和縣江堤內河洪水風險分析

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對城市安全發(fā)展具有重要意義。隨著城鎮(zhèn)化建設發(fā)展，原本的郊野地區(qū)已經逐漸成為城市發(fā)展的重地，一些低洼地段將遭受洪澇災害，對當?shù)氐陌l(fā)展、建設帶來不利影響。因此，分析洪澇災害風險范圍，為防洪規(guī)劃建設提供參考是十分必要的[1-5]。

1 工程概況

和縣江堤內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

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，在內部有較大洪水時，其上游銅城閘關閉，關閉后牛屯河區(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)模及堤防高度均遠遠超過流域內洪水的設計要求，按杭河泊閘關閘，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，汛期也是關閘考慮，因此，內河一維水動力模型，根據保護區(qū)內的水系情況，分成三個相對獨立流域搭建，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

內河洪水潰堤方案中內河流域面積小、洪量小，水位不高，內河一個圩堤潰破后，不會導致相鄰圩口潰堤。因此，內河潰堤方案不需考慮洪水破圩后進入另一條內河，其二維模型采用相對簡單的內澇模型為基礎修改。內河洪水潰堤方案中內河河道采用一維水動力學模型，內澇方案架構不剖河道，但將圩區(qū)內部主要排澇溝單獨剖分。

根據保護區(qū)的風險來源，耦合模型涉及到的一維河道水動力學模型和二維保護區(qū)水動力學模型的連接關系為標準連接形式，相應的耦合點為各河道的潰口處。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河洪水3個潰口，20a一遇、50a一遇內河堤防潰破方案。

3 內河洪水風險計算

3.1 計算工況

和縣江堤防洪保護區(qū)內的主要堤防設計標準為20a一遇(1969年洪水)，堤防等級為4級，內部河道潰口考慮20a一遇(1991年)以及50a一遇(1969年)工況。計算工況見表1。

表1 計算工況

3.2 計算方案邊界條件

保護區(qū)內內河河道的山丘區(qū)洪水通過NAM模型分析的相應時段洪水過程線以點源的形式加載入相應河道的匯入點；圩區(qū)澇水通過P+Pa-R模型分析的相應時段凈雨，面雨量平鋪入圩區(qū)，再通過虛擬河道概化泵站排入內河一維河道內。

保護區(qū)內發(fā)生1991年(20a一遇)實測降雨，計算時段為1991年6月30日-7月6日，時段內降雨量為436.45mm，蒸發(fā)量為16.1mm，相應馬鞍山站長江實測水位6.1-7.43m，內河洪水1991年計算時段凈雨分布過程見圖3(a)。

保護區(qū)內發(fā)生1969年實測降雨，計算時段為1969年7月11日-7月17日，時段內降雨量為448.65mm，蒸發(fā)量為8.54mm，相應馬鞍山站長江實測水位6.64-7.51m，內河洪水1969年計算時段凈雨分布過程見圖3(b)。

1)內洪潰口方案，20a一遇(1991年)降雨，豐山新河老西圩耿華段潰堤方案：

按現(xiàn)狀調度運用條件，計算時段內內河均可自排，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，當長江水位高于內河水位時關閘，因破圩后，內河水位低，相應的石跋河站、金河口站、姥下河站等出口泵站均不考慮開機。

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，圩內地面高程5.5m，潰口寬度70m，潰口時機選在豐山新河樁號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)狀調度運用條件，計算時段內內河均可自排，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，當長江水位高于內河水位時關閘，同方案(1)，相應的石跋河站、金河口站、姥下河站均不考慮開機。

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，圩內地面高程6.5m，潰口寬度80m，潰口時機選在得勝河樁號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)狀調度運用條件，計算時段內內河均可自排，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，當長江水位高于內河水位時關閘，同方案(1)，相應的石跋河站、金河口站、姥下河站均不考慮開機。

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，圩內地面高程6.5m，潰口寬度80m，潰口時機選在石跋河樁號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)狀調度運用條件，計算時段內內河均可自排，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，當長江水位高于內河水位時關閘，同方案(1)，相應的石跋河站、金河口站、姥下河站均不考慮開機。

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，圩內地面高程5.5m，潰口寬度70m，潰口時機選在豐山新河樁號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)狀調度運用條件，計算時段內內河均可自排，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，當長江水位高于內河水位時關閘，同方案(1)，相應的石跋河站、金河口站、姥下河站均不考慮開機。

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，圩內地面高程6.5m，潰口寬度80m，潰口時機選在得勝河樁號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)狀調度運用條件，計算時段內內河均可自排，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，當長江水位高于內河水位時關閘，同方案(1)，相應的石跋河站、金河口站、姥下河站均不考慮開機。

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，圩內地面高程6.5m，潰口寬度80m，潰口時機選在石跋河樁號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 洪水風險計算結果

1)內河潰堤方案，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。潰堤后保護區(qū)內水位線詳見圖4。

②淹沒水深。防洪保護區(qū)內大部分區(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)內洪水最大流速分布見示意圖6。

圖6 區(qū)內洪水流速分布示意圖

④洪水前鋒達到時間。區(qū)內洪水前鋒到達時間分布見示意圖7。

圖7 區(qū)內洪水前鋒到達時間分布示意圖

⑤洪水成果分析。內河洪水自排潰口工況(20a一遇)，所有的鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有影響，淹沒總人口約9.75萬人，姥橋鎮(zhèn)受影響最大，影響人口1.84萬人?？傃蜎]面積202.65km2，總淹沒農田面積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250569萬元。

2)內河潰堤方案，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。潰堤后保護區(qū)內水位線詳見圖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。防洪保護區(qū)內大部分區(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)內洪水最大流速分布見示意圖10。

圖9 區(qū)內淹沒水深分布示意圖

圖10 區(qū)內洪水流速分布示意圖

④洪水前鋒達到時間。區(qū)內洪水前鋒到達時間分布見示意圖11。

圖11 區(qū)內洪水前鋒到達時間分布示意圖

⑤洪水成果分析。內河洪水自排潰口工況(50a一遇)，所有的鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有影響，淹沒總人口約12.68萬人，姥橋鎮(zhèn)受影響最大，影響人口2.50萬人?？傃蜎]面積259.62km2，總淹沒農田面積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332361萬元。

4 結 論

1)內澇洪水主要對相應潰堤圩口產生一定淹沒，對相應圩口有較高風險，但對其他圩口風險較??；內澇淹沒主要是對圩內低洼地產生較大風險。

2)洪水會利用內河河道尋找堤防薄弱段溢漫或潰破，建議在制定防汛預案中應優(yōu)先考慮堤防等級薄弱圩區(qū)的人員撤離。