王 飛

（中水建管?chē)?guó)際工程有限公司,江西 九江 332000）

1 引言

洪水暴發(fā)在一定程度上會(huì)造成河流出現(xiàn)潰堤現(xiàn)象,從而對(duì)河道沿線造成一定的威脅[1-2]。裕溪河是巢湖流域洪水入江的主要通道,針對(duì)裕溪河進(jìn)行潰堤風(fēng)險(xiǎn)分析是十分必要的。目前,在河道水文研究中常用的方法是水動(dòng)力模擬方法,具有計(jì)算效率高,結(jié)果可靠等優(yōu)勢(shì)[3-5]。

2 模型參數(shù)選取與率定

裕溪河流域面積3929 km2,干流河道自巢湖閘至裕溪閘河道全長(zhǎng)57.7km。根據(jù)1954 年、1969 年、1983 年、1991 年、1996 年、1998 年、1999 年、2003 年和2005 年9 個(gè)典型年巢湖流域洪水演算成果,裕溪河河道按20 年一遇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)（1969 年洪水）,裕溪河分段下泄流量分別為巢湖閘至蟹子口為1350 m3/s,蟹子口至裕溪閘為1170 m3/s。

（1）上邊界條件

將巢湖閘下的汛期實(shí)測(cè)流量過(guò)程作為模型的上邊界條件。2003 年巢湖閘下的洪水過(guò)程見(jiàn)圖1。

圖1 巢湖閘下2003 年汛期洪水過(guò)程

（2）旁側(cè)入流邊界條件

將無(wú)為站（西河口）、銅城閘及區(qū)間來(lái)水（或出流）2003 年汛期的實(shí)測(cè)流量過(guò)程作為模型的旁側(cè)入流邊界條件。無(wú)為站（西河口）、銅城閘洪水過(guò)程見(jiàn)圖2。

圖2 無(wú)為站、銅城閘2003 年汛期洪水過(guò)程

（3）下邊界條件

將裕溪閘上的汛期水位過(guò)程（見(jiàn)圖3）作為模型的下邊界條件。

圖3 裕溪閘上2003 年汛期水位過(guò)程

（4）參數(shù)選取及率定

根據(jù)流域水系情況,湖閘下為水網(wǎng)地區(qū),水系復(fù)雜,巢湖閘下有裕溪河、牛屯河、西河3 個(gè)出口,出口分別設(shè)有裕溪閘、黃雒閘、銅城閘,有相應(yīng)的流量水位資料,為更好地率定裕溪河河道參數(shù),本次建立巢湖閘～裕溪閘～銅城閘～黃雒閘段的河道斷面模型。本次裕溪河河道參數(shù)率定采用2003 年實(shí)測(cè)水位流量進(jìn)行計(jì)算。

①河道設(shè)置

構(gòu)建巢湖閘下～裕溪閘下段率定河道模型,全長(zhǎng)約57.6 km,118 個(gè)斷面；三汊河口～銅城閘河道長(zhǎng)12.1 km,11 個(gè)斷面。裕溪閘處以MIKE 11 可控建筑物模塊的Control Structure 功能進(jìn)行概化,銅城閘、黃雒閘根據(jù)點(diǎn)源形式對(duì)流量進(jìn)行加載。

②糙率初值選取

裕溪河河道糙率參考《安徽省裕溪河治理工程可行性研究報(bào)告》,初始值采用主槽0.0225,灘地0.03。

③工況設(shè)置

計(jì)算時(shí)段設(shè)置：裕溪河下游水網(wǎng)復(fù)雜,河道承擔(dān)功能較多（泄洪、排澇、灌溉）,裕溪閘閘門(mén)啟閉大小均影響河內(nèi)洪水位,為減小本次糙率率定的各種因素干擾,計(jì)算時(shí)段盡量選擇裕溪閘泄洪量較大可能是裕溪閘全開(kāi)的工況進(jìn)行,率定的計(jì)算時(shí)段選擇2003 年6 月21 日～2003 年8 月6 日。

計(jì)算參數(shù)設(shè)置：率定河道糙率,包括主槽和灘地。

計(jì)算邊界條件設(shè)置：巢湖閘（樁號(hào)0+000）上游入流采用巢湖閘實(shí)測(cè)流量過(guò)程；銅城閘、黃雒河閘出流采用銅城閘、黃雒閘實(shí)測(cè)流量以點(diǎn)源形式加載；下游出流斷面裕溪閘（樁號(hào)57+600）采用閘上實(shí)測(cè)水位過(guò)程。

率定結(jié)果：

裕溪河干流糙率主槽最終采用主槽0.024,灘地0.0336,2003 年巢湖閘下實(shí)測(cè)洪水位與率定計(jì)算水位對(duì)比圖分別見(jiàn)圖4。

圖4 2003 年洪水巢湖閘下實(shí)測(cè)水位與率定水位對(duì)比圖

結(jié)合率定結(jié)果圖和精度評(píng)價(jià)表可見(jiàn),實(shí)測(cè)與模擬計(jì)算的水位差相對(duì)值均在0.2 m 以內(nèi),率定結(jié)果總體比較理想,水位峰值及相位等能夠得到較好的擬合。

3 裕溪河干流洪水風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算方案

裕溪河干流發(fā)生1991 年實(shí)測(cè)洪水,計(jì)算時(shí)段為1991 年7 月10 日～1991 年8 月31 日,裕溪河干流一維水動(dòng)學(xué)模型上游邊界提供巢湖閘、銅城閘及無(wú)為站實(shí)測(cè)及區(qū)間入流過(guò)程線,下游邊界提供裕溪閘閘下實(shí)測(cè)水位。一維模型與二維模型藕合位置為裕溪河干流樁號(hào)43+600 附近藏墩段潰口處,圩內(nèi)地面高程6.5 m,潰口寬度130 m,潰口時(shí)機(jī)選在該處出現(xiàn)最高洪水位10.9 m 時(shí),潰口方式為瞬間潰決。

（1）1991 年實(shí)測(cè)洪水,藏墩段潰堤,巢湖閘不控制方案

圩區(qū)澇水通過(guò)P+Pa～R 模型分析的相應(yīng)時(shí)段凈雨,面雨量平鋪入圩區(qū),再通過(guò)虛擬河道概化泵站排出；十四連圩、練綱圩因考慮裕溪河干流潰堤,潰堤后兩圩泵站不考慮抽排。

（2）1991 年實(shí)測(cè)洪水,藏墩段潰堤,巢湖閘關(guān)閘方案

圩區(qū)澇水通過(guò)P+Pa～R 模型分析的相應(yīng)時(shí)段凈雨,面雨量平鋪入圩區(qū),再通過(guò)虛擬河道概化泵站排出；十四連圩、練綱圩因考慮裕溪河干流潰堤,潰堤后兩圩泵站不考慮抽排。

（3）1991 年型放大100 年一遇洪水,藏墩段潰堤,巢湖閘不控制方案

圩區(qū)澇水通過(guò)P+Pa～R 模型分析的相應(yīng)時(shí)段凈雨,面雨量平鋪入圩區(qū),再通過(guò)虛擬河道概化泵站排出；十四連圩、練綱圩因考慮裕溪河干流潰堤,潰堤后兩圩泵站不考慮抽排。

（4）1991 年型放大100 年一遇洪水,藏墩段潰堤,巢湖閘關(guān)閘方案

瞬間潰決發(fā)生后,第二天巢湖閘、銅城閘及黃雒閘關(guān)閘,為防止江水倒灌,裕溪閘也關(guān)閘。

圩區(qū)澇水通過(guò)P+Pa～R 模型分析的相應(yīng)時(shí)段凈雨,面雨量平鋪入圩區(qū),再通過(guò)虛擬河道概化泵站排出；十四連圩、練綱圩因考慮裕溪河干流潰堤,潰堤后兩圩泵站不考慮抽排。

4 裕溪河干流洪水風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算成果

（1）1991 年實(shí)測(cè)洪水,藏墩段潰堤,巢湖閘不控制方案成果

①淹沒(méi)范圍。裕溪河潰堤淹沒(méi)范圍為蕪湖市鳩山區(qū)的沈巷鎮(zhèn)（十四聯(lián)圩、練綱圩）、銅閘鎮(zhèn)共2 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),最高蓄洪水位為10.03 m。潰堤后保護(hù)區(qū)內(nèi)水位線見(jiàn)圖5。

圖5 1991 年洪水巢湖閘不控制-裕溪河干流藏墩段潰口洪水過(guò)程

②淹沒(méi)水深。防洪保護(hù)區(qū)內(nèi)大部分區(qū)域淹沒(méi)水深在2 m以上,最大淹沒(méi)水深4.88 m。最大淹沒(méi)水深分布見(jiàn)圖6（a）。

③流速分布。局部區(qū)域流速較大,超過(guò)1.0 m/s；大部分區(qū)域流速在0～1 m/s 之間。洪水最大流速分布見(jiàn)圖6（b）。

④洪水前鋒達(dá)到時(shí)間。洪水前鋒到達(dá)時(shí)間見(jiàn)圖6（c）。

圖6 洪水計(jì)算成果

⑤洪水成果分析

裕溪河干流藏墩段潰口工況設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（1991 年開(kāi)閘）洪水,遭遇內(nèi)部降雨,所有的鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有影響,淹沒(méi)總?cè)丝诩s15.72 萬(wàn)人,沈巷鎮(zhèn)受影響最大,影響人口11.65 萬(wàn)人?？傃蜎](méi)面積293.03 km2,總淹沒(méi)農(nóng)田面積9155.72 hm2,受影響公路、鐵路長(zhǎng)度137.43 km、15.63 km,受影響GDP 達(dá)666802 萬(wàn)元。

（2）1991 年實(shí)測(cè)洪水,藏墩段潰堤,巢湖閘關(guān)閘方案成果

①淹沒(méi)范圍。裕溪河潰堤淹沒(méi)范圍為蕪湖市鳩山區(qū)的沈巷鎮(zhèn)（十四聯(lián)圩、練綱圩）、銅閘鎮(zhèn)共2 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),最高蓄洪水位為8.16 m。潰堤后保護(hù)區(qū)內(nèi)水位線見(jiàn)圖7。

圖7 1991 年洪水巢湖閘關(guān)閘-裕溪河干流藏墩段潰口洪水過(guò)程

②淹沒(méi)水深。防洪保護(hù)區(qū)內(nèi)大部分區(qū)域淹沒(méi)水深在2 m以上,最大淹沒(méi)水深3.3 m。最大淹沒(méi)水深見(jiàn)圖8（a）。

③流速分布。局部區(qū)域流速較大,超過(guò)1.0 m/s；大部分區(qū)域流速在0～1 m/s 之間。洪水最大流速見(jiàn)圖8（b）。

④洪水前鋒達(dá)到時(shí)間。洪水前鋒到達(dá)時(shí)間見(jiàn)圖8（c）。

圖8 洪水計(jì)算成果

⑤洪水成果分析

裕溪河干流藏墩段潰口工況設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（1991 年關(guān)閘）洪水,遭遇內(nèi)部降雨,所有的鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有影響,淹沒(méi)總?cè)丝诩s14.36 萬(wàn)人,沈巷鎮(zhèn)受影響最大,影響人口10.75 萬(wàn)人?？傃蜎](méi)面積265.46 km2,總淹沒(méi)農(nóng)田面積8405 hm2,受影響公路、鐵路長(zhǎng)度113.63 km、9.35 km,受影響GDP 達(dá)611785 萬(wàn)元。

（3）1991 年型放大100 年一遇洪水,藏墩段潰堤,巢湖閘不控制方案成果

①淹沒(méi)范圍。裕溪河潰堤淹沒(méi)范圍為蕪湖市鳩山區(qū)的沈巷鎮(zhèn)（十四聯(lián)圩、練綱圩）、銅閘鎮(zhèn)共2 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),最高蓄洪水位為10.11 m。潰堤后裕溪河干流及保護(hù)區(qū)內(nèi)水位線見(jiàn)圖9。

圖9 1991 年放大100 年一遇洪水裕溪河干流藏墩段潰口洪水過(guò)程

②淹沒(méi)水深。防洪保護(hù)區(qū)內(nèi)大部分區(qū)域淹沒(méi)水深在2 m以上,最大淹沒(méi)水深4.95 m。最大淹沒(méi)水深見(jiàn)圖10（a）。

③流速分布。局部區(qū)域流速較大,超過(guò)1.0 m/s；大部分區(qū)域流速在0～1 m/s 之間。洪水最大流速見(jiàn)圖10（b）。

④洪水前鋒達(dá)到時(shí)間。洪水前鋒到達(dá)時(shí)間見(jiàn)圖10（c）。

⑤洪水成果分析

裕溪河干流藏墩段潰口工況設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（100 年開(kāi)閘）洪水,遭遇內(nèi)部降雨,所有的鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有影響,淹沒(méi)總?cè)丝诩s15.83 萬(wàn)人,沈巷鎮(zhèn)受影響最大,影響人口11.69 萬(wàn)人?？傃蜎](méi)面積294.60 km2,總淹沒(méi)農(nóng)田面積9207.73 hm2,受影響公路、鐵路長(zhǎng)度137.93 km、15.63 km,受影響GDP 達(dá)668764 萬(wàn)元。

（4）1991 年型放大100 年一遇洪水,藏墩段潰堤,巢湖閘關(guān)閘方案成果

①淹沒(méi)范圍。裕溪河潰堤淹沒(méi)范圍為蕪湖市鳩山區(qū)的沈巷鎮(zhèn)（十四聯(lián)圩、練綱圩）、銅閘鎮(zhèn)共2 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),最高蓄洪水位為8.19 m。潰堤后保護(hù)區(qū)內(nèi)水位線見(jiàn)圖11。

圖11 1991 年放大100 年一遇洪水巢湖閘關(guān)-裕溪河干流藏墩段

②淹沒(méi)水深。防洪保護(hù)區(qū)內(nèi)大部分區(qū)域淹沒(méi)水深在2 m以上,最大淹沒(méi)水深3.4 m。最大淹沒(méi)水深見(jiàn)圖12（a）。

③流速分布。局部區(qū)域流速較大,超過(guò)1.0 m/s；大部分區(qū)域流速在0～1 m/s 之間。洪水最大流速見(jiàn)圖12（b）。

④洪水前鋒達(dá)到時(shí)間。洪水前鋒到達(dá)時(shí)間見(jiàn)圖12（c）。

圖12 洪水計(jì)算成果

⑤洪水成果分析

裕溪河干流藏墩段潰口工況設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（100 年關(guān)閘）洪水,遭遇內(nèi)部降雨,所有的鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有影響,淹沒(méi)總?cè)丝诩s14.48 萬(wàn)人,沈巷鎮(zhèn)受影響最大,影響人口10.86 萬(wàn)人。總淹沒(méi)面積267.54 km2,總淹沒(méi)農(nóng)田面積8436.1 hm2,受影響公路、鐵路長(zhǎng)度116.93 km、10.15 km,受影響GDP 達(dá)617079 萬(wàn)元。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）裕溪河干流洪水計(jì)算方案選用的標(biāo)準(zhǔn)為91 年型和91 年型放大100 年一遇兩種工況。因裕溪河洪水來(lái)源為上游的巢湖流域,巢湖調(diào)蓄水面大,調(diào)蓄能力強(qiáng),出口有巢湖閘控制下泄,因此,兩種標(biāo)準(zhǔn)洪水形成的水位和流量相差不大,破圩后,造成的對(duì)練綱圩及十四連圩的淹沒(méi)面積、范圍及水深均相差不大。

（2）裕溪河干流91 年型洪水藏墩段發(fā)生潰堤后,巢湖閘不控制工況下,最大進(jìn)洪量為7.52 億m3,圩內(nèi)最高蓄水位為10.03 m；巢湖閘關(guān)閘工況下,最大進(jìn)洪量為3.15 億m3,其中巢湖閘上游來(lái)量1.98 億m3,區(qū)間來(lái)量1.48 億m3；從巢湖閘控制與不控制進(jìn)洪效果看,巢湖閘不控制時(shí)大部分圩內(nèi)淹沒(méi)水深達(dá)到3 m,而巢湖閘關(guān)閘后圩內(nèi)淹沒(méi)水深大部分在2 m 以下,效果較明顯。主要原因是,裕溪河主要來(lái)水量是巢湖閘來(lái)量,區(qū)間匯水面積較小,洪量不大。此外巢湖閘關(guān)閘方案中巢湖閘上游來(lái)量與關(guān)閘時(shí)間有密切關(guān)系,如若潰口后,立馬可關(guān)巢湖閘,則圩內(nèi)蓄水量還將大大降低,淹沒(méi)范圍及水深也將進(jìn)一步減小。

（3）裕溪河干流91 年放大100 年型洪水藏墩段發(fā)生潰堤后,巢湖閘不控制工況為進(jìn)洪量最大,進(jìn)洪量為7.7 億m3,圩內(nèi)最高蓄水位為10.11 m。