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巢湖流域2020年暴雨洪水過程及特性

2022-04-01 02:44:35周奇史俊王海玉鐘小燕
人民長江 2022年1期

周奇 史俊 王海玉 鐘小燕

摘要:2020年巢湖流域發生特大暴雨洪水,巢湖流域最大30 d雨量居歷史第二位,重現期接近50 a一遇。巢湖忠廟站最高水位13.43 m,居歷史第一位。流域內河道除西河缺口站、無為站僅次于1954年歷史最高水位外,其余各支流水位均處有資料以來第一位,給流域防洪帶來嚴峻挑戰。在詳細分析2020年巢湖流域暴雨洪水及調度過程的基礎上,總結暴雨洪水特點和成因,剖析了流域防洪暴露出的突出問題,并提出相關建議及措施。分析結果表明:2020年巢湖流域洪水主要特點為范圍大、水位高且高水位持續時間長,洪水場次多。巢湖流域2020年特大洪水的主要因素包括全流域范圍的強降水,最強場次降水時河道底水高、調蓄有限,長江高水位頂托,內外洪水遭遇惡劣。巢湖流域防洪存在洪水排泄不暢、調蓄空間不足、區域防洪排澇能力偏低等問題。研究成果可為提高巢湖流域防洪能力和水平提供寶貴的數據和經驗。

關 鍵 詞:2020年暴雨洪水; 超歷史洪水; 洪水特點及成因; 巢湖流域

中圖法分類號: TV122.1 ? 文獻標志碼: A

DOI:10.16232/j.cnki.1001-4179.2022.01.006

0 引 言

巢湖位于安徽省江淮之間,是中國長江中下游五大淡水湖之一,國家重點風景名勝區。作為安徽省人民的母親湖,巢湖物產豐富,兼具防洪、供水、生態、水運等多方功能。近年來在“長三角一體化”、“脫貧攻堅”、“一帶一路”等國家戰略引領下,巢湖流域作為安徽省“五位一體”發展的核心區域,在安徽省發展中的戰略地位日益凸顯[1]。然而,歷年來巢湖流域飽受洪澇之苦。新中國成立以來,發生較大洪澇災害有18 a,即1949,1953,1954,1956,1964,1969,1974,1980,1983,1984,1989,1991,1995,1996,1998,1999,2003年和2016年,約3~4 a一次[2-3]。長期以來,洪澇災害一直是制約流域經濟和社會發展的重要因素之一。1954年長江大堤決口,進西河、黃陂湖、兆河流域洪水泛濫成災,流域淹沒面積達20萬hm2以上,巢湖沿岸漫坡較大圩口34個。1991年千年古鎮三河被淹,流域內中下游地區一片汪洋。流域受災面積33萬hm2,潰破大小圩口687個,其中萬畝以上圩口20個、面積2.32萬hm2[2-4]。繼2016年洪水之后,巢湖流域2020年再遇歷史性大洪水,杭埠河、兆河、永安河、牛屯河、豐樂河、南淝河、裕溪河、派河等河流發生超歷史實測記錄洪水,西河發生1955年以來最大洪水,柘皋河、白石天河發生超保證水位洪水。龍河口水庫、董鋪水庫最高水位居歷史第2位、大房郢水庫最高水位為建庫以來第1位。2020年的流域特大洪水既是對流域防洪能力的考驗,也提供了寶貴的洪水資料及抗洪經驗。基于此,本文較系統地分析了巢湖流域暴雨、洪水和調度過程,總結了洪水特點和成因,指出了流域防洪的重點問題,研究結果對于提高水文及防汛部門應對超標準洪水的能力,保護人民生命財產安全,助力經濟社會發展具有重要意義。

1 流域概況

巢湖流域位于安徽省江淮之間,流域東瀕長江,東南為沿江水網區,西部為江淮分水嶺丘陵區,合肥市環巢湖而居。流域地形在西南部杭埠河上游為大別山區,在沿江和沿巢為圩區,其余大部分為丘陵區,間有低山。巢湖流域面積1.35萬km2,其中巢湖閘以上集水面積9 153 km2。閘上主要支流有豐樂河、杭埠河、南淝河、派河、塘西河、十五里河、白石天河、柘皋河及兆河;其來水呈放射狀匯入巢湖。巢湖閘下為水系關聯、水量交換的水網區,流域面積4 333 km2,主要支流有裕溪河、清溪河、西河、牛屯河。此外流域內天然湖泊有巢湖、黃陂湖和已圍墾的白湖等。目前巢湖流域對江排水有3條通道,分別是鳳凰頸閘站、裕溪閘、新橋閘[2]。

2 暴雨分析

2.1 降水過程

2020年汛期巢湖流域共發生11場降雨過程,分別發生在6月10日、6月12~18日、6月20~23日、6月26~28日、7月4~6日、7月11~12日、7月13~19日、7月24~25日、7月26~29日、8月8~11日、8月20~21日,其中4次為暴雨過程。

6月12~18日,巢湖流域大部分地區降暴雨,其中西河局部降大暴雨,流域面平均雨量185.0 mm。6月20~23日,巢湖流域大部分地區降大到暴雨,西河流域上游局部降大暴雨,流域面平均雨量131.0 mm。6月26~28日,流域降中到大雨,局部暴雨,流域面平均雨量56.0 mm。7月13~19日,流域普降大暴雨,局部特大暴雨,流域面平均雨量338.0 mm。降水過程分為2個主雨段,7月17~20日降水量明顯大于7月13~17日。7月18日上午巢湖流域迎來強降水,降雨強度大,發展迅速,主雨帶由流域西南向東北迅速移動,擴大到流域北部巢湖閘以上水系。降雨主要集中于流域西部和南部,龍河口水庫以上及西河流域。7月13~19日最大降水量為白山站的509.0 mm,最大1 h降水量為瑤海區龍崗站的67.0 mm(18日06:00)。全流域16個雨量站降雨量超400.0 mm,110個雨量站降雨量超過300.0 mm,149個雨量站降雨量超過200.0 mm。

巢湖流域梅雨量919.0 mm,巢湖閘以上為912.0 mm,均居歷年梅雨量最高排序第2位;西河梅雨量1 012.0 mm,居歷年梅雨量最高排序第3位。巢湖流域短歷時強降水主要發生在7月13~19日。巢湖流域各站最大1 h雨量前5位的站點均排該站有歷史記錄以來第1位;最大2,3 h雨量前3位站點均排歷史第1位;最大1 d雨量前4位站點排歷史第1位。重現期均超50 a一遇。肥西縣肥光站最大1 h雨量114.0 mm。廬江縣東大圩閘最大1 d雨量317.0 mm。巢湖流域(巢湖閘以上)、西河流域(缺口以上)最大1,3,7,15,30 d面平均雨量如表1所列。巢湖流域最大30 d面雨量居歷史排位第2位。巢湖閘以上最大1 d面平均雨量居歷史第1位。

2.2 降水特點

(1) 梅雨期歷時長,降水場次多,總量大。2020年巢湖流域6月10日入梅,較常年(6月21日)偏早11 d,為2012年以來最早。8月1日出梅,梅雨期長達52 d,僅次于1954年巢湖流域梅雨期(58 d),1991年梅雨期(57 d),居于歷史第3位。巢湖流域降水場次多,汛期共計11輪降水過程,其中暴雨過程有4次。巢湖流域梅雨量僅次于1991年,居歷史第2位。

(2) 暴雨雨強大。7月13~19日降水過程中最大1 h雨量前5位的站點均排該站有歷史記錄以來第1位;各雨量站最大2,3 h雨量前3位的站點均排該站有歷史記錄以來第1位。流域最大1 d降雨量為163.4 mm,超過1991年,僅次于1969,2016年,居歷史第3位。巢湖閘以上流域最大1 d降水量167.7 mm,位居歷史第1位。

(3) 全流域均受強降水影響。梅雨期巢湖流域降雨量等值面如圖2所示,梅雨期單站累積雨量基本在700.0 mm以上,強降水是全流域性的。其中流域的西部龍河口水庫上游和南部西河流域降水量超過1 000.0 mm。

3 洪水分析

3.1 洪水過程

3.1.1 巢湖湖區洪水

忠廟站水位過程如圖3(a)所示。自2020年6月10日入梅后,受多輪強降雨影響,巢湖水位持續上漲,6月25日21:48巢湖忠廟站達警戒水位10.50 m,隨后巢湖水位進入緩漲階段,到7月18日,受流域特大暴雨影響,巢湖水位開始迅速上漲,19日02:30達保證水位12.50 m,10:30達1991年歷史最高水位12.80 m,并繼續上漲,22日10:48出現本次洪水最高水位13.43 m,超警2.93 m,超保0.93 m,超歷史0.63 m,湖盆蓄水總量達59.26億m3。之后水位緩落,8月7日14:48忠廟水位落至保證水位,超保20 d。9月11日09:48落至警戒水位以下,超警78 d。

3.1.2 西河洪水(缺口以上)

選取西河缺口站描述西河中上游洪水過程。缺口站水位過程如圖3(b)所示。西河(缺口以上)2020年6月中旬以來先后有5次漲水過程。6月16日西河缺口站水位第1次逼近警戒水位后回落。6月21日20:30首次漲至警戒水位10.50 m,6月23日23:18漲至11.43 m后小幅震蕩回落,短時落至警戒水位以下復漲,6月29日05:00缺口站第2次超警戒水位后立即回落。受7月4~7日降水影響,7月5日18:00缺口站水位第3次超警后水位一直處于警戒線以上。受降水影響,7月13日西河、兆河水位迅速上漲,西河缺口站于7月16日18:30達保證水位11.90 m后高水位震蕩。7月18日20:00安徽省防指調度開啟東大圩進洪閘蓄洪分洪后,水位上漲趨緩,7月19日04:48達最高水位13.06 m,超保證水位1.16 m,超2016年實測最高水位0.41 m,超1991年實測最高水位0.81 m,為1955年以來最高水位,實測西河缺口站(缺口大橋處)最大流量340 m3/s(7月19日12:12,相應水位13.00 m)。

3.1.3 入湖支流洪水

選取豐樂河桃溪站作為代表站進行分析,洪水過程如圖3(c)所示。豐樂河桃溪站有3次較大漲水過程,2次超警。第1次超警發生在2020年6月23日10:36,水位達到警戒水位后繼續上漲,漲至16.77 m后回落。7月11日水位復漲,于7月18日13:36第2次漲至警戒水位15.56 m,漲幅3.83 m;19日02:18達保證水位17.56 m,漲幅5.83 m;20日05:42達最高水位18.66 m,漲幅達6.99 m,超警戒水位3.10 m,超保證水位1.10 m,超2016年歷史最高水位0.86 m,居歷史第1位,超1991年最高水位0.99 m,最大流量1 640 m3/s(20日03:24)。

3.2 洪水定性

2020年巢湖流域洪水就長時段面雨量而言,總體排第2位。就湖區水位而言,湖區代表站忠廟站最高水位13.43 m,遠高于1991年最高水位。這次2020年洪水同時遭遇干流洪水,干流蕪湖段水位僅次于1954年最高水位,造成流域排洪能力減弱。就長時段入湖水量而言,排歷史第2位。就支流水系而言,除西河缺口站、無為站水位僅次于1954年歷史最高水位外,其余各支流均處有資料以來第1位。綜合各項指標,2020年巢湖洪水排有記錄以來第2位,重現期接近50 a一遇。

西河流域缺口以上最大1 d面降雨量223.5 mm,少于1969年,位居歷史第2位。西河缺口站最高水位13.06 m,居1954年以來歷史第2位,梁家壩站最高水位12.92 m,居歷史第1位,梁家壩站最大流量390 m3/s,居歷史第1位。綜合考慮降雨、水位、流量,西河洪水重現期約50 a一遇。

3.3 洪水調度及其影響

3.3.1 流域防洪現狀

巢湖流域按照蓄泄兼籌的治水方針,實施了一系列防洪工程建設,巢湖流域基本形成了以堤防為基礎,分洪道、排澇閘站、蓄滯洪區、水庫、中小河流治理和防洪指揮系統等非工程措施相結合的“上攔、中蓄、下排”的綜合防洪體系。流域上游通過龍河口、董鋪、大房郢3座大型水庫防御山洪。下游裕溪河出口處興建了裕溪閘防御江洪倒灌;開挖了排泄巢湖洪水的牛屯河分洪道,入江口興建了新橋閘防御江水倒灌;西河入江口通過鳳凰頸泵站抽排內洪。兆河入巢湖通過兆河閘控制,巢湖出口入裕溪河通過巢湖閘控制。西河和裕溪河交匯處通過黃雒閘控制。裕溪河與牛屯河交匯處通過銅城閘控制。巢湖流域河網交匯,閘門較多。汛期調度主要以巢湖水位和自排條件為參照,當巢湖水位高于規定水位,并能自流自排時,閘門全開敞泄洪水。當裕溪河水位高于西河時,應關閉黃雒閘防止洪水倒灌。鳳凰頸泵站主要根據西河無為站水位進行調度。

3.3.2 閘門調度

西河鳳凰頸站自2020年6月14日西河無為站、永安河開城橋站第1次漲水,水位逼近警戒水位時開始開機排水,水位回落時關機。6月21日西河梁家壩站、永安河開成橋站第2次開始漲水時立即開機持續至9月份,持續排西河、永安河水至長江,截至8月1日累計抽排水量7.52億m3,顯著緩解巢湖流域西河、兆河、永安河險情。西河黃雒閘6月份持續向裕溪河排水,進入7月后隨著裕溪河水位上漲,黃雒閘絕大部分時段關閘。梅雨期,巢湖閘持續開閘排水,至7月6日受裕溪河水位上漲影響關閘,至17日開閘承接裕溪河洪水,迅速轉為向裕溪河排水。裕溪閘開閘至7月5日,隨后受長江水位上漲影響關閘,至18日再次開閘排水。銅城閘先開閘,至7月8日受牛屯河超保影響關閘,至28日后再次開閘排水。新橋閘自6月11日入梅后開閘,至7月8日閘下水位高于閘上立即關閘。7月16日具備開閘條件后隨即開閘排水,持續放水至10月底。梅雨期(6月10日至8月1日)巢湖流域總入江水量35.65億m3,其中鳳凰頸站7.52億m3,鳳凰頸閘0.01億m3,裕溪閘20.97億m3,新橋閘7.15億m3。

3.3.3 分洪破圩

為減輕西河防洪壓力,東大圩蓄洪區于2020年7月18日20:10開閘分洪,分蓄洪水達2.61億m3,實測最大進洪流量351 m3/s,30日凌晨基本蓄滿。西河缺口站水位降低約0.10 m。2020年洪水期間,巢湖流域特別是湖區周邊,除了漫破大量圩口外,為控制巢湖水位主動開啟多個圩口進行分洪。破圩分洪整體規模遠大于2016年,但小于1991年。累計啟用潰破圩口230處,其中萬畝以上圩口10個,分別為沙灘聯圩、同心圩、十八聯圩、石大圩、牛廣圩、濱湖聯圩、沿河聯圩、蔣口河聯圩、裴崗聯圩、界河圩,10個萬畝以上大圩進洪量約11.39億m3(見表3)。萬畝以下圩口漫坡及主動分洪的有220個,其中合肥市177個,蕪湖市 38個,馬鞍山市3個,六安市2個。推算環湖圩口總進洪量約15.8億m3,對巢湖水位影響約1.00 m以上,有效降低了巢湖水位,極大緩解了巢湖防洪壓力。

3.4 洪水特點及成因

(1) 巢湖流域發生全流域性的、超歷史實測記錄的特大洪水,河湖水位高,漲水速度快。巢湖忠廟水位站最高水位13.43 m,超1991年歷史最高水位0.63 m,超保證水位0.93 m。巢湖流域杭埠河、兆河、永安河、牛屯河、豐樂河、南淝河、裕溪河、派河等河流發生超歷史實測記錄洪水,西河發生1955年以來最大洪水,柘皋河、白石天河發生超保證水位洪水。龍河口水庫、董鋪水庫最高水位居歷史第2位、大房郢水庫最高水位為建庫以來第1位。受流域超強降雨影響,巢湖水位漲勢極快,繼7月18日強降雨后,最大1 d漲幅達0.8 m,為歷史第1位。

(2) 流域內河道洪水場次較多,河道頻頻超警。西河缺口站2020年梅雨期先后有5次漲水過程,3次超警;豐樂河桃溪站3次漲水,2次超警;杭埠河三河站2次漲水,2次超警;派河派河站2次漲水,2次超警。

(3) 巢湖湖區及多數河流高水位持續時間長。巢湖忠廟站2020年超警戒水位長達78 d,超保證水位20 d。西河缺口站2020年累計超警戒水位87 d,超保證水位22 d,超過2016年,僅次于1991年。杭埠河三河站超警戒水位累計55 d,超保證水位21 d。豐樂河桃溪站超警戒水位累計185 h,超保證水位68 h,超過2016年為歷史之最。巢湖大堤、河堤長時間高水位浸泡,給防汛工作帶來嚴峻挑戰[5]。

(4) 洪水總量較大。經推算,今年入湖最大1,3,7,15,30 d水量分別為5.96億,12.38億,19.01億,23.18億,35.96億m3。相比2016年洪水,今年最大1,3,30 d均偏多;相比1991年洪水,今年最大1,3,7 d均偏多,長時段最大15,30 d偏少。和雨量比較結果接近,短時段水量大于1991年,長時段水量少于1991年。

經過分析,巢湖流域發生全流域性的特大洪水原因如下[6-9]:

(1) 降水總量大,暴雨強度大。巢湖流域2020年梅雨期面平均雨量919 mm,同期雨量居歷史第1位。巢湖流域(巢湖閘以上)最大1 d雨量165.0 mm,超過1969,1991年,創歷史新高。

(2) 全流域性的強降水,全流域所有河湖水位均暴漲。巢湖流域2020年梅雨期降水較為均勻,流域各雨量站累計雨量基本在700.0 mm以上,所有河道湖泊水位均暴漲。降雨空間分布與1991年類似,較為均勻,流域各區域沒有明顯差異。

(3) 受長江高水位頂托影響,巢湖入江排水通道泄量受到影響,排水困難。忠廟水位13.43 m,超歷史最高水位12.80 m,居歷史第1位。同期裕溪閘下長江水位12.53 m,1991年最高水位同期裕溪閘下11.79 m。2020年蕪湖江段水位僅次于1954年歷史最高水位。今年內河與長江高洪遭遇較1991年更為惡劣。

(4) 流域內庫湖底水較高,調蓄有限。7月13~19日最大場次降雨之前,流域已有6場降雨,逐漸抬高了流域內河道、水庫、塘壩水位,降低了庫湖塘的蓄滯能力。導致河湖水位起漲水位均較高,后又遭遇強降水,因而河湖最高水位先后創造歷史新高。巢湖流域7月14~19日暴雨之前,忠廟站水位已達11.00 m。2016年最大場次暴雨之前,忠廟水位僅10.15 m。西河缺口站最大場次洪水起漲水位達10.80 m,2016年最大場次暴雨之前,缺口站水位10.53 m。

4 問題及思考

巢湖流域汛期氣候多變,環湖地勢低洼,山洪沖擊、內洪量大、湖洪浪高、外洪頂托,河湖互動密切,江湖關系復雜,蓄泄矛盾尖銳,歷史上洪澇災害頻繁且嚴重,威脅流域生存與發展。同時,隨著極端氣候多發、區域加速發展、人口快速增長和江湖關系演變調整,流域和區域防洪形勢又不斷面臨新情況、新挑戰和新要求[10-15]。

(1) 內外洪水不利遭遇,流域防汛局面較為被動。隨著長江中上游防洪標準提高和蓄洪場所運用減少,長江高水位來的早、退的慢,巢湖流域超額洪量受江水頂托難以下泄。巢湖流域入江通道僅新橋閘、裕溪閘、鳳凰頸閘站,入江通道少且內外洪遭遇時,閘上閘下水位差小,鳳凰頸排灌站規模不足,湖區洪水位居高不下,防洪局面較為被動。

(2) 防洪保護范圍擴大,流域蓄滯矛盾加劇。隨著合肥城區建設擴大,城鎮化建設如杭埠經濟開發區、無為經濟開發區等,城區、園區向沿湖低洼地區發展,保護范圍逐漸擴大,原來可以通過圩區蓄滯洪水的場所越來越少。防洪保護范圍、區域防洪標準以及超額洪量安排發生明顯變化。

(3) 防洪標準仍然偏低,防汛手段亟需提升。目前根據巢湖流域防洪規劃,其防洪的主要對象有合肥市、巢湖市、湖區的一般城鎮及保護耕地2 000 hm2以上的大圩,其中,合肥市的防洪標準為100~200 a一遇,巢湖市的防洪標準為50 a一遇,一般城鎮及2 000 hm2以上的大圩的防洪標準為20 a一遇。各防洪保護對象現狀防洪標準還未達到規劃標準,如合肥市仍有極少數區域防洪標準僅為 20 a一遇,蕪湖市、無為市、巢湖市、肥東縣、肥西縣等市(縣)均未完全達標。此外存在大范圍的中小河流未治理河段,防洪標準尚未達到20 a一遇。面對巢湖流域水利工程多、防汛矛盾大、調度任務重的現狀,現有的水情測報、應急監測需提升的地方還很多,如水位站建站標準偏低,應急監測保障不足等。

(4) 城市大規模建設,水文條件變化明顯,洪水風險增加。巢湖流域大部分區域屬于合肥市范疇,合肥市近幾年發展迅猛,下墊面硬化和地下空間的應用,使得產匯流條件發生變化,排澇范圍也兼顧地下地上,洪水風險和排澇壓力增加。

5 結論及建議

巢湖流域2020汛期共計11輪降水過程,4次為暴雨過程。暴雨強度大,巢湖流域最大1 d降雨量居歷史第3位,巢湖閘以上流域最大1 d降雨量居歷史第1位;累積雨量大,巢湖流域、巢湖閘以上流域梅雨期累積雨量均居歷年梅雨量第2位,西河流域梅雨期累積雨量居歷年梅雨量第3位;巢湖流域2020年梅雨期降雨是流域性的,全流域均受暴雨影響,其中西河流域、龍河口以上流域尤甚,各站梅雨期累積雨量在1 000.0~1 600.0 mm之間。受強降水影響2020年巢湖流域發生全流域性大洪水,巢湖忠廟站最高水位13.43 m,居歷史第1位。流域內河道除西河缺口站、無為站僅次于1954年歷史最高水位外,其余各支流水位均居有資料以來第1位。受長江高水頂托影響,湖水外排難。內外洪水相遇,巢湖湖區和河道長時間高水位運行,給防汛工作帶來嚴峻挑戰。安徽省水文局7月19日02:00精準預報不考慮沿湖圩堤棄守的情況下,巢湖忠廟站水位可能超過13.50 mm,給防汛工作提供了有效數據支撐。市防汛指揮調度部門通過閘門有效調度,圩口科學棄守,有效降低洪澇損失。針對巢湖流域在2020年洪水防御中暴露出的諸如洪水排泄不暢、調蓄空間不足、區域防洪排澇能力偏低等問題,應在以下幾方面進行改進。

(1) 提升流域泄洪能力,補齊防洪工程短板。擴大對江搶排泄洪通道,擴建銅城閘及新橋閘、擴建阻水橋梁、繼續疏浚河道、堤防除險加固等。

增設對江排洪大型泵站,結合河道過水能力,研究在西河、裕溪河、牛屯河出口處興建抽水排洪泵站的可行性。對巢湖入湖支堤、環巢湖岸線堤防進行達標加固建設,堤防出現險情段除險加固,破潰圩口堵口復建。加快蓄滯洪區建設,適時有序安排東大圩蓄滯洪區及進退工程建設;同時研究巢湖流域新增蓄洪場所,了解圩區的蓄洪能力,合理安排超額洪水出路。

(2) 提高洪水監測預報預警能力和水平。完善巢湖流域中小河流、重點圩口水文監測體系。修訂和優化巢湖流域洪水預報方案,加強大洪水尤其是分洪潰口情況下的河道及蓄滯洪區監測及預報模型研究。完善超標準洪水預警指標,實現超標準洪水發生時監測、預報、預警快速響應機制。

(3) 加強信息化管理在防洪減災中的應用,嚴格蓄洪區管理,加強管理水平和能力。加強遙測遙感等新技術在水文監測、災情評估中的應用。應用人工智能和云計算,開展水工程智能防災聯合調度研究。嚴格行蓄洪區保護,系統整治影響防洪安全的行為。運用新手段、新技術、新裝備武裝專業應急救援力量,精準部署、協調聯動,提升專業應急處置能力,減少人力成本。

參考文獻:

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(編輯:謝玲嫻)

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