1平原河网水动力问题分析  

绍兴柯桥平原河网位于钱塘江南岸，西北靠萧山、西南靠诸暨、东邻曹娥江上虞，南界嵘州。柯桥平原地势西南高、东北低，西南部、南部为山丘区，地面高程大多在10 500 m之间;中部及东北沿海一带地势平坦，河流纵横，湖泊众多，地面高程大多在4.5一5.5  m之间。柯桥河网水域，一方面南部的鉴湖水域在一定时期蓄水量大、水位高，与中心主城区水位差达0.5 m，即南部鉴湖水域水流具有很大的水动力势能;另一方面，柯桥平原河网存在众多严重阻水的河段，例如河道不连通的河段、阻水河段和河道宽度比较小的河段(见图1)。河网阻水河段多，水流流动性弱，防洪排涝不畅，水体富营养化等水环境问题也时有发生。    

为使鉴湖水流具有的水动力势能得到充分发挥，加快河网水流运动，快速排涝，就需要研究河网中的阻水问题，找出严重阻水的河段和工程措施对策，并分析工程措施对水流运动的影响。很多学者对河网防洪排涝工程措施进行了分析和研究，虽然研究的问题不同、研究手段不同，但对本研究具有借鉴作用。本研究利用二维数学模型研究阻水问题和对策以及对防洪排涝的影响过程和影响程度。

2河网水动力二维数学模型及其参数选取 

 河网水动力二维数学模型建模理论包括水流运动基本方程和定解条件。

2.1水流运动基本方程

2.2定解条件   

定解条件包括初始条件和边界条件。该数学模型的初始参数设定为常数;陆地边界条件设定为零流速;通量边界条件由水位边界控制，设定为不随时间变化的常数。因模拟河网的范围小，故模型中不包含科氏力和风的影响。  

 本研究水域无水文资料可以利用，由于该二维模型与一维模型的边界条件相同，因此模型参数的选择主要依据以往规划设计中一维河网数学模型验证的结果。在《绍兴县中小河流治理重点县综合整治及水系连通试点规划》《柯桥主城区活水一期工程可行性研究》等报告中，根据河网非恒定流计算方法，对河网进行了相关水力计算，取得了可靠的计算结果，验证了一维非恒定流数学模型，取得的计算结果和参数可供参考。

3河网最大阻水区域位置计算分析   

利用二维数学模型，计算河网水流运动特征值，分析水位的平面分布情况，找出较高的奎水水域。

3.1水域网格剖分  

 研究水域共剖分成752 092个单元，生成了390 860个节点，最小网格边长小于1 m。

3.2计算条件分析  

 根据河网的实际情况，选定边界控制条件:对流人河网水域边界2#至11#给定水位为3.95 m，对流出河网水域边界12#至21#给定水位为3.90 m

3.3计算成果分析 

  在上述边界条件下，计算出水域水位平面分布情况(见图2)。从图2可以看出两个较高奎水区域，一个是从6#,7#和8#流人的水流，进人河网后，受几个较窄河道的影响，产生局部阻力和局部能量损失，使得水位奎高，奎水最高水位为3.958 8 m;另一个奎水较高的区域是从9#和10#流人河网的水流进人河网后，向两侧分流，流过很长的距离后才能与两侧的低水位水流衔接，产生很大的沿程能量损失，使得水位奎高，奎水最高水位为3.953 2 m。

4河流连通工程防洪排涝影响分析   

通过计算河网水流运动找出较高的奎水位置，并提出对策，研究河流连通工程对防洪排涝的改善效果。

4.1河流连通工程措施分析

   根据上述奎水原因分析，较高奎水区域之一为多个较窄的河流引起的，河段多，加快此区域的水流运动需要的工程量大，投资大;而加快较高奎水区域之二的水流运动，只需在梅墅横江和浙东古运河之间新增一条河道，实施两个河流的水系连通，就可以加快较高奎水区域之二及其附近的水流运动，为此提出在梅墅横江和浙东古运河之间新增一条河道，河道平均宽度为7 m(见图3)。

4.2河流连通工程加快水流运动影响过程分析

4.2.1研究对象选择分析  

 新增的河道连通了南北的河网，对南部上游SE河段影响较大，而附近其他河段局部阻力会减弱，为此选择SE河段进行分析。分析河段的起点为S，终点为E，直线距离为501.2 m，选取直线上的20个点的水位和流速进行分析。  

 水系连通引起河网边界控制条件的变化对附近河道水流的影响是一个动态过程，从水流流人连通河道的最初阶段开始，水流流速和水位波动越来越剧烈，影响强度也就越来越大。随着时间的推移，边界控制条件对水流流速和水位的影响进人相对稳定阶段。本研究选择两个阶段进行分析，一个是流动初期影响强度比较大的阶段，一个是流速相对稳定的阶段。   

为进行河网管理和防洪排涝研究，选择流速作为分析对象，研究工程措施对流速增大的影响分析，计算结果见图4和图5。河网区域水系连通对加快水流流动的影响表现在时间和空间的分布上，以下从时间和空间两个方面进行分析。

4.2.2从空间看工程措施对流速增大的影响   

比较图4和图5可以看出:①在直线SE上，随着与起点S距离的增大，影响强度越来越小，流动初期，S点的流速加快到工程实施前的4. 61倍，E点的流速加快到工程实施前的1. 63倍;②随着时间的增加，进人相对稳定期，S,E两点的水位差逐渐变小，S点的流速为工程实施前的3.16倍，E点的流速为工程实施前的1.27倍;③实施河网水系连通后，不管是河网水流流动的前期还是稳定期，与工程实施前进行比较，连通工程附近水流流速加快都比较明显，表明河网水系连通工程措施有利于加快水体流动。

4.2.3从时间看工程措施对流速增大的影响  

 比较图4与图5可以看出:①流动初期，工程实施前最大流速为0.075 m/s，工程实施后流速稳定期的最大流速为0.097 m/s，最大流速均出现在与起始点S距离为369.3 m的位置;②流速稳定时，工程实施前最大流速为0.089 m/s，工程实施后流速稳定期的最大流速为0.145 m/s，最大流速也出现在与起始点S距离为369.3m的位置，即最大流速发生点的位置相同;③各位置流速稳定期的流速均大于流动初期的流速，由此也表明工程措施有利于防洪排涝。

5结语  

 利用二维数学模型计算河流连通工程实施前后的河网水流运动特征值，分析水位的平面分布状况，找出较高的奎水水域。以流速作为分析对象，从时间和空间上分析了工程措施对加快水流运动的影响程度。工程实施前最大流速为0.089 m/s，工程实施后最大流速为0.145 m/s，流速增大0.056 m/s，表明工程措施增大流速的效果明显，有利于防洪排涝和改善水环境。