無為大堤防洪工程黃山寺潰堤風險分析

陳 璞

(安徽省(水利部淮河水利委員會)水利科學研究院，合肥 230000)

1 概 述

洪水是一種極為常見的自然災害，洪水災害發(fā)生將造成嚴重的經(jīng)濟損失，對洪水發(fā)生地的居民安全也將帶來重大威脅[1-3]。因此，提前分析洪水影響范圍，制定切實可行的防洪方案，可在洪水災害發(fā)生時最大限度地減少洪水造成的損失[4-6]。本文以無為大堤防洪保護區(qū)為例，對黃山寺潰口風險進行研究，為后期防洪規(guī)劃提供參考。

無為大堤防洪保護區(qū)位于長江北岸、裕溪河右岸，無為大堤防洪保護區(qū)的防洪安全主要依托無為大堤。無為大堤屬長江干流1級堤防，是巢湖流域的防洪屏障，位于長江左岸蕪湖市境內(nèi)，上起無為縣果合興，下至鳩江區(qū)方莊，全長124.475 km，其中無為縣境內(nèi)長75.22 km，鳩江區(qū)境內(nèi)長49.255 km。

2 二維水動力模型建立

兆河、裕溪河是巢湖的兩條排江通道，兩條河上分別有兆河閘、巢湖閘。分析兆河、裕溪河DEM可知，長江洪水潰堤后可能有3種進入巢湖的方式：①長江潰堤洪水進入兆河，翻過兆河閘進入巢湖；②長江潰堤洪水進入裕溪河，翻過巢湖閘進入巢湖；③長江潰堤洪水依次漫過裕溪河右岸、裕溪河左岸、巢湖市環(huán)巢湖堤防進入巢湖。綜合考慮模型的計算時間、模型模擬的準確性，長江干流洪水潰堤方案將兆河、裕溪河河道及堤防納入二維模型中，采用漫堤模式運算，將兆河閘、巢湖閘在二維模型中以寬頂堰概化。見圖1。

圖1 無為大堤防洪保護區(qū)MESH

無為大堤防洪保護區(qū)主要阻水地物是內(nèi)河堤防，建立二維模型時，由于其寬度較窄，一般在幾米到十幾米范圍內(nèi)，若在模型中采用真實地形內(nèi)插則難以反映其實際高程，在模型中將線狀地物使用MIKE21的構筑物“DIKE”概化，實現(xiàn)其阻水作用；對于線狀地物之間有過水涵洞穿過的情況，模型內(nèi)考慮按其過水寬度將道路等線狀地物分段處理；對于區(qū)域的河渠，使用地形概化。模型中需考慮的線狀阻物位置見圖2。

圖2 線狀地物位置圖

在二維水動力學模型中，糙率參數(shù)見表1。

表1 糙率分區(qū)表

3 長江潰堤洪水計算方案邊界條件

3.1 長江1954年型洪水

長江發(fā)生1954年型洪水，分別在安定街、臨江站、二壩鎮(zhèn)、黃山寺設置潰口。長江一維水動力模型上邊界條件為大通站1954年型洪水流量過程，下邊界為馬鞍山H-Q關系。通過一維、二維耦合模型，將一維模型潰口分洪過程加入到二維水動力模型中進行洪水演進模擬。見圖3。

圖3 大通1954年型洪水流量過程

3.2 長江1954年型100年一遇洪水

長江發(fā)生1954年型100年一遇設計洪水，分別在安定街、臨江站、二壩鎮(zhèn)、黃山寺設置潰口。長江一維水動力模型上邊界條件為大通站1954年型100年一遇設計洪水流量過程，下邊界為馬鞍山H-Q關系。通過一維、二維耦合模型，將一維模型潰口分洪過程加入到二維水動力模型中進行洪水演進模擬。見圖4。

圖4 大通1954年型100年一遇洪水流量過程

3.3 長江1954年型300年一遇洪水

長江發(fā)生1954年型300年一遇設計洪水，分別在安定街、臨江站、二壩鎮(zhèn)、黃山寺設置潰口。長江一維水動力模型上邊界條件為大通站1954年型300年一遇設計洪水流量過程，下邊界為馬鞍山H-Q關系。通過一維、二維耦合模型，將一維模型潰口分洪過程加入到二維水動力模型中進行洪水演進模擬。見圖5。

圖5 大通1954年型300年一遇洪水流量過程

4 潰堤計算結(jié)果分析

4.1 長江1954年型洪水黃山寺潰堤

長江發(fā)生1954年型洪水，左堤設置黃山寺潰口，寬度600 m，潰決水位10.925 m(按照方案設定的潰堤時刻，潰堤時刻定在到達洪峰水位時刻)。潰口流量峰值7 312.08 m3/s，潰口后河道水位最大降低0.84 m。見圖6。

圖6 1954年型洪水黃山寺潰堤與不潰堤潰口處河道水位過程及潰口流量過程

洪水演進過程分析：

洪水演進1天，洪水淹沒練鋼圩，由于裕溪河堤防牛屯河堤防的阻水作用，練鋼圩積水加深。

洪水演進5天，洪水向北翻過牛屯河堤防淹沒含山縣、和縣部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)，向西淹沒楊柳圩。

洪水演進10天，淹沒區(qū)水深不斷加深。同時洪水漫過裕溪河右堤進入裕溪河，并且在蟹子口處向兩岸滿溢。

洪水演進20天，洪水演進至和縣香泉鎮(zhèn)，之后淹沒范圍及淹沒水深趨于穩(wěn)定。

由淹沒水深圖可知，洪水淹沒區(qū)主要分布在含山縣、和縣圩區(qū)，這些圩區(qū)地面平坦，地面高程多在5～7 m，淹沒水深超過3 m。見圖7。

圖7 淹沒范圍示意圖(1954年型洪水)

經(jīng)統(tǒng)計，洪水模型進洪時長264 h，進洪量29.16×108m3，淹沒面積996.93 km2，最大水深5.06 m，平均最大水深3.1 m。

4.2 長江1954年型100年一遇洪水黃山寺潰堤

長江發(fā)生1954年型100年一遇洪水，左堤設置黃山寺潰口，寬度600 m，潰決水位10.736 m(按照方案設定的潰堤時刻，潰堤時刻定在到達洪峰水位時刻)。潰口流量峰值7 221.82 m3/s，潰口后河道水位最大降低0.78 m。見圖8。

圖8 100年一遇洪水黃山寺潰堤與不潰堤潰口處河道水位過程及潰口流量過程

洪水演進過程分析：

洪水演進1天，洪水淹沒練鋼圩，由于裕溪河堤防牛屯河堤防的阻水作用，練鋼圩積水加深。

洪水演進5天，洪水向北翻過牛屯河堤防淹沒含山縣部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)，洪水前鋒到達和縣。

洪水演進10天，淹沒區(qū)水深不斷加深。洪水前鋒到達和縣香泉鎮(zhèn)。

洪水演進20天，洪水淹沒楊柳圩，之后淹沒范圍及淹沒水深趨于穩(wěn)定。

由淹沒水深圖可知，洪水淹沒區(qū)主要分布在含山縣、和縣圩區(qū)，這些圩區(qū)地面平坦，地面高程多在5～7 m，淹沒水深超過2.5 m。見圖9。

圖9 淹沒范圍示意圖(1954年型100年一遇洪水)

經(jīng)統(tǒng)計，洪水模型進洪時長384 h，進洪量27.41×108m3，淹沒面積903.47 km2，最大水深4.95 m，平均最大水深2.98 m。

4.3 長江1954年型300年一遇洪水黃山寺潰堤

長江發(fā)生1954年型300年一遇洪水，左堤設置黃山寺潰口，寬度600 m，潰決水位10.94 m。潰口流量峰值7 626.62 m3/s，潰堤后河道水位最大降低0.73 m。見圖10。

圖10 300年一遇洪水二壩鎮(zhèn)潰堤與不潰堤潰口處河道水位過程及潰口流量過程

洪水演進過程分析：

洪水演進1天，洪水淹沒練鋼圩，由于裕溪河堤防牛屯河堤防的阻水作用，練鋼圩積水加深。

洪水演進5天，洪水向北翻過牛屯河堤防淹沒含山縣部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)，洪水前鋒到達和縣。

洪水演進10天，淹沒區(qū)水深不斷加深，并翻過后河堤防開始進入楊柳圩，洪水前鋒到達和縣香泉鎮(zhèn)。

洪水演進20天，洪水淹沒楊柳圩，同時洪水漫過裕溪河左堤進入裕溪河，并且沿蟹子口以上河道向兩岸滿溢，在蟹子口以下河道向右岸漫溢。漫溢后洪水沿西河左岸圩向上游演進，淹沒西河中下游左岸圩區(qū)；裕溪河下游洪水漫溢進入上下九連圩。

洪水演進40天，洪水淹沒上九連圩，之后淹沒范圍及淹沒水深趨于穩(wěn)定。

由淹沒水深圖可知，洪水淹沒區(qū)主要分布在含山縣、和縣圩區(qū)，這些圩區(qū)地面平坦，地面高程多在5～7 m，淹沒水深超過3 m。見圖11。

圖11 淹沒范圍示意圖(1954年型300年一遇洪水)

經(jīng)統(tǒng)計，洪水模型進洪時長672 h，進洪量50.98×108m3，淹沒面積1 807.84 km2，最大水深5.87 m，平均最大水深3.61 m。

5 結(jié) 論

通過對黃山寺潰口不同洪水量級洪水淹沒范圍對比得知，1954型300年一遇洪水淹沒范圍最大；其次為1954型洪水；1954型100年一遇洪水淹沒范圍最小。1954型洪水比1954型100年一遇洪水淹沒范圍稍大，但是相差不大，分析原因是由于1954型洪水水位比1954型100年一遇水位高，且洪水演進時長一樣，故1954型洪水比1954型100年一遇洪水淹沒范圍大；同一潰口1954型300年一遇洪水淹沒范圍最大，這是由于1954型300年一遇洪峰水位較1954型洪峰水位高，且長江高水位歷時長，相應進洪時間也更長。