基于洪水風險評估的古城保莊圩防洪預案編制方法

彭 亮

（安徽省（水利部淮河水利委員會）水利科學研究院（安徽省水利工程質量檢測中心站），水利水資源安徽省重點實驗室，安徽 合肥 230000）

水利工程防汛預案是為了減少洪澇災害帶來的損失,保障人民生命和財產安全的防汛搶險和減災救災策略。近年來，全國范圍內開展了洪水量級分析和洪澇風險評估工作，對不同類型保護區的洪水來源、影響分析、損失評估和避洪轉移等開展了大量研究。該研究方法和成果可以用于防汛預案編制工作，基于洪水淹沒水深、洪水到達時間、洪水流速等災害因子，編制有針對性的洪水預案，以更加高效地應對各類洪水風險。本文以安徽省潁上縣古城保莊圩為例，將洪水風險信息運用于防汛預案編制工作中，取得了較好效果。

1 區域概況

古城保莊圩位于淮河干流左岸、邱家湖以西。地勢北高南低，涉及安徽省潁上縣關屯、半崗兩鄉鎮。關屯鄉有主要交通道路8 條，半崗鎮有主要交通道路2 條。圩堤長8.6km，堤頂高程28.8m，頂寬6m。古城保莊圩堤以趙集為測站，設防水位23.00m，警戒水位25.00m，保證水位27.30m。

古城保莊圩洪水風險主要來源于淮河干流。2003 年洪水，圩堤出現3 處長1300m 的滲水險工險段，排澇站、涵閘存在閘門漏水等問題；2007 年洪水，趙集洪峰水位27.52m，流量7060m3/s，古城保莊圩超警戒水位2.52m，圩堤暴露出堤頂高程不夠、邊坡沖刷嚴重、排澇設施不足、堤頂無防汛道路等問題。古城保莊圩一旦破圩，受災人口達15000 人，淹沒耕地6000 多畝，直接經濟損失超過2000 萬元。

2 水動力數學模型

2.1 模型介紹

為了模擬古城保莊圩圩堤潰口的洪水淹沒范圍、水深、流速和到達時間等要素，構建了河道一維與圩區二維耦合水動力數學模型。本次采用淮河洪河口至魯臺子段河道一維和二維耦合水動力數學模型進行計算分析。淮河干流洪河口至魯臺子段河道，淠河、史河、沙潁河等河道采用一維模型，其他支流以點源方式匯入；古城保莊圩采用平面二維模型模擬。

一維模型采用實測河段斷面，斷面間距一般為200～1000m；二維模型采用非結構三角網格，模型網格尺度一般為20～80m，堤防、道路、居民地等局部地形加密至10～20m，能夠反映圩區地形變化特征。一維和二維模型計算時間長度均為10s。河道主槽糙率為0.021～0.026，灘地糙率為0.032～0.040，古城保莊圩糙率為0.05。

2.2 模型驗證

采用2003 年和2007 年淮河實測洪水要素資料對模型進行驗證，兩年均為大洪水年份，淮河洪量大、高水位持續時間長，并啟用了大量行蓄洪區和生產圩區，為模型驗證提供了較好的基礎條件。驗證的主要站點有王家壩、潤河集、正陽關和魯臺子等。結果表明，模型水位計算值與實測值誤差較小，洪峰出現時間與實測時間基本一致，洪水計算過程與實測過程相似度較高。模型有較高的計算精度，可以用于防汛預案編制的洪水分析。王家壩、潤河集和正陽關站典型年非恒定流驗證過程見圖1 和圖2。

圖1 2003 年計算與實測水位過程圖

圖2 2007 年計算與實測水位過程圖

3 區域風險情況

3.1 計算條件

古城保莊圩洪水風險主要來源于淮河干流，洪水特征為洪量大、水位高和持續時間長，若保莊圩堤防出現險情，危險性大，損失嚴重。以淮河干流100 年一遇洪水為例，啟用臨淮崗洪水控制工程，臨淮崗閘上水位28.41m，假設圩堤王郢子位置發生潰決，洪水通過潰口進入保莊圩，潰口寬度30m。淮河干流一維模型以洪河口為上邊界，給定設計流量作為入流過程；以魯臺子為下邊界，給定水位流量關系；支流以點源方式匯入。

3.2 計算成果

3.2.1 淹沒水深

古城保莊圩呈南低北高的臺階狀高程分布，地面高程一般在25～29m，總面積約7.5km2。淹沒水深表現為南深北淺，可以分為兩個區域，淹沒水深見圖3。一是武古路以南，淹沒水深一般在2～4m，最大淹沒水深超過4m；二是武古路至臨淮崗北副壩之間，淹沒水深一般在1～2m。

圖3 古城保莊圩洪水淹沒水深圖

3.2.2 到達時間

潰堤分洪后，從南向北逐漸淹沒。潰口3 小時，洪水淹沒王郢子、陳郢子、南莊臺等區域，面積約3.5km2；潰口6 小時，除臨淮崗北副壩附近帶狀區域外，全部淹沒，道路癱瘓；潰口12 小時，全部保莊圩淹沒。區域內洪水具有傳播速度快，淹沒范圍廣的特征，洪水達到時間見圖4。

圖4 古城保莊圩洪水到達時間圖

古城保莊圩南低北高的地形導致洪水淹沒自南而北，南部圩區洪水淹沒水深大，到達時間短，為高風險區；北部圩區淹沒水深小，洪水到達需要時間長，為相對低風險區。

4 避險轉移方案

4.1 轉移人口確定方法

在充分掌握洪澇風險信息的基礎上，以GIS 技術為支撐，通過統計分析居民地信息、區域道路信息、應急轉移預案等基礎資料，并進行調研查勘。利用地理信息系統分析方法，以鄉鎮級行政區劃約束下的距離最近原則劃分轉移單元，確定需要轉移人口數量以及空間分布情況，確定安置場所，確定轉移單元與安置區之間的人員合理配置關系。

4.2 轉移道路確定方法

確定需要轉移人員與安置區域以及對應關系后，采用GIS 地理信息系統的分析工具，優化轉移路線，提高轉移效益，原則為：（1）只有路網信息，一般按照最短路徑原則確定轉移路線；（2）有路網信息和通量信息時，一般按照時間最短原則，確定轉移效率最優路線；（3）在現場調查分析的基礎上，確定轉移路線沿程可能出現的風險點及分布情況，按照實際情況進行再次調整。

4.3 保莊圩轉移人員和路徑

基于古城保莊圩潰后計算得出的區域洪水風險信息，包括淹沒范圍、水深、流速、到達時間等，繪制了避險轉移圖，見圖5。若圩堤發生潰口，武古路以南區域地勢低洼，洪水到達時間短，淹沒水深大，洪水流速大，為高風險區域，需要優先轉移人口。充分利用武西路、古三路、趙集路、胡莊路等與北副壩連接的道路，3 小時內將人員轉移至安全區域。

圖5 古城保莊圩避險轉移圖

5 結語

以潁上縣古城保莊圩為例，通過河道一維與保莊圩二維耦合水動力數學模型，對保莊圩洪水淹沒范圍、水深、流速和到達時間等信息進行計算分析，分析了保莊圩洪水風險程度和分布情況。以洪水淹沒水深和到達時間等為控制因子，確定保莊圩需要轉移人員、轉移路徑和安置方式等，并制定了保莊圩避險轉移方案，繪制了避險轉移圖，完善了洪水預案。將洪水風險評估技術應用至保莊圩防汛預案編制中，可以提高應對突發洪水風險能力,使洪澇防汛預案更有針對性，具有較好的效果