長江不同潰口潰堤風(fēng)險分析

魏建華

(江西省安瀾工程咨詢有限公司，江西 南昌 330001)

1 引言

河流潰堤具有較為嚴(yán)重的影響后果，潰堤后洪水流量大、速度快，將造成經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡[1-3]。因此，分析潰口潰決風(fēng)險是十分必要的，可為防洪排澇規(guī)劃、設(shè)計、實施提供參考。水動力模型方法是研究洪水風(fēng)險的常用方法，通過區(qū)域水文參數(shù)的確定，可模擬分析洪水過程，計算結(jié)果較為可靠，計算速度快，在眾多工程應(yīng)用中取得了良好的應(yīng)用效果[4-7]。長江是我國重要的河流，沿線城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、居民眾多，一旦發(fā)生潰堤將造成不可估量的損失。

2 長江1954 年100 年一遇洪水

以1954 年，長江發(fā)生100 年一遇洪水為計算工況，考慮長江在安定街、二壩鎮(zhèn)、臨江站、黃山寺4 處位置發(fā)生潰堤。1954 年百年一遇洪水流量過程見圖1。為了研究長江不同潰口的潰堤風(fēng)險，采用一維、二維水動力模型進(jìn)行分析，根據(jù)目前常用的水動力模型計算方法，計算區(qū)域按糙率分區(qū)處理[8-10]，不同地形地貌特征糙率取值見表1。

圖1 1954 年100 年一遇洪水流量過程

表1 糙率分區(qū)表

3 不同潰口潰堤風(fēng)險分析

3.1 安定街潰堤

安定街潰口位于左堤，潰口寬度采用600 m，安定街潰決時洪水水位13.168 m。潰口流量峰值11257.56 m3/s，潰堤后河道水位最大降低1.167 m。

圖2 安定街潰堤水位及流量過程

潰決后洪水演進(jìn)過程分析:

潰堤1 天，長江洪水淹沒西河上游右岸的練塘圩、西二十四圩等圩區(qū)，洪水前鋒漫過西河堤防到達(dá)永安河右岸圩區(qū)，同時由于西河堤防的導(dǎo)水作用，洪水沿西河向下游演進(jìn)進(jìn)入上九連圩。

潰堤5 天，洪水向西淹沒黃陂湖;向北淹沒西大圩東大圩及永安河右岸圩區(qū);向東繼續(xù)演進(jìn)淹沒上下九連圩，由于西河堤防及裕溪河堤防的擋水作用，上下九連圩積水加深。

潰堤10 天，洪水漫過西河堤防淹沒官圩、閘圩等無為縣城附近圩區(qū);漫過裕溪河右堤進(jìn)入裕溪河，由于受裕溪河河道的導(dǎo)水作用，洪水在蟹子口處向右岸滿溢，淹沒楊柳圩進(jìn)入和縣江堤保護(hù)區(qū)。

潰堤20 天，洪水向北沿長江左岸圩區(qū)演進(jìn)到含山縣、和縣;同時洪水沿裕溪河向裕溪河上游推進(jìn)，在巢湖市洪水將漫過堤防，進(jìn)入巢湖，之后巢湖保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)淹沒水深趨于穩(wěn)定。

根據(jù)水動力模型計算的淹沒水深圖可知，安定街潰堤后長江洪水淹沒區(qū)主要分布在無為縣、含山縣、和縣圩區(qū)，這些圩區(qū)高程多在5 m～7 m，淹沒水深超過4 m，危害極大。

根據(jù)水動力計算結(jié)果，洪水模型進(jìn)洪時長648 h，進(jìn)洪量80.16 億m3，安定街潰決后，淹沒面積約為2744.57 km2，其中，最大水深7.42 m，平均最大水深4.05 m。

圖3 安定街潰口潰口20 天淹沒范圍

3.2 臨江站潰堤

臨江站潰口，潰決寬度600 m，潰決時洪水水位12.002 m。潰口流量峰值7531.06 m3/s，潰堤后河道水位最大降低0.98 m。

圖4 臨江站潰堤河道水位及流量過程

臨江站潰堤后洪水演進(jìn)過程分析:

潰堤1 天，由于西河堤防阻擋，上下九連圩積水不斷加深，洪水向上下九連圩演進(jìn)，直至到達(dá)裕溪河堤防，由于裕溪河堤防導(dǎo)流，洪水向二壩鎮(zhèn)方向推進(jìn)。

潰堤5 天，上下九連圩積水不斷加高，直至超過西河堤防，之后將淹沒西河下游左岸圩區(qū);同時，洪水將漫過堤防匯入裕溪河，向裕溪河右岸滿溢，淹沒楊柳圩。

潰堤10 天，洪水向裕溪河右岸滿溢，淹沒楊柳圩，之后沿后河牛屯河左岸圩區(qū)經(jīng)過含山縣、和縣到達(dá)和縣江堤保護(hù)區(qū);然后洪水繼續(xù)沿裕溪河推進(jìn)，在河道上游向兩岸滿溢，下游漫過左堤進(jìn)入練鋼圩。

潰堤20 天，洪水沿長江左岸圩區(qū)推進(jìn)，洪水前鋒已到達(dá)和縣香泉鎮(zhèn);同時裕溪河兩岸滿溢洪水將淹沒清溪河圩區(qū)，并不斷向西演進(jìn)，進(jìn)入東大圩，此時，洪水前鋒到達(dá)黃陂湖，之后淹沒范圍及淹沒水深趨于穩(wěn)定。

根據(jù)水動力計算結(jié)果，洪水模型進(jìn)洪時長552 h，進(jìn)洪量65.36 億m3，臨江站潰堤后淹沒面積2461.91 km2，最大水深6.987 m，平均最大水深3.38 m。

圖5 臨江站潰口20 天淹沒范圍

3.3 二壩鎮(zhèn)潰堤

二壩鎮(zhèn)潰口，寬度600 m，潰決時洪水11.166 m。潰口流量峰值7044.994 m3/s，潰口后河道水位最大降低1.01 m。

圖6 二壩鎮(zhèn)潰堤河道水位及流量過程

二壩鎮(zhèn)潰堤后洪水演進(jìn)過程分析:

潰堤1 天，洪水將淹沒上、下九連圩，并且積水不斷加深，在裕溪河堤防和西河堤防的阻水和導(dǎo)水作用下，潰堤后洪水向上九連圩演進(jìn)。

潰堤5 天，洪水演進(jìn)至上九連圩，在西河堤防的阻水作用下，上、下九連圩積水不斷加深，之后洪水漫過西河堤防，將淹沒官圩、閘圩等西河下游左岸圩區(qū)，漫過裕溪河右堤進(jìn)入裕溪河，洪水在蟹子口處向右岸滿溢，進(jìn)入楊柳圩。

潰堤10 天，西河下游左岸圩區(qū)積水加深，裕溪河左岸楊柳圩積水加深。

潰堤20 天，洪水沿后河牛屯河左岸圩區(qū)演進(jìn)到含山縣、和縣，進(jìn)入和縣江堤保護(hù)區(qū)，之后淹沒范圍及淹沒水深趨于穩(wěn)定。

根據(jù)淹沒水深圖可知，洪水淹沒區(qū)主要分布在無為縣圩區(qū)以及含山縣部分圩區(qū)，這些圩區(qū)高程多在5 m～7 m，淹沒水深超過2.5 m。

根據(jù)水動力計算結(jié)果，洪水模型進(jìn)洪時長360 h，進(jìn)洪量31.11 億m3，二壩鎮(zhèn)潰堤后淹沒面積1648.86 km2，平均最大水深2.66 m，最大水深5.81 m

圖7 二壩鎮(zhèn)潰口20 天淹沒范圍

3.4 黃山寺潰堤

黃山寺潰口，寬度600 m，潰決時洪水水位10.736 m。潰口流量峰值7221.82 m3/s，潰口后河道水位最大降低0.78 m。

圖8 黃山寺潰堤河道水位及流量過程

黃山寺潰決后洪水演進(jìn)過程分析:

潰堤1 天，在裕溪河堤防、牛屯河堤防的阻水作用下，洪水淹沒練鋼圩且積水不斷加深。

潰堤5 天，洪水漫過牛屯河堤防淹沒部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)，前鋒到達(dá)和縣。

潰堤10 天，淹沒區(qū)水深加深。前鋒到達(dá)香泉鎮(zhèn)。

潰堤20 天，淹沒楊柳圩，之后淹沒范圍及淹沒水深趨于穩(wěn)定。

根據(jù)水動力計算結(jié)果，洪水模型進(jìn)洪時長384 h，進(jìn)洪量27.41 億m3，黃山寺潰堤后淹沒面積903.47 km2，最大水深4.95 m，平均最大水深2.98 m。

圖9 黃山寺潰口20 天淹沒范圍

表2 長江潰堤洪水各方案風(fēng)險信息統(tǒng)計表

4 結(jié)論及建議

利用水動力模型方法模擬分析長江不同潰口潰堤后的洪水過程，以1954 年，長江發(fā)生的100 年一遇洪水為計算工況，考慮長江在安定街、二壩鎮(zhèn)、臨江站、黃山寺4 處位置發(fā)生潰堤。通過同一量級洪水不同潰口淹沒范圍對比得知，安定街潰口、臨江站潰口、二壩鎮(zhèn)潰口、黃山寺潰口淹沒范圍依次減小，但洪水影響范圍包括多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，影響范圍廣，將造成極為嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

建議在后期的工作中，加強堤防工程的監(jiān)測、預(yù)警工作，做好防洪規(guī)劃，采取相關(guān)措施，提高堤防安全性，保障沿線居民的安全。