近年来，随着城市建设和社会经济的快速发展，河道洪水灾害对生态资源的破坏和引起的经济损失逐渐增大，大部分区域的江河洪水对临河城镇的人口、耕地、生态以及农业等均造成不同程度的危害。在临河城镇发展过程中为减少洪涝灾害的不利影响，防洪减灾非工程措施的研究已成为洪涝风险管理及洪水风险分析的热点问题之一。

在洪水灾害风险分析方面国内许多学者开展了大量研究并给出了淹没最大的范围，如Chua等[1]以莱茵河为例，对沿线洪泛区的淹没情况利用二维水动力模型进行模拟分析；P.D Bates等[2]采用运动与扩散理论建立了淹没预测模型，对河道水流状况利用一维运动波表征，采用有限差分法进行求解，而洪范区的水流径流状况利用二维扩散波进行描述；Vacondio等[3]对开边界条件下的洪水浅水运动利用光滑粒子水动力数值模型进行模拟分析；槐文信等[4]对不规则区域的二维非恒定流运动过程利用曲线坐标系下的离散数值格式的有限分析法进行分析，然而对洪水风险分析利用概率统计方法未能全面考虑整个系统的复杂性与随机性特征；冯平等[5]在南水北调中线工程中利用二维复合事件风险组合模型进行防洪风险分析，为工程的防洪度汛提供了重要的参考价值；苑希民等[6]对洪泛区洪水平面运动过程利用二维浅水动力模型进行解析，而对任意时刻窄深河道的流量与水位等水力要素尚无法实时、准确的描述。因此，在洪水演进分析与风险管理中耦合一、二维水动力模型各自独特的优势，可充分发挥模型在河道与洪泛区模拟过程中的作用。

本文以大凌河下游河段为例，从动量守恒与水量平衡的角度构建了一、二维水动力MIKE FLOOD耦合模型，对该河段50a一遇的洪水灾害风险与淹没过程利用模型进行分析，可为大凌河洪水风险管理、防汛应急抢险以及防洪体系的完善提供一定参考。

1洪水演进方法及原理

1.1确定洪水演进方法

大凌河干流全长398km，流域内河网密布主要有牤牛河、老虎山河、凉水河子、西河等支流，平均坡降1.35‰，集水面积2.35万km2。河道主要径流山间河谷平原区、低山丘陵区和下游平原区，实测资料显示洪水灾害较为严重的区域主要集中在下游河段的平原区。另外，由于沉降、地形等作用影响使得河道防洪设计标准与实际值存在一定差距，若出现较大的洪水极易出现大范围淹没下游耕地、村庄及城镇等灾害。由于大凌河下游段的历史洪水灾害资料比较少且可靠性低，在对该河段洪水风险分析时不适用历史水灾害与水文学法。鉴于此，本研究对该河段洪水分析拟采用水力学方法，为实现堤内外水流在满溢处的交互动态实时模拟建立了一、二维河道及两岸洪水淹没耦合模型，对不同时刻的洪水动态演进水力要素，如水深、流量与水位进行动态模拟分析[7-15]。

1.2洪水演进计算原理

(1)一维水动力模型。假定河道水流为均质流态、不可压缩为一维模型的前提条件，其主要原理是通过假设水流流动过程处于一维流态且河道断面、坡降变化幅度不大，并服从静水压力分布的条件，采用一维明渠非恒定流微分方程即圣维南方程组进行模拟分析，其表达式如下：

式中，A—断面面积，m2；Q—断面流量，m3/s；q—单位河长上的支流流量，m3/s；x—距离，m；t—时间，s；Z—水位，m；R—水力半径，m；C—谢才系数，s/m1/3；α—动量校正系数，无量纲。

(2)二维水动力模型。采用二维水动力模型对大凌河下游河段洪水淹没区域进行分析，应充分考虑河道水面环流、水平与垂直向水动力大小以及洪水深浅等因素的影响，根据洪水的特点可采用下述连续方程作为二维水动力模型，其表达式为：

水流的动量方程表达式如下：

式中，Z,M—水深与水位，m；q，u，v—连续方程中的源汇项以及在x，y2个方向上的平均流速，m/s；M，N—在x，y2个方向上垂向单宽平均流量，m2/s；n，g—曼宁粗糙系数与重力加速度，m2/s。

(3)一、二维水动力模型的耦合。在河道洪水演进过程中为充分发挥一、二维模型的独特优势，避免单独使用各模型时可能出现的准确性与精度较低的问题，本研究考虑将一、二维模型利用侧向连接方式构建MIKE FLOOD动态耦合，在固定时间步长下大凌河下游河段两岸洪水威胁区域的二维模型的入流条件为一维模型的实时动态计算数据，从而实现对河道洪水风险分布状况及堤线漫溢淹没过程的模拟计算。

2构建洪水演进计算耦合模型