陳 愷

(廣東省水利電力勘測設計研究院，廣東 廣州 510635)

清東圍位于廣東省清遠市清城區(qū)，內轄清遠市中心城區(qū)，人口眾多，行政經濟地位突出，歷史以來頻受洪澇災害影響[1]。為進一步貫徹中央水利工作方針和新時期治水新思路，保障圍內群眾生命財產安全，本次對不同水情、工情條件下洪澇災害情況進行計算分析，并對其中關鍵問題進行重點研究，旨在提供科學、合理、實用的洪水風險信息，為防洪減災決策提供技術支撐，為實現(xiàn)洪水管理提供依據(jù)。

1 基本情況

清東圍洪水風險圖編制范圍為清遠市清東圍洪泛區(qū)，清東圍內轄有新市區(qū)、1個經濟開發(fā)試驗區(qū)、2個城市街道居民委員會、21個農村管理區(qū)，圍內總集雨面積為117.7km2，總保護面積108.7km2，清東圍位置示意如圖1所示。

圖1 清東圍洪泛區(qū)位置示意圖

2 主要技術手段

開展清東圍洪水分析模型的構建、參數(shù)率定、驗證。采用MIKE軟件[2]，收集整理珠江三角洲近期河道地形資料構建珠江三角洲河網(wǎng)區(qū)一維水動力數(shù)學模型，收集整理清東圍1∶10000地形資料和水工建筑資料構建清東圍二維數(shù)學模型，考慮圍內地形線狀物較為復雜，網(wǎng)格剖分采用非結構網(wǎng)格[3]。綜合考慮潰堤影響，對珠江三角洲一維河網(wǎng)水動力數(shù)學模型和清東圍二維水動力數(shù)學模型進行耦合求解[4]。

3 關鍵問題分析

3.1 洪源量級和遭遇的確定

(1)洪源量級分析

根據(jù)清東圍所處的地理位置，洪水來源主要包括三類：一是珠江流域的北江洪水，二是北江一級支流大燕河洪水，三是圍內的暴雨內澇。其中大燕河自身集雨面積580km2，計算發(fā)現(xiàn)其自身區(qū)間洪量遠小于北江分洪時的洪量[5]，因此本次清東圍外江洪水主要考慮以北江干流洪水為主時的工況，不再單獨分析大燕河區(qū)間洪水對清東圍產生的影響。

根據(jù)《洪水風險圖編制技術細則》，外河洪水應按照遭遇防洪標準和超標準設計洪水時堤防可能發(fā)生潰堤的情形進行洪水分析計算；圍內降雨應考慮澇水外排河道水位的頂托作用，降雨量級一般取易澇區(qū)域排澇標準所對應的頻率至20年一遇。參照《清遠市江河流域綜合規(guī)劃修編報告》[6]、《清東圍干堤達標加固初設報告》[7]以及《清東圍支堤達標加固初設報告》[8]，清東圍干堤以洪為主按北江50年一遇設計洪水面線進行達標加固；清東圍支堤以洪為主按大燕河50年一遇設計洪水面線進行達標加固。綜上所述，根據(jù)清東圍保護區(qū)保護對象，確定北江洪水分析量級為50年、100年和200年一遇的洪水，區(qū)內暴雨量級選取20、50、100、200年一遇共4個量級。

(2)洪水遭遇分析

北江洪水采用干流石角站(位于項目區(qū)內北江下游段)實測流量資料，結合本區(qū)間大燕河、濱江和潖江三大支流，考慮大燕河按自身集雨面積比例遭遇區(qū)間相應頻率洪水；以圍內降雨為主時，通過選取1966—2013年清遠站24h雨量大于150mm(相當于2年一遇)的實測雨量資料，并選取對應前后3日石角站實測流量分析發(fā)現(xiàn)：1982年清遠市遭遇特大暴雨，清遠站降雨量達到647mm(接近1000年一遇)，遭遇北江干流石角站流量14800m3/s，為超10年一遇洪水。出于安全考慮，本次考慮圍內降雨為主時，遭遇1982年北江實測洪水過程。

3.2 潰口設置

潰口位置的選擇主要考慮地形地貌、行政區(qū)劃、歷史潰口、險工險段及河勢變化、堤防重點防洪段以及其他因素，并結合現(xiàn)場調查、咨詢當?shù)厮麑＜业确绞骄C合設定。

根據(jù)收集資料分析以及現(xiàn)場查勘咨詢，清東圍主要險段有北江清東圍干堤大有村險段和大燕河清東圍支堤月崗險段，見表1。

表1 清東圍堤防主要險段情況

同時根據(jù)防護對象重要性、相關防洪設施現(xiàn)狀等，在城區(qū)雞乸崗電排站出口、北江干堤七星崗水閘出口以及大堰河支堤三丫海水閘出口(燕湖新城處)等風險點設置潰口，綜上本次計算在清東圍共設置5個潰口：大有潰口、月崗潰口、燕湖新城潰口、七星崗潰口、雞乸崗潰口，潰口位置示意圖如圖2所示。

圖2 潰口位置設置示意圖

因缺乏相關歷史記錄資料，而近年來清東圍較少發(fā)生影響較大的潰堤或缺口事件，因此本次對潰口口門寬度的設定參考《洪水風險圖編制技術細則》中的經驗公式：

Bb=1.9(log10B)4.8+20

(1)

式中，Bb—潰口寬，m；B—河寬，m。潰口形狀按邊坡系數(shù)為1的梯形考慮。

堤防潰口寬度隨時間的變化：

t=0時，B=Bb/2

(2)

0

(3)

t>T時，B=Bb

(4)

式中，t—潰堤后的歷時，min；T—潰堤持續(xù)時間，min；B—任一時刻的潰口寬，m；Bb—最終潰口寬，m。

潰堤持續(xù)時間按下式確定：

T=1.527(Bb-10)

(5)

綜上所述，經計算得出5個險段潰口位置的參數(shù)成果見表2。

表2 潰口參數(shù)計算成果

3.3 計算方案的確定

根據(jù)以上洪水來源和潰口設置組合，確定本次19個計算方案(其中以降雨為主時不考慮設置潰口)，見表3。

表3 本次計算方案統(tǒng)計

4 結果和影響分析

4.1 洪水量級影響分析

計算發(fā)現(xiàn)，每個潰口不同計算工況中，洪水量級越大，圍內受災情況越嚴重。同時由于圍內地勢總體較為平坦，各潰口附近重要區(qū)域洪水到達時間均在3t以內。以雞乸崗潰口為例，不同量級各方案洪災損失見表4。

表4 各量級洪災損失統(tǒng)計

4.2 潰口位置影響分析

以200年一遇的洪(澇)量級為例，對清東圍不同潰口間進行比較，雞乸崗險段發(fā)生潰口時圍內受淹最嚴重，其次為七星崗、大有、月崗、燕湖新城，暴雨工況受災損失最小。由于圍內地勢總體較為平坦，各潰口附近重要區(qū)域洪水到達時間均在3h以內。表5為各潰口洪災損失統(tǒng)計表。

表5 各潰口洪災損失統(tǒng)計

5 結論與建議

5.1 結論

(1)根據(jù)地方實際和歷史災害，計算以遭遇北江洪水和圍內降雨時，清東圍內雞乸崗水閘等5處要害位置分別發(fā)生潰堤造成的洪水災害，組合工況共計19個計算方案。

(2)洪水分析計算表明：各計算方案中，以北江200年一遇洪水為主雞乸崗水閘發(fā)生潰堤時，清東圍受淹面積達到圍內總面積的81%，災害影響范圍最大。

(3)同頻率下，北江洪水為主工況造成的災害損失遠大于圍內降雨為主工況。

(4)清東圍圍內大部分區(qū)域地勢較為平坦，洪水入侵時演進速度快，避險轉移難度較大。

5.2 建議

(1)雞乸崗險段靠近清東圍西南部低洼區(qū)域，一旦潰堤將迅速淹沒該部分區(qū)域，同時其靠近清城區(qū)中心城區(qū)，對清東圍的防洪安全構成重大威脅，應著重加強該處險工險段的加固。

(2)建議進一步加大地區(qū)防洪投入，排查、修建老舊設施，確保防洪安全。

(3)建議發(fā)生災害時以就地轉移方式為主，遷移人員和財物應就近地勢較高的山地或高層混凝土結構的樓房。