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?。ㄋ炕春铀瘑T會）水利科學研究院（安徽省水利工程質(zhì)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(chǎn)安全的防汛搶險和減災救災策略。近年來，全國范圍內(nèi)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(qū)的洪水來源、影響分析、損失評估和避洪轉(zhuǎn)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(qū)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(guān)屯、半崗兩鄉(xiāng)鎮(zhèn)。關(guān)屯鄉(xiāng)有主要交通道路8 條，半崗鎮(zhèn)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(shè)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(xiàn)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(shè)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(jīng)濟損失超過2000 萬元。

2 水動力數(shù)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(gòu)建了河道一維與圩區(qū)二維耦合水動力數(shù)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(shù)學模型進行計算分析?；春痈闪骱楹涌谥留斉_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(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格，模型網(wǎng)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(qū)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(xù)時間長，并啟用了大量行蓄洪區(qū)和生產(chǎn)圩區(qū)，為模型驗證提供了較好的基礎(chǔ)條件。驗證的主要站點有王家壩、潤河集、正陽關(guān)和魯臺子等。結(jié)果表明，模型水位計算值與實測值誤差較小，洪峰出現(xiàn)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(guān)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(qū)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(xù)時間長，若保莊圩堤防出現(xiàn)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(shè)圩堤王郢子位置發(fā)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(shè)計流量作為入流過程；以魯臺子為下邊界，給定水位流量關(guān)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(xiàn)為南深北淺，可以分為兩個區(qū)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(qū)域，面積約3.5km2；潰口6 小時，除臨淮崗北副壩附近帶狀區(qū)域外，全部淹沒，道路癱瘓；潰口12 小時，全部保莊圩淹沒。區(qū)域內(nèi)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(qū)洪水淹沒水深大，到達時間短，為高風險區(qū)；北部圩區(qū)淹沒水深小，洪水到達需要時間長，為相對低風險區(qū)。

4 避險轉(zhuǎn)移方案

4.1 轉(zhuǎn)移人口確定方法

在充分掌握洪澇風險信息的基礎(chǔ)上，以GIS 技術(shù)為支撐，通過統(tǒng)計分析居民地信息、區(qū)域道路信息、應急轉(zhuǎn)移預案等基礎(chǔ)資料，并進行調(diào)研查勘。利用地理信息系統(tǒng)分析方法，以鄉(xiāng)鎮(zhèn)級行政區(qū)劃約束下的距離最近原則劃分轉(zhuǎn)移單元，確定需要轉(zhuǎn)移人口數(shù)量以及空間分布情況，確定安置場所，確定轉(zhuǎn)移單元與安置區(qū)之間的人員合理配置關(guān)系。

4.2 轉(zhuǎn)移道路確定方法

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

4.3 保莊圩轉(zhuǎn)移人員和路徑

基于古城保莊圩潰后計算得出的區(qū)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(zhuǎn)移圖，見圖5。若圩堤發(fā)生潰口，武古路以南區(qū)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(qū)域，需要優(yōu)先轉(zhuǎn)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(nèi)將人員轉(zhuǎn)移至安全區(qū)域。

圖5 古城保莊圩避險轉(zhuǎn)移圖

5 結(jié)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(shù)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(zhuǎn)移人員、轉(zhuǎn)移路徑和安置方式等，并制定了保莊圩避險轉(zhuǎn)移方案，繪制了避險轉(zhuǎn)移圖，完善了洪水預案。將洪水風險評估技術(shù)應用至保莊圩防汛預案編制中，可以提高應對突發(fā)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