清遠(yuǎn)市清東圍洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制概述及關(guān)鍵問(wèn)題分析

陳 愷

(廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510635)

清東圍位于廣東省清遠(yuǎn)市清城區(qū)，內(nèi)轄清遠(yuǎn)市中心城區(qū)，人口眾多，行政經(jīng)濟(jì)地位突出，歷史以來(lái)頻受洪澇災(zāi)害影響[1]。為進(jìn)一步貫徹中央水利工作方針和新時(shí)期治水新思路，保障圍內(nèi)群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，本次對(duì)不同水情、工情條件下洪澇災(zāi)害情況進(jìn)行計(jì)算分析，并對(duì)其中關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行重點(diǎn)研究，旨在提供科學(xué)、合理、實(shí)用的洪水風(fēng)險(xiǎn)信息，為防洪減災(zāi)決策提供技術(shù)支撐，為實(shí)現(xiàn)洪水管理提供依據(jù)。

1 基本情況

清東圍洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制范圍為清遠(yuǎn)市清東圍洪泛區(qū)，清東圍內(nèi)轄有新市區(qū)、1個(gè)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)試驗(yàn)區(qū)、2個(gè)城市街道居民委員會(huì)、21個(gè)農(nóng)村管理區(qū)，圍內(nèi)總集雨面積為117.7km2，總保護(hù)面積108.7km2，清東圍位置示意如圖1所示。

圖1 清東圍洪泛區(qū)位置示意圖

2 主要技術(shù)手段

開(kāi)展清東圍洪水分析模型的構(gòu)建、參數(shù)率定、驗(yàn)證。采用MIKE軟件[2]，收集整理珠江三角洲近期河道地形資料構(gòu)建珠江三角洲河網(wǎng)區(qū)一維水動(dòng)力數(shù)學(xué)模型，收集整理清東圍1∶10000地形資料和水工建筑資料構(gòu)建清東圍二維數(shù)學(xué)模型，考慮圍內(nèi)地形線狀物較為復(fù)雜，網(wǎng)格剖分采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格[3]。綜合考慮潰堤影響，對(duì)珠江三角洲一維河網(wǎng)水動(dòng)力數(shù)學(xué)模型和清東圍二維水動(dòng)力數(shù)學(xué)模型進(jìn)行耦合求解[4]。

3 關(guān)鍵問(wèn)題分析

3.1 洪源量級(jí)和遭遇的確定

(1)洪源量級(jí)分析

根據(jù)清東圍所處的地理位置，洪水來(lái)源主要包括三類(lèi)：一是珠江流域的北江洪水，二是北江一級(jí)支流大燕河洪水，三是圍內(nèi)的暴雨內(nèi)澇。其中大燕河自身集雨面積580km2，計(jì)算發(fā)現(xiàn)其自身區(qū)間洪量遠(yuǎn)小于北江分洪時(shí)的洪量[5]，因此本次清東圍外江洪水主要考慮以北江干流洪水為主時(shí)的工況，不再單獨(dú)分析大燕河區(qū)間洪水對(duì)清東圍產(chǎn)生的影響。

根據(jù)《洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制技術(shù)細(xì)則》，外河洪水應(yīng)按照遭遇防洪標(biāo)準(zhǔn)和超標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)洪水時(shí)堤防可能發(fā)生潰堤的情形進(jìn)行洪水分析計(jì)算；圍內(nèi)降雨應(yīng)考慮澇水外排河道水位的頂托作用，降雨量級(jí)一般取易澇區(qū)域排澇標(biāo)準(zhǔn)所對(duì)應(yīng)的頻率至20年一遇。參照《清遠(yuǎn)市江河流域綜合規(guī)劃修編報(bào)告》[6]、《清東圍干堤達(dá)標(biāo)加固初設(shè)報(bào)告》[7]以及《清東圍支堤達(dá)標(biāo)加固初設(shè)報(bào)告》[8]，清東圍干堤以洪為主按北江50年一遇設(shè)計(jì)洪水面線進(jìn)行達(dá)標(biāo)加固；清東圍支堤以洪為主按大燕河50年一遇設(shè)計(jì)洪水面線進(jìn)行達(dá)標(biāo)加固。綜上所述，根據(jù)清東圍保護(hù)區(qū)保護(hù)對(duì)象，確定北江洪水分析量級(jí)為50年、100年和200年一遇的洪水，區(qū)內(nèi)暴雨量級(jí)選取20、50、100、200年一遇共4個(gè)量級(jí)。

(2)洪水遭遇分析

北江洪水采用干流石角站(位于項(xiàng)目區(qū)內(nèi)北江下游段)實(shí)測(cè)流量資料，結(jié)合本區(qū)間大燕河、濱江和潖江三大支流，考慮大燕河按自身集雨面積比例遭遇區(qū)間相應(yīng)頻率洪水；以圍內(nèi)降雨為主時(shí)，通過(guò)選取1966—2013年清遠(yuǎn)站24h雨量大于150mm(相當(dāng)于2年一遇)的實(shí)測(cè)雨量資料，并選取對(duì)應(yīng)前后3日石角站實(shí)測(cè)流量分析發(fā)現(xiàn)：1982年清遠(yuǎn)市遭遇特大暴雨，清遠(yuǎn)站降雨量達(dá)到647mm(接近1000年一遇)，遭遇北江干流石角站流量14800m3/s，為超10年一遇洪水。出于安全考慮，本次考慮圍內(nèi)降雨為主時(shí)，遭遇1982年北江實(shí)測(cè)洪水過(guò)程。

3.2 潰口設(shè)置

潰口位置的選擇主要考慮地形地貌、行政區(qū)劃、歷史潰口、險(xiǎn)工險(xiǎn)段及河勢(shì)變化、堤防重點(diǎn)防洪段以及其他因素，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、咨詢(xún)當(dāng)?shù)厮麑?zhuān)家等方式綜合設(shè)定。

根據(jù)收集資料分析以及現(xiàn)場(chǎng)查勘咨詢(xún)，清東圍主要險(xiǎn)段有北江清東圍干堤大有村險(xiǎn)段和大燕河清東圍支堤月崗險(xiǎn)段，見(jiàn)表1。

表1 清東圍堤防主要險(xiǎn)段情況

同時(shí)根據(jù)防護(hù)對(duì)象重要性、相關(guān)防洪設(shè)施現(xiàn)狀等，在城區(qū)雞乸崗電排站出口、北江干堤七星崗水閘出口以及大堰河支堤三丫海水閘出口(燕湖新城處)等風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)設(shè)置潰口，綜上本次計(jì)算在清東圍共設(shè)置5個(gè)潰口：大有潰口、月崗潰口、燕湖新城潰口、七星崗潰口、雞乸崗潰口，潰口位置示意圖如圖2所示。

圖2 潰口位置設(shè)置示意圖

因缺乏相關(guān)歷史記錄資料，而近年來(lái)清東圍較少發(fā)生影響較大的潰堤或缺口事件，因此本次對(duì)潰口口門(mén)寬度的設(shè)定參考《洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制技術(shù)細(xì)則》中的經(jīng)驗(yàn)公式：

Bb=1.9(log10B)4.8+20

(1)

式中，Bb—潰口寬，m；B—河寬，m。潰口形狀按邊坡系數(shù)為1的梯形考慮。

堤防潰口寬度隨時(shí)間的變化：

t=0時(shí)，B=Bb/2

(2)

0

(3)

t>T時(shí)，B=Bb

(4)

式中，t—潰堤后的歷時(shí)，min；T—潰堤持續(xù)時(shí)間，min；B—任一時(shí)刻的潰口寬，m；Bb—最終潰口寬，m。

潰堤持續(xù)時(shí)間按下式確定：

T=1.527(Bb-10)

(5)

綜上所述，經(jīng)計(jì)算得出5個(gè)險(xiǎn)段潰口位置的參數(shù)成果見(jiàn)表2。

表2 潰口參數(shù)計(jì)算成果

3.3 計(jì)算方案的確定

根據(jù)以上洪水來(lái)源和潰口設(shè)置組合，確定本次19個(gè)計(jì)算方案(其中以降雨為主時(shí)不考慮設(shè)置潰口)，見(jiàn)表3。

表3 本次計(jì)算方案統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)果和影響分析

4.1 洪水量級(jí)影響分析

計(jì)算發(fā)現(xiàn)，每個(gè)潰口不同計(jì)算工況中，洪水量級(jí)越大，圍內(nèi)受災(zāi)情況越嚴(yán)重。同時(shí)由于圍內(nèi)地勢(shì)總體較為平坦，各潰口附近重要區(qū)域洪水到達(dá)時(shí)間均在3t以?xún)?nèi)。以雞乸崗潰口為例，不同量級(jí)各方案洪災(zāi)損失見(jiàn)表4。

表4 各量級(jí)洪災(zāi)損失統(tǒng)計(jì)

4.2 潰口位置影響分析

以200年一遇的洪(澇)量級(jí)為例，對(duì)清東圍不同潰口間進(jìn)行比較，雞乸崗險(xiǎn)段發(fā)生潰口時(shí)圍內(nèi)受淹最嚴(yán)重，其次為七星崗、大有、月崗、燕湖新城，暴雨工況受災(zāi)損失最小。由于圍內(nèi)地勢(shì)總體較為平坦，各潰口附近重要區(qū)域洪水到達(dá)時(shí)間均在3h以?xún)?nèi)。表5為各潰口洪災(zāi)損失統(tǒng)計(jì)表。

表5 各潰口洪災(zāi)損失統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

(1)根據(jù)地方實(shí)際和歷史災(zāi)害，計(jì)算以遭遇北江洪水和圍內(nèi)降雨時(shí)，清東圍內(nèi)雞乸崗水閘等5處要害位置分別發(fā)生潰堤造成的洪水災(zāi)害，組合工況共計(jì)19個(gè)計(jì)算方案。

(2)洪水分析計(jì)算表明：各計(jì)算方案中，以北江200年一遇洪水為主雞乸崗水閘發(fā)生潰堤時(shí)，清東圍受淹面積達(dá)到圍內(nèi)總面積的81%，災(zāi)害影響范圍最大。

(3)同頻率下，北江洪水為主工況造成的災(zāi)害損失遠(yuǎn)大于圍內(nèi)降雨為主工況。

(4)清東圍圍內(nèi)大部分區(qū)域地勢(shì)較為平坦，洪水入侵時(shí)演進(jìn)速度快，避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移難度較大。

5.2 建議

(1)雞乸崗險(xiǎn)段靠近清東圍西南部低洼區(qū)域，一旦潰堤將迅速淹沒(méi)該部分區(qū)域，同時(shí)其靠近清城區(qū)中心城區(qū)，對(duì)清東圍的防洪安全構(gòu)成重大威脅，應(yīng)著重加強(qiáng)該處險(xiǎn)工險(xiǎn)段的加固。

(2)建議進(jìn)一步加大地區(qū)防洪投入，排查、修建老舊設(shè)施，確保防洪安全。

(3)建議發(fā)生災(zāi)害時(shí)以就地轉(zhuǎn)移方式為主，遷移人員和財(cái)物應(yīng)就近地勢(shì)較高的山地或高層混凝土結(jié)構(gòu)的樓房。