單華猛

(連云港市水利建筑安裝工程有限公司，江蘇 連云港 222000)

1 概 述

城市防洪排澇工程建設(shè)對城市安全發(fā)展具有重要意義。隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)發(fā)展，原本的郊野地區(qū)已經(jīng)逐漸成為城市發(fā)展的重地，一些低洼地段在洪水期將遭受洪澇災(zāi)害，給當?shù)氐陌l(fā)展、建設(shè)帶來不利影響[1-3]。因此，分析洪澇災(zāi)害風險范圍，為防洪規(guī)劃建設(shè)提供參考是十分必要的。水動力模型是水文工程模擬中常用的方法，具有建模簡單、計算精度高等優(yōu)勢[4-6]。結(jié)合和縣江堤內(nèi)河片區(qū)防洪現(xiàn)狀，對規(guī)劃防洪標準條件下洪水風險進行分析，為防洪規(guī)劃提供參考。

2 工程概況

和縣江堤內(nèi)河河道主要涉及石跋河、得勝河、太陽河、姥下河。石跋河涉及石跋河及其支流雙橋河，全長約34.97 km，其中石跋河上至S206，下至石跋河閘，全長約17.68 km；雙橋河上至孫村，在西洲處匯入石跋河，全長約17.29 km。得勝河上至華陽西路，下至金河口閘，全長約35.37 km。太陽河和姥下河以豐山新河相連為相互連通的水系，整個水系全長約48.55 km。

3 水動力模型架構(gòu)

3.1 一維水動力模型

牛屯河、姥下河、太陽河匯入長江并通過豐山新河水系相連，牛屯河同時也是巢湖入長江的一條分洪道。在內(nèi)部有較大洪水時，其上游銅城閘關(guān)閉，關(guān)閉后牛屯河區(qū)域洪水較小，且與豐山新河水系有杭河泊閘控制，因此牛屯河可看成為一支獨立水系?？紤]到牛屯河做為分洪道，河道規(guī)模及堤防高度均遠遠超過流域內(nèi)洪水的設(shè)計要求，本次初設(shè)按杭河泊閘關(guān)閘，不再搭建牛屯河的一維水動力模型。目前，得勝河與太陽河連接處有八字河閘控制，汛期也是關(guān)閘考慮。因此，內(nèi)河一維水動力模型，根據(jù)保護區(qū)內(nèi)的水系情況，分成3個相對獨立流域搭建，即石跋河-雙橋河流域、得勝河流域、太陽河-姥下河流域。

內(nèi)河河道斷面布置示意圖見圖1。

圖1 石拔河、雙橋河、得勝河、太陽河、姥下河、豐山新河斷面布置示意圖

3.2 二維水動力模型架構(gòu)

內(nèi)河洪水潰堤方案中內(nèi)河流域面積小、洪量小，水位不高，內(nèi)河一個圩堤潰破后，不會導(dǎo)致相鄰圩口潰堤。因此，內(nèi)河潰堤方案不需考慮洪水破圩后進入另一條內(nèi)河，其二維模型采用相對簡單的內(nèi)澇模型為基礎(chǔ)修改。內(nèi)河洪水潰堤方案中，內(nèi)河河道采用一維水動力學模型，內(nèi)澇方案架構(gòu)不剖河道，但將圩區(qū)內(nèi)部主要排澇溝單獨剖分。

內(nèi)河洪水潰堤方案二維地形剖分示意見圖2。

圖2 內(nèi)河洪水潰堤方案二維地形剖分示意圖

根據(jù)保護區(qū)的風險來源，耦合模型涉及到的一維河道水動力學模型和二維保護區(qū)水動力學模型的連接關(guān)系為標準連接形式，相應(yīng)的耦合點為各河道的潰口處。在一維模型的河道潰口處建立虛擬河道，在MIKE FLOOD模型中連接一維、二維模型。需要建立耦合模型有內(nèi)河洪水3個潰口，20年一遇、50年一遇內(nèi)河堤防潰破方案。

4 內(nèi)河洪水風險計算

4.1 計算工況

和縣江堤防洪保護區(qū)內(nèi)的主要堤防設(shè)計標準為20年一遇(1969年洪水)，堤防等級為4級，內(nèi)部河道潰口考慮20年一遇(1991年)以及50年一遇(1969年)工況。計算工況見表1。

表1 計算工況

4.2 計算方案邊界條件

保護區(qū)內(nèi)內(nèi)河河道的山丘區(qū)洪水通過NAM模型分析的相應(yīng)時段洪水過程線以點源的形式加載入相應(yīng)河道的匯入點；圩區(qū)澇水通過P+Pa～R模型分析的相應(yīng)時段凈雨，面雨量平鋪入圩區(qū)，再通過虛擬河道概化泵站排入內(nèi)河一維河道內(nèi)。

保護區(qū)內(nèi)發(fā)生1991年(20年一遇)實測降雨，計算時段為1991年6月30日至7月6日，時段內(nèi)降雨量為436.45 mm，蒸發(fā)量為16.1 mm，相應(yīng)馬鞍山站長江實測水位6.1～7.43 m，內(nèi)河洪水1991年計算時段凈雨分布過程見圖3(a)。

保護區(qū)內(nèi)發(fā)生1969年實測降雨，計算時段為1969年7月11-17日，時段內(nèi)降雨量為448.65 mm，蒸發(fā)量為8.54 mm，相應(yīng)馬鞍山站長江實測水位6.64～7.51 m，內(nèi)河洪水1969年計算時段凈雨分布過程見圖3(b)。

圖3 圩區(qū)凈雨分布過程

1) 內(nèi)洪潰口方案，20年一遇(1991年)降雨，豐山新河老西圩耿華段潰堤方案。按現(xiàn)狀調(diào)度運用條件，計算時段內(nèi)內(nèi)河均可自排，河道外江出口的石跋河閘、金河口閘、姥下河閘、太陽河閘、新橋閘均開閘。當長江水位高于內(nèi)河水位時關(guān)閘，因破圩后，內(nèi)河水位低，相應(yīng)的石跋河站、金河口站、姥下河站等出口泵站均不考慮開機。

本方案河道潰口位置選擇在豐山新河樁號16+700附近老西圩耿華段，圩內(nèi)地面高程5.5 m，潰口寬度70 m。潰口時機選在豐山新河樁號16+700出現(xiàn)最高洪水位8.88 m時，潰口方式為瞬間潰決。

2) 內(nèi)洪潰口方案，20年一遇(1991年)降雨，得勝河楊大圩齊莊段潰堤方案。按現(xiàn)狀調(diào)度運用條件，計算時段內(nèi)內(nèi)河均可自排，河道外江出口的石跋河閘、金河口閘、姥下河閘、太陽河閘、新橋閘均開閘。當長江水位高于內(nèi)河水位時關(guān)閘，同方案(1)，相應(yīng)的石跋河站、金河口站、姥下河站均不考慮開機。

本方案河道潰口位置選擇在得勝河樁號6+740附近楊大圩齊莊段，圩內(nèi)地面高程6.5 m，潰口寬度80 m。潰口時機選在得勝河樁號6+740出現(xiàn)最高洪水位8.6 m時，潰口方式為瞬間潰決。

3) 內(nèi)洪潰口方案，20年一遇(1991年)降雨，石跋河新石圩小山段潰堤方案。按現(xiàn)狀調(diào)度運用條件，計算時段內(nèi)內(nèi)河均可自排，河道外江出口的石跋河閘、金河口閘、姥下河閘、太陽河閘、新橋閘均開閘。當長江水位高于內(nèi)河水位時關(guān)閘，同方案(1)，相應(yīng)的石跋河站、金河口站、姥下河站均不考慮開機。

本方案河道潰口位置選擇在石跋河樁號9+460附近新石圩小山段，圩內(nèi)地面高程6.5 m，潰口寬度80 m。潰口時機選在石跋河樁號9+460出現(xiàn)最高洪水位7.5 m時，潰口方式為瞬間潰決。

4) 內(nèi)洪潰口方案，50年一遇(1969年)降雨，豐山新河老西圩耿華段潰堤方案。按現(xiàn)狀調(diào)度運用條件，計算時段內(nèi)內(nèi)河均可自排，河道外江出口的石跋河閘、金河口閘、姥下河閘、太陽河閘、新橋閘均開閘。當長江水位高于內(nèi)河水位時關(guān)閘，同方案(1)，相應(yīng)的石跋河站、金河口站、姥下河站均不考慮開機。

本方案河道潰口位置選擇在豐山新河樁號16+700附近老西圩耿華段，圩內(nèi)地面高程5.5 m，潰口寬度70 m。潰口時機選在豐山新河樁號16+700出現(xiàn)最高洪水位9.6 m(平堤頂高程)時，潰口方式為瞬間潰決。

5) 內(nèi)洪潰口方案，50年一遇(1969年)降雨，得勝河楊大圩齊莊段潰堤方案。按現(xiàn)狀調(diào)度運用條件，計算時段內(nèi)內(nèi)河均可自排，河道外江出口的石跋河閘、金河口閘、姥下河閘、太陽河閘、新橋閘均開閘。當長江水位高于內(nèi)河水位時關(guān)閘，同方案(1)，相應(yīng)的石跋河站、金河口站、姥下河站均不考慮開機。

本方案河道潰口位置選擇在得勝河樁號6+740附近楊大圩齊莊段，圩內(nèi)地面高程6.5 m，潰口寬度80 m。潰口時機選在得勝河樁號6+740出現(xiàn)最高洪水位9.5 m時，潰口方式為瞬間潰決。

6) 內(nèi)洪潰口方案，50年一遇(1969年)降雨，石跋河新石圩小山段潰堤方案。按現(xiàn)狀調(diào)度運用條件，計算時段內(nèi)內(nèi)河均可自排，河道外江出口的石跋河閘、金河口閘、姥下河閘、太陽河閘、新橋閘均開閘。當長江水位高于內(nèi)河水位時關(guān)閘，同方案(1)，相應(yīng)的石跋河站、金河口站、姥下河站均不考慮開機。

本方案河道潰口位置選擇在石跋河樁號9+460附近新石圩小山段，圩內(nèi)地面高程6.5 m，潰口寬度80 m。潰口時機選在石跋河樁號9+460出現(xiàn)最高洪水位8.6 m時，潰口方式為瞬間潰決。

4.3 洪水風險計算結(jié)果

1) 內(nèi)河潰堤方案，1991年降雨，豐山新河老西圩耿華段、得勝河楊大圩齊莊段、石跋河新石圩小山段潰堤方案成果。

①淹沒范圍。淹沒范圍為蕪湖市鳩山區(qū)的沈巷鎮(zhèn)(十四聯(lián)圩、練綱圩)、香泉鎮(zhèn)、烏江鎮(zhèn)、西埠鎮(zhèn)、歷陽鎮(zhèn)、姥橋鎮(zhèn)、白橋鎮(zhèn)、功橋鎮(zhèn)、環(huán)峰鎮(zhèn)、陶廠鎮(zhèn)和銅閘鎮(zhèn)共11個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，最高蓄洪水位新石圩8.07 m、楊大圩8.87 m、老西圩7.21 m。潰堤后保護區(qū)內(nèi)水位線詳見圖4。

②淹沒水深。防洪保護區(qū)內(nèi)大部分區(qū)域淹沒水深在1 m以上，最大淹沒水深4.52 m。區(qū)內(nèi)最大淹沒水深分布見示意圖5。

圖5 區(qū)內(nèi)淹沒水深分布示意圖(單位：m)

③流速分布。局部區(qū)域流速較大，超過1.0 m/s；大部分區(qū)域流速在0～1 m/s之間。區(qū)內(nèi)洪水最大流速分布見示意圖6。

圖6 區(qū)內(nèi)洪水流速分布示意圖(單位：m)

④洪水前鋒達到時間。區(qū)內(nèi)洪水前鋒到達時間分布見示意圖7。

圖7 區(qū)內(nèi)洪水前鋒到達時間分布示意圖(單位：m)

⑤洪水成果分析。內(nèi)河洪水自排潰口工況(20年一遇)，所有的鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有影響，淹沒總?cè)丝诩s9.75萬人，姥橋鎮(zhèn)受影響最大，影響人口1.84萬人?？傃蜎]面積202.65 km2，總淹沒農(nóng)田面積6 447.17 hm2，受影響公路長度30.64 km，受影響鐵路長度0.54 km，受影響GDP達250 569萬元。

2) 內(nèi)河潰堤方案，1969年降雨，豐山新河老西圩耿華段、得勝河楊大圩齊莊段、石跋河新石圩小山段潰堤方案成果。

①淹沒范圍。淹沒范圍為蕪湖市鳩山區(qū)的沈巷鎮(zhèn)(十四聯(lián)圩、練綱圩)、香泉鎮(zhèn)、烏江鎮(zhèn)、西埠鎮(zhèn)、歷陽鎮(zhèn)、姥橋鎮(zhèn)、白橋鎮(zhèn)、功橋鎮(zhèn)、環(huán)峰鎮(zhèn)、陶廠鎮(zhèn)和銅閘鎮(zhèn)共11個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，最高蓄洪水位新石圩8.22 m、楊大圩9.06 m、老西圩7.42 m。潰堤后保護區(qū)內(nèi)水位線詳見圖8。

圖8 1969年洪水過程

②淹沒水深。防洪保護區(qū)內(nèi)大部分區(qū)域淹沒水深在2 m以上，最大淹沒水深4.88 m。區(qū)內(nèi)最大淹沒水深分布見示意圖9。

圖9 區(qū)內(nèi)淹沒水深分布示意圖(單位：m)

③流速分布。局部區(qū)域流速較大，超過1.0 m/s；大部分區(qū)域流速在0～1 m/s之間。區(qū)內(nèi)洪水最大流速分布見示意圖10。

圖10 區(qū)內(nèi)洪水流速分布示意圖(單位：m)

④洪水前鋒達到時間。區(qū)內(nèi)洪水前鋒到達時間分布見示意圖11。

圖11 區(qū)內(nèi)洪水前鋒到達時間分布示意圖(單位：m)

⑤洪水成果分析。內(nèi)河洪水自排潰口工況(50年一遇)，所有的鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有影響，淹沒總?cè)丝诩s12.68萬人，姥橋鎮(zhèn)受影響最大，影響人口2.50萬人?？傃蜎]面積259.62 km2，總淹沒農(nóng)田面積8 338.84 hm2，受影響公路長度41.7 km，受影響鐵路長度1.51 km，受影響GDP達332 361萬元。

5 結(jié) 論

1) 內(nèi)澇洪水主要對相應(yīng)潰堤圩口產(chǎn)生一定淹沒，對相應(yīng)圩口有較高風險，但對其他圩口風險較小；內(nèi)澇淹沒主要是對圩內(nèi)低洼地產(chǎn)生較大風險。

2) 洪水會在內(nèi)河河道尋找堤防薄弱段溢漫或潰破，建議在制定防汛預(yù)案中應(yīng)優(yōu)先考慮堤防等級薄弱圩區(qū)的人員撤離。