2.2　王家壩至魯臺子河段一維、二維耦合水動力數(shù)學(xué)模型

2.2.1　模型范圍及資料選擇

2.2.1.1　模型范圍的選定

淮河干流王家壩至魯臺子段河道全長約161km，區(qū)間集水面積5.8萬km2。該段主要支流有史河、淠河、洪河分洪道、谷河、潤河和沙潁河等。沿程分布有南潤段、邱家湖和姜唐湖等3處行洪區(qū)(其中南潤段和邱家湖行洪區(qū)規(guī)劃調(diào)整為蓄洪區(qū))和濛洼、城西湖和城東湖等3處蓄洪區(qū)。此外，兩岸河灘地上還分布有郎河灣圩、汲河圩等多個生產(chǎn)圩，洪水時漫溢與行洪區(qū)一起輔助行洪，是淮河干流行洪通道的一部分。研究區(qū)域概況如圖2.2-1所示。

針對研究范圍內(nèi)河道特點，對淮河干流王家壩至魯臺子段、濛河分洪道、沙潁河阜陽閘至沫河口段采用一維方法模擬;對分布在河道兩側(cè)3處行洪區(qū)(南潤段、邱家湖、姜唐湖)及3處蓄洪區(qū)(濛洼、城西湖、城東湖)采用二維方法模擬。

2.2.1.2　基礎(chǔ)資料

(1)水文資料:選擇2003年、2005年、2007年和2008年共4年的水文資料對模型進行率定與驗證。其中，2005年和2008年屬中小洪水年，沿程各行蓄洪區(qū)均未啟用，但洪水均已上灘，可用來進行平槽和漫灘洪水級的驗證;2003年和2007年屬大洪水年，南潤段、邱家湖、姜唐湖等行洪區(qū)參與行洪，可用來進行大洪水級的驗證。上述年份已收集到的水文資料見表2.2-1。

(2)地形資料:本次研究主要收集了1992—2010年間模型范圍內(nèi)所測淮河干流、行蓄洪區(qū)及支流的地形資料，見表2.2-2。

(3)工程資料:1991—2015年，王家壩至魯臺子段河道已實施的影響河道泄流能力的整治工程共計9項，見表2.2-3。

各年份驗證計算所選用的淮河干流王家壩至魯臺子段地形資料組合見表2.2-4;各年份驗證計算所選用的行蓄洪區(qū)、濛河分洪道、沙潁河的地形資料依次為地形6、地形7和地形8。上述地形與水文資料基本同步，結(jié)合該段工程整治資料，可作為模型驗證計算的地形條件。

(4)行洪區(qū)調(diào)度資料:2003年、2007年本段行洪區(qū)實際開啟數(shù)量、順序、時機、口門的位置、寬度、底坎高程主要參考文獻[8，9]及文獻[10，11]。

(5)實體模型資料:臨淮崗洪水控制工程淺孔閘、深孔閘過閘落差及分流比驗證參考文獻[12，13]，姜唐湖退洪閘過閘落差參考文獻[14]模型試驗成果。

2.2.2　模型的定解條件

(1)邊界條件:模型擁有7個進口和1個出口。具體邊界設(shè)置見表2.2-5。

(2)初始條件:對于淮河干流、濛河分洪道和沙潁河等一維模型，以計算起始時前三天進出口邊界條件的平均值計算出模型各斷面的初始水位;對于行洪區(qū)二維模型，給定各網(wǎng)格點初始水位低于區(qū)域內(nèi)河床的最低點，即作為干河床啟動。

2.2.3　模型參數(shù)和特殊問題的處理

2.2.3.1　計算時間步長和空間步長

(1)空間步長:一維模型根據(jù)斷面資料采用不等間距的節(jié)點布置，淮河干流平均計算步長約為500m，沙潁河、濛河分洪道等支流平均計算步長為800～1000m;二維模型采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格剖分計算區(qū)域，網(wǎng)格空間步長取200～400m，地形復(fù)雜處及建筑物附近適當(dāng)加密。

(2)時間步長:MikeFlood標(biāo)準(zhǔn)連接和側(cè)向連接均采用顯格式進行一維、二維模型的耦合計算，時間步長受柯朗條件的限制，為滿足穩(wěn)定性和精度要求，本次計算Δt=3s。

2.2.3.2　計算時段的選取

選取2003年、2005年、2007年和2008年洪水從起漲至峰頂?shù)交芈涞恼麄€過程作為計算時段，具體見表2.2-6。

2.2.3.3　糙率的取值

本段一維、二維模型中糙率的取值以沿程各站實測水文資料為依據(jù)，淮河干流河道主槽的糙率為0.025～0.028，灘地的糙率為0.036～0.045;濛河分洪道糙率為0.04;沙潁河河道主槽糙率為0.025～0.035，灘地的糙率為0.038～0.045;行洪區(qū)及圩區(qū)糙率為0.05。各段糙率取值詳見表2.2-7。

2.2.3.4　渦黏系數(shù)的取值

二維模型控制方程中的渦黏系數(shù)由紊流模型確定，渦黏性系數(shù)的大小和網(wǎng)格的尺度、水深和摩阻流速有關(guān)，在寬闊水域或流速較低的計算中其值主要考慮數(shù)值計算的穩(wěn)定性，黏性系數(shù)變化對水流模型并不敏感。

本次計算使用Smagorinsky公式[5-6]，將渦黏系數(shù)當(dāng)做是應(yīng)變率的函數(shù):

式中:u、v分別為x、y方向的垂線平均流速;l代表特征長度;Cs為計算參數(shù)，一般取0.25≤Cs≤1.0，本次計算Cs取0.28。以下各段模型的渦黏系數(shù)均由此方法計算。

2.2.3.5　動邊界的處理

目前，國內(nèi)外最為廣泛采用的動邊界處理方法為干濕網(wǎng)格法和窄縫法。本次計算基于趙棣華[7]的處理方式。將控制體分為濕單元、干單元和半干半濕單元三種。當(dāng)單元處于干狀態(tài)，該控制體不參加計算;當(dāng)控制體為半干半濕狀態(tài)時，用簡化的方法進行計算;當(dāng)單元為濕控制體時，用黎曼近似解來計算。具體操作如下:

(1)滿足下面兩個條件單元邊界被定義為淹沒邊界:首先單元的一邊水深必須小于hdry，且另一邊水深必須大于hflood。再者，水深小于hdry單元的靜水深加上另一單元表面高程水位必須大于零。

(2)滿足下面兩個條件單元會被定義為干單元:首先單元中的水深必須小于干水深hdry，另外該單元的三個邊界中沒有一個是淹沒邊界。被定義為干的單元在計算中會被忽略不計。

(3)單元被定義為半干:如果單元水深介于hdry和hwet之間，或是當(dāng)水深小于hdry但有一個邊界都是淹沒邊界。此時動量通量被設(shè)定為0，只有質(zhì)量通量會被計算。

(4)單元會被定義為濕:如果單元水深大于hwet。此時動量通量和質(zhì)量通量都會在計算中被考慮。

本次計算各水深閾值的取值分別為:hdry=0.005m，hflood=0.05m，hwet=0.1m。數(shù)值計算表明該法能有效處理計算中出現(xiàn)的動邊界問題。

2.2.3.6　臨淮崗樞紐過流計算

1.臨淮崗樞紐概況

臨淮崗洪水控制工程位于淮河干流正陽關(guān)以上28km處，集水面積4.22萬km2，是控制淮河中游洪水的戰(zhàn)略性骨干工程。工程主體包括主壩、副壩、上下游引河、12孔深水閘、49孔淺水閘、姜唐湖進洪閘及2座船閘。臨淮崗工程始建于1958年，1962年停建時僅完成49孔淺水閘、10孔深水閘、500t級船閘及壩體工程，不能完全發(fā)揮整體防洪效益。續(xù)建工程于2001年開工建設(shè)，2006年建成，完成了49孔淺水閘加固工程、新建12孔深水閘、姜唐湖進洪閘及主副壩工程等[12-13]。臨淮崗洪水控制工程樞紐布置如圖2.2-2所示。

2.臨淮崗樞紐河網(wǎng)概化

臨淮崗樞紐泄水建筑物主要由12孔深水閘、49孔淺水閘和姜唐湖進洪閘組成，各閘設(shè)計參數(shù)見表2.2-8，臨淮崗樞紐河網(wǎng)概化圖如圖2.2-3所示。

3.堰閘流量計算

堰閘過流的狀態(tài)可分為自由堰流、淹沒堰流、自由孔流和淹沒孔流4種，不同流態(tài)采用不同的計算公式。

(1)自由堰流:對于自由出流的寬頂堰與實用堰，取堰上游和堰頂處斷面，建立能量方程如下:

式中:h1、hs分別為堰上游及堰頂斷面處水位;A1、As分別為堰上游及堰頂斷面處的面積;Qs為通過堰頂?shù)牧髁?ξ1為進口局部損失系數(shù)。

式中:ξ自由為進口收縮段自由出流系數(shù)。

綜合式(2.2-2)和式(2.2-3)，自由堰流的流量計算公式如下:

(2)淹沒堰流:對于淹沒出流的寬頂堰與實用堰，取堰上、下游斷面，建立能量方程如下:

式中:h1、h2分別為堰上、下游斷面處水位;A1、As、A2分別為堰上游、堰頂、堰下游斷面處的面積;Qs為通過堰頂?shù)牧髁?ξ為局部損失系數(shù)，為進口段和出口段局部水頭損失系數(shù)之和。

式(2.2-6)～式(2.2-8)中:ξ1、ξ2分別為進口段、出口段水頭損失系數(shù);ξin、ξout分別為進口收縮和出口擴大系數(shù)。

淹沒堰流的流量計算公式為

(3)自由孔流:對于自由出流的閘孔，采用水力學(xué)公式[1-4]計算流量:

式中:Qs為流量;b為閘門寬度;y1為堰上水頭;Cd為自由孔口流量系數(shù)，采用式(2.2-10)計算。

式中:w為閘門開度;Cc為收縮系數(shù)，與弧形閘門的開度有關(guān)。

(4)淹沒孔流:對于淹沒出流的閘孔，其流量的計算公式[1-4]為

式中:μ為淹沒出流系數(shù);y1、y2為堰頂上游、下游的水深。

2.2.3.7　行洪區(qū)口門的開啟及過流計算

1.行洪區(qū)口門的開啟

在驗證年份的洪水中，除2007年荊山湖行洪區(qū)通過進、退洪閘進行行洪、蓄洪外，其他行洪區(qū)均為破口行洪。由于破口后口門上下水頭差較大，所形成的水流強度也較大，在強水流的沖刷作用下，口門不斷地沖刷和坍塌直至達到最終的寬度和底坎高程，在這一過程中行洪區(qū)的流量也逐步增大。為模擬行洪區(qū)潰口的過程，計算中將破口行洪的行洪區(qū)口門的寬度、底坎高程設(shè)為時間的函數(shù):

式中:Bt、B最終分別為計算時刻和最終穩(wěn)定時口門的寬度;Z初始、Zt、Z最終分別為初始狀態(tài)、計算時刻和最終穩(wěn)定時口門底坎的高程;t總為口門開啟到口門底坎沖刷和橫向展寬達到穩(wěn)定狀態(tài)的時間，一般根據(jù)觀測或試驗資料反求得到[15-16]。

經(jīng)過上述處理后，行洪區(qū)口門可以逐步?jīng)_刷發(fā)展，這樣既符合口門實際啟用的實際情況，又避免了因口門突然打開出現(xiàn)的突變和由此產(chǎn)生的數(shù)值振蕩現(xiàn)象，使模型計算更加穩(wěn)定[17-19]。

2.行洪區(qū)與干流的銜接及過流計算

行洪區(qū)和干流河道之間是通過閘門和口門進行水量的交換，為了反映閘門的啟閉與口門的變化對過流量的影響，本次研究將行洪區(qū)的閘門和口門作為連接單元，采用Mike-Flood標(biāo)準(zhǔn)連接實現(xiàn)行洪區(qū)二維和淮河干流一維之間的耦合計算。

連接單元的過流計算分兩種情況:對于行洪區(qū)的閘門，主要根據(jù)過閘堰流或孔流的計算公式確定;對于行洪區(qū)的口門，則根據(jù)計算時刻口門的寬度、底坎高程及口門兩側(cè)的水位等因素，按照堰流的公式進行計算。

當(dāng)行洪區(qū)的水位在短時間內(nèi)出現(xiàn)較大變化時，可能會使連接單元流量的計算發(fā)生振蕩，為避免行洪區(qū)水位波動對過流量計算產(chǎn)生影響，需要對二維模型與一維模型之間水位的傳遞進行延遲處理[1-4]，即適當(dāng)減縮本時間層與上一層次水位計算結(jié)果的差值，以利于非線性迭代過程的收斂，具體的計算公式如下:

式中:分別為n-1及n時刻一維模型的水位;為n時刻二維模型的水位;a為延遲系數(shù)，本次計算取0.2。

數(shù)值計算表明，引入延遲系數(shù)后可有效地避免由于行洪區(qū)水位波動導(dǎo)致的計算振蕩甚至失耦等問題。

2.2.3.8　重點圩區(qū)過流計算

沿淮的重點圩區(qū)與干流河道之間主要通過漫堤的方式進行水量交換，為反映這種特點，本次研究將圩區(qū)堤防作為溢流構(gòu)筑物，采用MikeFlood側(cè)向連接實現(xiàn)重點圩區(qū)二維和淮河干流一維之間的耦合計算。

溢流構(gòu)筑物的過流主要根據(jù)堤防過水寬度、堤頂高程及堤兩側(cè)的水位等因素，將其概化為寬頂堰，按照Villemonte公式[1-4]計算:

式中:Q為流量;C為堰流系數(shù);b為寬度;k為堰流指數(shù);Hus為堰上游水位;Hds為堰下游水位;Hw為堰頂高程。

當(dāng)圩區(qū)兩側(cè)的水位相差較小時，可能會使溢流構(gòu)筑物中的水流方向不斷地發(fā)生改變，為避免這種情況對模型穩(wěn)定性的影響，需要設(shè)置一個水位差閾值Dt。當(dāng)Hus-Hw<Dt時，對流量計算值Q進行平滑處理，當(dāng)Hus-Hw≥Dt時，對流量計算值Q不進行平滑處理。本次計算Dt取0.1m。

2.2.4　模型率定與驗證

在對實測資料進行分析的基礎(chǔ)上，利用中等洪水2005年、2008年及大洪水2003年、2007年的洪水過程對模型的參數(shù)進行率定和驗證，以檢驗?zāi)Ｐ偷倪m用性、穩(wěn)定性及計算的精度。

2.2.4.1　2005年洪水過程復(fù)演

1.2005年實測洪水過程

2005年7月9日至9月16日期間，潤河集站總洪量為145.91億m3，其中淮河干流王家壩總(淮河王家壩、官沙湖分洪道釤崗、洪河分洪道地理城、濛洼蓄洪區(qū)王家壩閘之和，下同)來水量為121.86億m3，占83.5%;史河蔣家集站來水量16.19億m3，占11.1%;未控區(qū)間來水量為7.86億m3，占5.4%。

魯臺子站總洪量為210.18億m3，其中淮河干流潤河集站總來水量為145.91億m3，占69.4%;淠河橫排頭來水量14.58億m3，占7.4%;沙潁河阜陽閘來水量32.44億m3，占15.4%;未控區(qū)間來水量為16.35億m3，占7.8%。詳見表2.2-9和表2.2-10。

淮河干流王家壩、潤河集和魯臺子站都有兩次洪水過程，最大流量分別為3530m3/s、5560m3/s、6680m3/s，最高水位分別為29.03m、26.60m、25.37m;北部支流沙潁河阜陽閘最大流量為1777m3/s，閘下最高水位27.97m;南部支流史河和淠河在9月3日至9月5日有一次較大的洪水過程，蔣家集和橫排頭壩下最大流量分別為2830m3/s和5540m3/s。各站實測水位—流量過程如圖2.2-4～圖2.2-9所示。

2.復(fù)演驗證成果

2005年本河段沿程王家壩、潤河集、臨淮崗閘上、臨淮崗閘下、正陽關(guān)等站計算水位過程線與實測水位過程線比較如圖2.2-10～圖2.2-14所示;潤河集和魯臺子站計算流量過程線與實測流量過程線比較如圖2.2-15、圖2.2-16所示。

從圖2.2-10～圖2.2-14中可以看出，各測站計算水位過程與實測水位過程一致性良好，峰值水位計算值與實測值之間的差值均在5.00～10.00cm。王家壩站在低水位時，計算與實測差值較大是因為王家壩至三河尖段河道采用1999年和1992年的組合地形，人工采沙等原因?qū)е略摰匦闻c2005年洪水地形有一定差異，對低洪水位計算影響大;從圖2.2-15、圖2.2-16中可以看出，潤河集和魯臺子站峰值流量計算值與實測值相差均在5%以內(nèi)。模型較好的重現(xiàn)了2005年洪水演進的過程。

2.2.4.2　2008年洪水過程復(fù)演

1.2008年實測洪水過程

2008年是中小洪水年份，在7月24日至8月28日期間，潤河集總洪量為54.66億m3，其中淮河干流王家壩總來水量為48.03億m3，占87.9%;史河蔣家集來水量4.58億m3，占8.4%;未控區(qū)間來水量為2.05億8m3，占3.8%。

魯臺子總洪量為74.35億m3，其中淮河干流潤河集總來水量為54.66億m3，占73.5%;淠河橫排頭來水量5.32億m3，占7.2%;沙潁河阜陽閘來水量10.23億m3，占13.8%;未控區(qū)間來水量為4.73億m3，占5.6%。詳見表2.2-11和表2.2-12。

淮河干流王家壩、潤河集和魯臺子站都有兩次洪水過程，最大流量分別為2900m3/s、3717m3/s、3740m3/s，最高水位分別為28.37m、24.53m、21.71m;北部支流沙潁河阜陽閘最大流量為1433m3/s，閘下最高水位26.5m;南部支流史河和淠河流量較小，蔣家集和橫排頭壩下最大流量分別為920m3/s和1140m3/s。各站實測水位—流量過程如圖2.2-17～圖2.2-22所示。

2.復(fù)演驗證成果

2008年本河段沿程主要測站計算水位過程線與實測水位過程線比較如圖2.2-23～圖2.2-27所示，魯臺子站計算流量過程線與實測流量過程線比較如圖2.2-28所示。從圖2.2-23～圖2.2-27中可以看出，各測站計算水位過程與實測水位過程一致性良好，峰值水位計算值與實測值之間的差值均在5.00～10.00cm，王家壩站在低水位時，計算與實測差值較大，原因同2005年洪水計算;從圖2.2-28中可以看出，魯臺子站峰值流量計算值與實測值相差均在5%以內(nèi)。模型較好的重現(xiàn)了2008年洪水演進的過程。

2.2.4.3　2003年洪水過程復(fù)演

1.2003年實測洪水過程

2003年6月28日至8月30日期間，潤河集總洪量為145.98億m3，其中淮河干流王家壩總來水量為98.9億m3，占67.7%;史河蔣家集來水23.26億m3，占15.9%;未控區(qū)間來水量為23.82億m3，占16.3%。

魯臺子總洪量為223.44億m3，其中淮河干流潤河集總來水量為145.98億m3，占65.3%;淠河橫排頭來水量17.03億m3，占7.6%;沙潁河阜陽閘來水量30.82億m3，占13.8%;未控區(qū)間來水量為29.61億m3，占13.3%。詳見表2.2-13和表2.2-14。

淮河干流王家壩至魯臺子段出現(xiàn)三次較大的洪水過程，如圖2.2-29～圖2.2-35所示。

(1)第一次洪水過程，持續(xù)時間為6月21日至7月7日[8]。

王家壩站從6月29日23時起漲，30日17時超過警戒水位。在上游支流白鷺河、洪汝河同時來水的情況下，7月2日14時水位達28.95m(超保證水位0.06m)，相應(yīng)王家壩總流量為6390m3/s。3日1時王家壩水位達29.28m，濛洼蓄洪區(qū)啟用，4時王家壩站出現(xiàn)2003年最高水位29.31m，相應(yīng)王家壩總流量為7610m3/s，5日6時，王家壩閘關(guān)閉停止分洪。

潤河集站從6月27日8時起漲，7月1日17時水位達24.15m，相應(yīng)流量3130m3/s，3日23時水位26.96m(超保證水位0.01m)，相應(yīng)流量6920m3/s。6月2日出現(xiàn)洪峰水位27.16m，相應(yīng)流量7170m3/s。6日23時水位落至保證水位以下。

正陽關(guān)6月21日8時起漲水位為17.97m，魯臺子相應(yīng)為315m3/s。在上游潤河集及支流潁河、淠河來水的共同影響下，7月2日22時正陽關(guān)水位漲至24.01m(超警戒水位0.12m)，魯臺子相應(yīng)流量5380m3/s。在2日20時36分沙潁河啟用茨淮新河分洪，4—5日洛河洼、上下六坊堤、石姚段行洪區(qū)先后啟用，4日18時正陽關(guān)水位漲至26.06m后，漲幅減緩并出現(xiàn)小的起伏。6日4時，正陽關(guān)水位達到保證水位26.39m，6日15時出現(xiàn)洪峰水位26.44m，超過保證水位0.05m，受唐垛湖分洪影響，正陽關(guān)水位迅速下降，6日17時降至保證水位以下，7日2時降至25.31m。

魯臺子站7月5日14時出現(xiàn)年洪峰流量7890m3/s，7月6日15時水位升至26.17m。

(2)第二次洪水過程，持續(xù)時間為7月8—15日[8]。

王家壩站7月8日20時水位27.43m起漲，11日2時，王家壩水位達到28.76m，濛洼蓄洪區(qū)再度啟用，最大分洪流1370m3/s，王家壩總流量4870m3/s。

潤河集站7月8日20時水位從26.33起漲，11日2時水位達27.09m。在王家壩閘第二次開啟分洪，邱家湖行洪區(qū)破口行洪、城東湖蓄洪區(qū)開閘分洪共同影響下，11日17時出現(xiàn)當(dāng)年最高水位27.51m，相應(yīng)流量6940m3/s，之后水位開始回落。

正陽關(guān)水位7月9日18時從25.78m開始起漲，11日8時達到26.42m，超過保證水位0.02m，魯臺子相應(yīng)流量為7120m3/s。在邱家湖行洪區(qū)和城東湖蓄洪區(qū)分洪的`影響下，正陽關(guān)站11日18時水位漲至26.67m后回落，魯臺子流量7620m3/s。正陽關(guān)12日18時出現(xiàn)當(dāng)年最高水位26.70m。14日14時落至保證水位以下。

魯臺子站11日18時出現(xiàn)洪峰流量7620m3/s，12日18時出現(xiàn)當(dāng)年最高水位26.38m。淮南水位站本次洪水過程中7月13日20時出現(xiàn)洪峰水位24.08m。

(3)第三次洪水過程，持續(xù)時間為7月19—25日[8]。

王家壩站7月21日3時起漲，24日4時洪峰水位28.53m，洪峰流量5429m3/s。

潤河集站7月24日20時出現(xiàn)洪峰水位26.51m，洪峰流量5810m3/s。

正陽關(guān)站7月21日8時起漲水位為24.89m，25日10時出現(xiàn)洪峰水位25.67m;魯臺子站24日20時出現(xiàn)洪峰流量6060m3/s，25日8時出現(xiàn)洪峰水位25.38m。

本段河道主要支流河道水位—流量過程，如圖2.2-32～圖2.2-34所示。

1)沙潁河:第一次洪水持續(xù)時間為6月19日至7月13日，阜陽閘7月3日21時全開泄洪，7月3日最大泄量為2480m3/s，為2003年最大流量，阜陽閘下7月6日17時出現(xiàn)最高水位29.31m，11日7時關(guān)閉。第二次洪水持續(xù)時間為7月19—25日，阜陽閘7月20日17時開閘泄洪，22日9時，下泄流量為2170m3/s，阜陽閘下22日18時出現(xiàn)洪峰水位28.77m。

2)史灌河:蔣家集站出現(xiàn)兩次較大洪水過程。第一次洪峰過程，6月29日20時蔣家集水位從28.5m起漲，7月2日4時出現(xiàn)洪峰水位32.13m，相應(yīng)流量2550m3/s。第二次洪峰過程，7月8日10時蔣家集水位從28.13m再次起漲，11日4時出現(xiàn)最高水位32.28m，相應(yīng)洪峰流量3880m3/s。

3)淠河:橫排頭站出現(xiàn)一次較大的洪水過程，橫排頭壩下最高水位50.39m，相應(yīng)流量3250m3/s。

2.復(fù)演驗證成果

2003年本河段主要測站計算水位過程線與實測水位過程線如圖2.2-35～圖2.2-41所示;魯臺子站計算流量過程線與實測流量過程線比較如圖2.2-38所示。

從圖2.2-35～圖2.2-37中可以看出，淮河干流測站計算水位過程與實測水位過程一致性良好，峰值水位計算值與實測值之間的差值均在1～10cm，王家壩站在低水位時，計算與實測差值較大，是因為王家壩至三河尖段河道采用1999年和1992年的組合地形，人工采砂等原因?qū)е略摰匦闻c2003年洪水地形有一定差異，對低洪水位計算影響較大;由圖2.2-38可以看出，魯臺子站峰值流量計算值與實測值相差在5%以內(nèi)。模型較好地重現(xiàn)了2003年洪水演進的過程。

2.2.4.4　2007年洪水過程復(fù)演

1.2007年實測洪水過程

2007年淮河流域干支流洪水并發(fā)，淮河上游和淮北來水大，淮南來水少，其中淠河最大流量471m3/s，洪量僅占魯臺子站的0.92%[9]。

在6月29日至8月29日期間，潤河集總洪量為137.85億m3，其中淮河干流王家壩總來水量為116.25億m3，占84.3%;史河蔣家集來水10.78億m3，占7.8%;未控區(qū)間來水量為10.82億m3，占7.8%。

魯臺子總洪量為198億m3，其中淮河干流潤河集總來水量為137.85億m3，占69.6%;淠河橫排頭來水量1.82億m3，0.92%;沙潁河阜陽閘來水量40.54億m3，占20.5%;未控區(qū)間來水量為17.79億m3，占9.0%。詳見表2.2-15和表2.2-16。

淮河干流王家壩至魯臺子段各站水位—流量過程，如圖2.2-39～圖2.2-41所示。

王家壩站7月出現(xiàn)4次較大的洪峰，6月30日8時王家壩水位從20.41m(相應(yīng)流量252m3/s)起漲，7月3日20時水位達27.4m，超警戒水位0.01m。7月6日8時出現(xiàn)第一次洪峰，水位28.29m，相應(yīng)王家壩總流量4210m3/s。10日10時水位達到保證水位29.20m，12時水位漲至29.37m，相應(yīng)總流量為5860m3/s，濛洼蓄洪區(qū)王家壩閘開閘蓄洪，16時出現(xiàn)2007年最大洪峰，總流量為8020m3/s，11日3時出現(xiàn)最高水位29.48m，之后水位開始回落。15日0時水位從27.94m(相應(yīng)總流量2650m3/s)起漲，17日9時出現(xiàn)第三次洪峰，水位為28.84m，相應(yīng)洪峰總流量為5130m3/s。27日0時出現(xiàn)第四次洪峰，水位27.93m，相應(yīng)總流量為3290m3/s。8月初至9月初出現(xiàn)4次小洪水過程，洪峰流量均在1000m3/s左右。

潤河集站7月出現(xiàn)3次較大洪峰，6月28日18時水位從18.49m(相應(yīng)流量310m3/s)起漲，7月5日20時水位達警戒水位24.15m。11日12時，水位27.64m，上游南潤段行洪區(qū)破堤行洪，下游姜唐湖和邱家湖也分別于15時和16時行洪。11日15時出現(xiàn)2007年最大洪峰，水位27.67m，相應(yīng)洪峰流量為7520m3/s，之后水位開始回落。18日14時出現(xiàn)第二次洪峰，水位26.81m，相應(yīng)流量5460m3/s。27日5時，出現(xiàn)第三次洪峰，水位26.04m，相應(yīng)流量4180m3/s。

正陽關(guān)站2007年出現(xiàn)兩次洪峰。6月28日20時正陽關(guān)起漲水位為17.76m，相應(yīng)魯臺子流量為595m3/s，7月9日5時正陽關(guān)水位漲至23.90m(超警戒水位0.01m)，魯臺子流量相應(yīng)為4790m3/s。11日15時正陽關(guān)出現(xiàn)2007年最大洪峰，水位26.29m(超保證水位0.1m)，相應(yīng)魯臺子流量為7970m3/s，15日15時姜唐湖行洪區(qū)開閘進洪，16時邱家湖行洪區(qū)破堤行洪，正陽關(guān)水位有所回落。16日正陽關(guān)水位從25.37m再次起漲，18時23分出現(xiàn)第二次洪峰，水位25.94m，相應(yīng)魯臺子流量為6830m3/s。隨后正陽關(guān)水位緩慢回落，8月下旬末才退盡。

本段河道主要支流當(dāng)年水位—流量過程，如圖2.2-42～圖2.2-44所示。

(1)沙潁河:第一次洪水持續(xù)時間為6月29日至7月15日，阜陽閘7月11日2時出現(xiàn)洪峰流量為1430m3/s，23時出現(xiàn)洪峰水位為27.27m;第二次洪水持續(xù)時間為7月16—20日，阜陽閘7月17日14時出現(xiàn)洪峰流量為1890m3/s，23時出現(xiàn)洪峰水位為29.35m(超警戒水位0.91m);第三次洪水持續(xù)時間為7月20—25日，阜陽閘7月23日2時出現(xiàn)洪峰流量為2120m3/s，14時出現(xiàn)洪峰水位為30.11m(超警戒水位1.63m)。

(2)史灌河:7月10日9時出現(xiàn)2007年最大洪峰，蔣家集站水位32.87m，超警戒水位0.86m，相應(yīng)洪峰流量3110m3/s，12日以后洪峰流量均在500m3/s以下。

(3)淠河:橫排頭站2007年沒有發(fā)生洪水，最大流量471m3/s。

2.復(fù)演驗證成果

2007年本河段主要測站計算水位過程線與實測水位過程線比較如圖2.2-45～圖2.2-49所示。魯臺子站計算流量過程線與實測流量過程線比較如圖2.2-50所示。

從圖2.2-45～圖2.2-49中可以看出，各測站計算水位過程與實測水位過程一致性良好，峰值水位計算值與實測值之間的差值均在1.00～8.00cm，王家壩站在低水位時，計算與實測差值較大，原因同2003年洪水計算;圖2.2-50中，魯臺子站峰值流量計算值與實測值相差均在5%以內(nèi)。模型較好的重現(xiàn)了2007年洪水演進的過程。

2.2.5　臨淮崗洪水控制工程泄水建筑物泄流能力計算驗證

采用臨淮崗洪水控制工程樞紐深孔閘和淺孔閘水工模型試驗成果[12]，對樞紐數(shù)學(xué)模型的概化方式及各堰閘流量系數(shù)的取值進行進一步驗證。具體的邊界條件和兩種模擬方法成果比較見表2.2-17。

對比三個流量級的模擬成果可以看出，深孔閘水工模型(物模)與數(shù)學(xué)模型(數(shù)模)過閘落差的差值均在0.01m以內(nèi)，淺孔閘水工模型與數(shù)學(xué)模型過閘落差的差值0.02m，各閘過閘流量差別一般在3%以內(nèi)。兩種模擬方法得出的成果基本一致。