巢湖流域西河練塘圩潰決風險研究

李嘉喜

(安徽省蚌埠閘工程管理處，安徽 蚌埠 233000)

1 引言

河道具有重要的防洪、排澇效益，可保證沿線居民免受洪澇災害影響，但是在堤防工程薄弱的區域較易出現潰堤風險，造成無可估量的損失[1-3]。在河道潰堤風險研究中常用的方法為水動力模型法，該方法可建立與實際情況相接近的模型，通過賦予相關參數，從而模擬出水動力變化過程。目前，該方法在多個工程項目中得到了應用，取得了良好的應用效果[4-7]。巢湖流域保護區范圍內居民較多、經濟發達，河道潰決后影響嚴重。為了分析流域范圍內西河練塘圩潰決后的影響，采用二維水動力模型對其淹沒范圍進行模擬。

2 二維水動力模型構建

2.1 網格剖分

為了準確計算潰堤后的風險，采用一、二維模型耦合的方法進行分析，其中二維水動力模型主要分析范圍為西河河道以外的區域。根據巢湖流域實際情況和規劃要求，采用三角形網格建立二維水動力模型。網格最大面積不超過0.1 km2，之后利用DEM 數據進行插值處理，地形見圖1。

圖1 內河洪水二維模型計算區域mesh

2.2 構筑物的概化

巢湖流域防洪保護區主要阻水地物是內河堤防，為了反映河堤的阻水作用，在模型中將構筑物進行“DIKE”概化處理。對于過水涵洞則根據實際尺寸將公路等線形地物分段建模，保證洪水運動與實際情況相一致。需考慮的線狀阻物位置見圖2。

圖2 二維模型計算區域線狀地物位置圖

2.3 設置參數

在二維水動力學模型中，影響模型計算準確的參數包括:地面糙率、計算時間和步長、干濕邊界、水體密度、風場、渦粘系數等。

a)糙率。主要根據土地利用及地形地貌情況進行糙率分區處理，糙率取值見表1，二維模型計算區域采用的糙率值見圖3。

表1 糙率分區表

圖3 二維模型計算區域糙率云圖

b)時間步長。最大時間步長設定為5 min，最小時間步長為 0.01 s。

c)干濕邊界。為保證潰口同時考慮流量和動量的計算，設定潰口處的水深略大于濕水深，其余網格初始水深為濕水深與干水深之間。

2.4 巢湖潰堤洪水邊界條件

根據《巢湖流域防洪規劃報告》巢湖20 年一遇、50 年一遇、100 年一遇洪水位(吳淞高程)分別為12.5 m、12.75 m、13.36 m。將巢湖各頻率洪水位作為巢湖潰堤洪水演進模型的邊界條件，經過洪水演進，得到巢湖潰堤洪水淹沒范圍，并且從模型中提取潰口流量過程，見圖4。

圖4 巢湖潰堤洪水潰口流量過程

3 潰決風險分析

3.1 巢湖流域20 年一遇洪水西河練塘圩潰決

巢湖流域發生20 年一遇洪水，西河練塘圩右堤設置尹家潰口，寬度120 m，河道水位達到保證水位9.99 m 時潰決。洪水模型進洪時長298 h，潰口流量峰值為483.93 m3/s，進洪量1.52 億m3，潰口后河道水位最大降低0.9 m。

圖5 巢湖流域20 年一遇洪水西河練塘圩潰決河道水位及潰口流量過程

洪水演進過程分析:

練塘圩潰決前，洪水在裕溪河義城圩及西河閘圩處發生少許漫溢。

練塘圩發生潰決，洪水演進1 天后，潰決洪水向南演進至鶴毛鄉、牛埠鎮處。

洪水演進5 天，西河潰決洪水向西河下游演進，淹沒西二十四圩，裕溪河漫溢洪水淹沒義城圩、大家圩。

洪水演進10 天，淹沒過程趨于平衡。

經統計，本計算方案潰口淹沒面積為131.99 km2，最大水深3.83 m，平均水深1.57 m。

圖6 巢湖流域20 年一遇洪水西河練塘圩潰決后10 d 淹沒范圍

3.2 巢湖流域50 年一遇洪水西河練塘圩潰決

巢湖流域發生50 年一遇洪水，西河練塘圩右堤設置尹家潰口，寬度120 m，河道水位達到最高水位9.7 m 時潰決。洪水模型進洪時長422 h，潰口流量峰值為496.88 m3/s，進洪量1.75 億m3，潰口后河道水位最大降低0.61 m。

圖7 巢湖流域50 年一遇洪水西河練塘圩潰決河道水位及潰口流量過程

洪水演進過程分析:

練塘圩潰決前，裕溪河洪水在義城圩處河段發生漫溢;西河洪水在下游閘圩出發生少許漫溢。

練塘圩發生潰決，東大圩蓄洪區啟用蓄洪，洪水演進5日后，潰決洪水淹沒練塘圩、西二十四圩;裕溪河漫溢洪水淹沒裕溪河義城圩、仙房圩，西河下游閘圩等圩區。

練塘圩潰決10 日后，西河練塘圩、西二十四圩、閘圩，裕溪河義城圩、仙房圩水深增加。

潰決洪水演進30 天后，淹沒過程趨于平衡。

經統計，本計算方案潰口淹沒面積為135.5 km2，最大水深3.95 m，平均水深1.44 m。

圖8 巢湖流域50 年一遇洪水西河練塘圩潰決后30 d 淹沒范圍

3.3 巢湖流域100 年一遇洪水西河練塘圩潰決

巢湖流域發生100 年一遇洪水，西河練塘圩右堤設置尹家潰口，寬度120 m，河道水位達到最高水位9.56 m 時潰決。洪水模型進洪時長660 h，潰口流量峰值為463.13 m3/s，進洪量3.07 億m3，潰口后河道水位最大降低1.73 m。

圖9 巢湖流域100 年一遇洪水西河練塘圩潰決河道水位及潰口流量過程

洪水演進過程分析:

練塘圩潰決前，東大圩蓄洪區啟用蓄洪，裕溪河洪水在城郊聯圩處及西河黃雒閘河段發生漫溢，淹沒裕溪河城郊聯圩、都勝圩、義城圩、西河下游閘圩等圩區。

練塘圩潰決5 日后，潰決洪水淹沒練塘圩、西二十四圩;裕溪河右岸發生漫溢淹沒裕溪河岱山聯圩、黃周聯圩等圩區。

練塘圩潰決10 日后，西河練塘圩、西二十四圩、閘圩，裕溪河義城圩、仙房圩水深增加。

潰決洪水演進30 天后，潰決洪水向龍橋鎮方向演進，淹沒過程趨于平衡。

經統計，本計算方案潰口淹沒面積為162.07 km2，最大水深5.72 m，平均水深2.03 m。

圖10 巢湖流域100 年一遇洪水西河練塘圩潰決后30 d 淹沒范圍

3.4 危害分析

根據前述洪水過程及淹沒范圍計算成果，考慮周邊范圍內的土地利用情況、經濟發展水平、人口數量、交通條件等因素，綜合確定不同洪水頻率條件下潰決的危害程度。西河練塘圩潰決危害如下所示:

西河20 年一遇洪水練塘圩潰口:主要影響蜀山鎮、牛埠鎮、劉渡鎮、鶴毛鄉、洪巷鄉等。淹沒總人口約6.95 萬人，總淹沒面積131.24 km2，總淹沒農田面積10705.76 hm2，淹沒房屋面積220.22 萬m2，受影響公路長度24.05 km，受影響GDP 達193085.05 萬元。

西河50 年一遇洪水練塘圩潰口:蜀山鎮、牛埠鎮、劉渡鎮、鶴毛鄉、洪巷鄉等。淹沒總人口約6.72 萬人，總淹沒面積126.99 km2，總淹沒農田面積10362.6 hm2，淹沒房屋面積206.09 萬m2，受影響公路長度22.61 km，受影響 GDP 達186943.73 萬元。

西河100 年一遇洪水練塘圩潰口:主要影響蜀山鎮、牛埠鎮、劉渡鎮、鶴毛鄉、洪巷鄉等。淹沒總人口約8.35 萬人，總淹沒面積161.53 km2，總淹沒農田面積12953.86 hm2，淹沒房屋面積220.22 萬m2，受影響公路長度24.05 km，受影響GDP 達228598.54 萬元。

練塘圩潰口20 年一遇洪水危害比50 年一遇更大，是由于20 年一遇洪水東大圩沒達到啟用標準。而50 年一遇洪水東大圩啟用蓄洪，減輕了洪水對保護區的危害，因此反而沒有20 年一遇危害大。

4 結論

通過二維水動力模型分析練塘圩潰決風險，計算結果表明練塘圩潰決后，淹沒范圍超過100 km2，將對數萬人生產生活造成影響，帶來的經濟損失超過10 億元，且公路、農田均受到不同程度的影響。建議加強流域堤防工程安全監測工作，做好防洪規劃方案，以減少潰決風險、降低潰后造成的損失。