和縣江堤內(nèi)河洪水風(fēng)險(xiǎn)分析

雷新勝

(江西省九江市柴桑區(qū)水利局，江西 九江 332100)

0 引 言

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，一些低洼地段將遭受洪澇災(zāi)害，對當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展、建設(shè)帶來不利影響。因此，分析洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)范圍，為防洪規(guī)劃建設(shè)提供參考是十分必要的[1-5]。

1 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34.97km，其中石跋河上至S206，下至石跋河閘，全長約17.68km；雙橋河上至孫村，在西洲處匯入石跋河，全長約17.29km。得勝河上至華陽西路，下至金河口閘，全長約35.37km。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48.55km。

2 水動力模型架構(gòu)

2.1 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(dú)立水系，考慮到牛屯河做為分洪道，河道規(guī)模及堤防高度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過流域內(nèi)洪水的設(shè)計(jì)要求，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(hù)區(qū)內(nèi)的水系情況，分成三個相對獨(dú)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。

2.2 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(jìn)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(xué)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(dú)剖分。

根據(jù)保護(hù)區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)來源，耦合模型涉及到的一維河道水動力學(xué)模型和二維保護(hù)區(qū)水動力學(xué)模型的連接關(guān)系為標(biāo)準(zhǔn)連接形式，相應(yīng)的耦合點(diǎn)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、二維模型。需要建立耦合模型有內(nèi)河洪水3個潰口，20a一遇、50a一遇內(nèi)河堤防潰破方案。

3 內(nèi)河洪水風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算

3.1 計(jì)算工況

和縣江堤防洪保護(hù)區(qū)內(nèi)的主要堤防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為20a一遇(1969年洪水)，堤防等級為4級，內(nèi)部河道潰口考慮20a一遇(1991年)以及50a一遇(1969年)工況。計(jì)算工況見表1。

表1 計(jì)算工況

3.2 計(jì)算方案邊界條件

保護(hù)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(diǎn)源的形式加載入相應(yīng)河道的匯入點(diǎn)；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(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生1991年(20a一遇)實(shí)測降雨，計(jì)算時段為1991年6月30日-7月6日，時段內(nèi)降雨量為436.45mm，蒸發(fā)量為16.1mm，相應(yīng)馬鞍山站長江實(shí)測水位6.1-7.43m，內(nèi)河洪水1991年計(jì)算時段凈雨分布過程見圖3(a)。

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

1)內(nèi)洪潰口方案，20a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(yùn)用條件，計(jì)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(dāng)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(jī)。

該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5.5m，潰口寬度70m，潰口時機(jī)選在豐山新河樁號16+700出現(xiàn)最高洪水位8.88m時，潰口方式為瞬間潰決。

2)內(nèi)洪潰口方案，20a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(yùn)用條件，計(jì)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(dāng)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(jī)。

該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6.5m，潰口寬度80m，潰口時機(jī)選在得勝河樁號6+740出現(xiàn)最高洪水位8.6m時，潰口方式為瞬間潰決。

3)內(nèi)洪潰口方案，20a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(yùn)用條件，計(jì)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(dāng)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(jī)。

該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6.5m，潰口寬度80m，潰口時機(jī)選在石跋河樁號9+460出現(xiàn)最高洪水位7.5m時，潰口方式為瞬間潰決。

4)內(nèi)洪潰口方案，50a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(yùn)用條件，計(jì)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(dāng)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(jī)。

該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5.5m，潰口寬度70m，潰口時機(jī)選在豐山新河樁號16+700出現(xiàn)最高洪水位9.6m(平堤頂高程)時，潰口方式為瞬間潰決。

5)內(nèi)洪潰口方案，50a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(yùn)用條件，計(jì)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(dāng)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(jī)。

該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6.5m，潰口寬度80m，潰口時機(jī)選在得勝河樁號6+740出現(xiàn)最高洪水位9.5m時，潰口方式為瞬間潰決。

6)內(nèi)洪潰口方案，50a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(yùn)用條件，計(jì)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(dāng)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(jī)。

該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6.5m，潰口寬度80m，潰口時機(jī)選在石跋河樁號9+460出現(xiàn)最高洪水位8.6m時，潰口方式為瞬間潰決。

(a)1991年(20a一遇)圩區(qū)凈雨分布過程

(b)1969年(50a一遇)圩區(qū)凈雨分布過程

3.3 洪水風(fēng)險(xiǎn)計(jì)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8.07m、楊大圩8.87m、老西圩7.21m。潰堤后保護(hù)區(qū)內(nèi)水位線詳見圖4。

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

(a)豐山新河老西圩耿華段潰口洪水過程

(b)得勝河楊大圩齊莊段段潰口洪水過程

(c)石跋河新石圩小山段潰口洪水過程

圖5 區(qū)內(nèi)淹沒水深分布示意圖

③流速分布。局部區(qū)域流速較大，超過1.0m/s；大部分區(qū)域流速在0-1m/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

④洪水前鋒達(dá)到時間。區(qū)內(nèi)洪水前鋒到達(dá)時間分布見示意圖7。

圖7 區(qū)內(nèi)洪水前鋒到達(dá)時間分布示意圖

⑤洪水成果分析。內(nèi)河洪水自排潰口工況(20a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。總淹沒面積202.65km2，總淹沒農(nóng)田面積6447.17hm2，受影響公路長度30.64km，受影響鐵路長度0.54km，受影響GDP達(dá)250569萬元。

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8.22m、楊大圩9.06m、老西圩7.42m。潰堤后保護(hù)區(qū)內(nèi)水位線詳見圖8。

(a)豐山新河老西圩耿華段潰口洪水過程

(b)得勝河楊大圩齊莊段潰口洪水過程

(c)石跋河新石圩小山段潰口洪水過程

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

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

圖9 區(qū)內(nèi)淹沒水深分布示意圖

圖10 區(qū)內(nèi)洪水流速分布示意圖

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

圖11 區(qū)內(nèi)洪水前鋒到達(dá)時間分布示意圖

⑤洪水成果分析。內(nèi)河洪水自排潰口工況(50a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。總淹沒面積259.62km2，總淹沒農(nóng)田面積8338.84hm2，受影響公路長度41.7km，受影響鐵路長度1.51km，受影響GDP達(dá)332361萬元。

4 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(fēng)險(xiǎn)，但對其他圩口風(fēng)險(xiǎn)較小；內(nèi)澇淹沒主要是對圩內(nèi)低洼地產(chǎn)生較大風(fēng)險(xiǎn)。

2)洪水會利用內(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。