道形態(tài)有促進作用。 對行洪的影響分析萬州區(qū)苧溪河天仙湖核心區(qū)庫岸綜合整治護岸工程興建后，將占用部分河道水域，工程附近水位將有所壅高。根據(jù)二維數(shù)模計算和傳統(tǒng)計算分析，工程建設(shè)后，在天仙湖攔砂壩建成運用初七，汛期50年一遇洪水（Q=1180m3/s）時，（順水流方向）*320m（最大河寬方向）。在三峽水庫運用50年末，工程河段水深和過水面積較蓄水初期有所減小，計算工況條件下，工程對洪水位的影響略有增大。汛期50年一遇洪水（Q=1180m3/s）時，（順水流方向）*335m（河寬方向）。以上計算結(jié)果表明，在天仙湖攔砂壩設(shè)計規(guī)定范圍內(nèi)，壅水影響范圍主要在呈河段上游吳家灣下至天仙湖攔砂壩，在天仙湖核心區(qū)護岸工程整治范圍內(nèi)，對大壩下游萬安大橋以及工程后緣水位影響較小，護岸工程堤頂和移民線高程較工程后河道的水位有一定程度富余。本工程實施后，工程前沿流速有一定幅度增加，汛期遇50年一遇設(shè)計洪水，但工程對上游以及庫內(nèi)流速影響減小，對已建的防洪護岸工程前沿流速基本不產(chǎn)生影響。因此無論是三峽水庫正常蓄水運行初期還是天仙湖攔砂壩及庫岸綜合整治護岸工程興建后50年后，本工程興建不會對萬州河段行洪產(chǎn)生明顯影響，并能滿足防洪標準要求。 對河勢的影響分析工程河段為低山丘陵性河道，兩岸多為基巖或受人為工程控制，河床演變分析表明，三系三峽水庫蓄水前工程河段河勢基本穩(wěn)定，河流流態(tài)變化較大，部分河槽沖刷切割影響大，深泓線、主槽平面位置變化不大，年內(nèi)沖淤基本平衡。三峽水庫蓄水后，水位生該流速減緩，河床淤積，但兩岸山體走向?qū)こ毯佣嗡魅杂忻黠@的控制作用，工程河段河勢調(diào)整仍相對緩慢。擬建工程上游是寬相對較大的苧溪河河口，下游為相對狹窄的萬州長江二橋，三峽水庫正常蓄水后，工程水域基本位于回流緩流區(qū)，河床呈淤積趨勢，工程對水流及泥沙運動影響有限。據(jù)二維數(shù)模計算和近期實測，工程對流速分布影響大且范圍廣。無論是天仙湖攔砂壩及護岸工程興建后運行初期還是運行50年末，工程建設(shè)后，主流位置走向、流速分布形態(tài)、回流區(qū)為主均發(fā)生較大變化，僅工程河段壩址附近下游流速略有增加。汛期50年一遇洪水（Q=1180m3/s）時，工程河段其它部分流速都有較大減小，（順水流方向）*335m（最大河寬方向）。 對現(xiàn)有防洪工程和其它水利工程設(shè)施的影響1）對北濱路護岸工程影響北濱路護岸工程位于本工程南岸天仙1號、2號、3號、4號、5號、6號及北岸天仙7號地塊，~，設(shè)計防洪標準為50年一遇洪水。由于本工程布設(shè)于北濱路外側(cè)前緣，根據(jù)各地塊地勘報告地質(zhì)構(gòu)造分析，愈開進河床前緣，巖層傾向愈平緩且反翹，且傾角≤90176。經(jīng)分析計算，在此回填反壓是有利于穩(wěn)定，因此當(dāng)護岸工程穩(wěn)定安全前提下是有利于濱江路穩(wěn)定安全，對北濱路行洪有利，其影響較小。2）對南池溝排洪箱涵及市政排水設(shè)施影響2007年萬州水務(wù)集團在重新敷設(shè)主城區(qū)移民搬遷后市政排管涵時，已與江大蘇海公司銜接取得天仙湖水庫水位運行資料，已考慮最大壅水影響，今后運行將不能影響排水。南池溝排洪箱涵，其來水主要為太白巖集雨區(qū)，水量不大、落差高，天仙湖汛期水庫水位有一定壅高＜，對南池溝箱涵排洪能力影響甚微，且天仙湖攔砂壩沒有防空洞，當(dāng)遇大洪水時，并提前泄水騰庫，將降低水位來降低影響，因此防洪是可行的，基本無影響。3）對苧溪河大橋影響在苧溪河天仙湖核心區(qū)工程河段上游有已建萬州大橋，本工程實施后，在原河道及北岸大橋所在橋墩，高度達30m，對橋墩有嵌固作用有利于穩(wěn)定，南岸橋墩無但該區(qū)域工程實施后流速減少，流態(tài)變好，將有利橋的安全，而水位壅多在橋凈空控制范圍，且是只是應(yīng)注意北岸橋墩在回填區(qū)，應(yīng)注意在回填施工區(qū)施工側(cè)向力 及回填沉陷固結(jié)上拔力不利影響，因此工程河段護岸工程實施一方面是有利的，另方面影響較小，且通過一定技術(shù)措施可解決。 對其它事宜影響分析 苧溪河天仙湖天仙湖護岸工程后側(cè)移民已大量搬遷，并修建防洪護岸工程，，因此在設(shè)計防洪標準50年一遇洪水時是安全的，無影響或影響甚微。本工程河段內(nèi)無取水口，因此本工程建設(shè)對城市取水口不產(chǎn)生影響。，與苧溪河出口南門口由三峽水庫形成的寬廣湖面形成上下呼應(yīng)，對建立旅游區(qū)及苧溪河游艇基地是有利的。6 結(jié)論1）長江萬州河段兩岸為山區(qū)丘陵地貌，岸坡為堆石碾壓漿砌塊石或條石護坡，抗沖性強，在長期的河床演變過程中河勢天然狀態(tài)或未建攔砂壩及護岸工程變?yōu)榉€(wěn)定。三峽水庫及天仙湖攔砂壩修建蓄水運用后，苧溪河天仙湖核心區(qū)河段位于天仙湖常年回水下段，水深及河寬增大，流速變緩、河床淤積，但河勢將受兩岸綜合整治護岸布置控制地貌控制，河道形態(tài)處于緩慢調(diào)整過程中。擬建整治工程位于河道的水位較穩(wěn)定，在天仙湖運行過程中，河床呈累積性淤積趨勢，具有工程建設(shè)的基本條件。2）擬建工程興建后工程附件河道水位略有壅高，在三峽水庫正常蓄水運行初期以及50年末淤積平衡時，發(fā)生蓄水前50年一遇洪水（Q=1180m3/s）時，%（但較天然河道斷面大大增加），（順水流方向）*335m（河寬方向）范圍內(nèi)，工