基于水動(dòng)力模型長(zhǎng)江干流安定街潰堤風(fēng)險(xiǎn)分析

鄧子昂，馬月平，張鵬宇

(三峽大學(xué)，湖北 宜昌 443000)

1 概 述

洪水是一種常見的自然災(zāi)害，當(dāng)洪水造成河道潰堤后，可造成極為嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失甚至人員傷亡[1-2]。因此，對(duì)洪水潰堤風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析是非常必要的。在洪水研究中，常用的方法為水動(dòng)力模型法，其具有計(jì)算簡(jiǎn)便、效率高、準(zhǔn)確等優(yōu)勢(shì)，得到了專家和學(xué)者的應(yīng)用，在工程實(shí)踐中取得良好的效果[3-5]。

2 模型范圍及邊界條件

2.1 模型計(jì)算范圍

根據(jù)收集到的斷面數(shù)據(jù)，確定模型范圍。大通-馬鞍山方案，該方案考慮的因素少，模型范圍小，精度高。長(zhǎng)江南京以上主要受徑流控制為主，潮汐為輔。以馬鞍山為例，汛期在一個(gè)潮汐周期內(nèi)(12h25min)，潮差僅為20～30cm，潮汐對(duì)馬鞍山水位的頂托作用極為有限。此外，馬鞍山處水位流量關(guān)系較為單調(diào)穩(wěn)定，適合作為模型計(jì)算的下邊界(后續(xù)模型率定驗(yàn)證也表明馬鞍山處水位流量關(guān)系穩(wěn)定可靠)。

此外，在大通-馬鞍山區(qū)間，有裕溪河、姑溪河、牛屯河等區(qū)間入流。由于區(qū)間入流總量相對(duì)于長(zhǎng)江流量所占比例較小，且汛期長(zhǎng)江高水位期間支流無法進(jìn)入長(zhǎng)江(多數(shù)建有閘門)，所以在本模型中不考慮區(qū)間入流的影響。

模型的上邊界位于大通水文站，下邊界為馬鞍山水位站。模型的具體設(shè)置見表1。

表1 長(zhǎng)江一維水動(dòng)力模型范圍

2.2 長(zhǎng)江潰堤洪水計(jì)算方案邊界條件

長(zhǎng)江一維水動(dòng)力模型上邊界條件分別為：長(zhǎng)江1954年型洪水、長(zhǎng)江1954年型100年一遇設(shè)計(jì)洪水、長(zhǎng)江1954年型300年一遇設(shè)計(jì)洪水，流量過程見圖1-圖3。下邊界為馬鞍山H-Q關(guān)系。

圖1 大通1954年型洪水流量過程

圖2 大通1954年型100年一遇洪水流量過程

圖3 大通1954年型300年一遇洪水流量過程

3 不同洪水長(zhǎng)江安定街潰堤風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果

3.1 長(zhǎng)江1954年型洪水安定街潰堤

長(zhǎng)江1954年型洪水，左堤設(shè)置安定街潰口，寬度600m，洪峰水位13.356m(潰堤時(shí)刻定在到達(dá)洪峰水位時(shí)刻)。潰口流量峰值11 943.45m3/s，潰堤后河道水位最大降低1.25m。見圖4。

洪水演進(jìn)過程分析：

洪水演進(jìn)1天，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(shí)，由于西河堤防的導(dǎo)水作用，洪水沿西河向下游推進(jìn)，進(jìn)入上九連圩。

圖4 1954年型洪水河道水位及潰口流量過程

安定街潰堤5天后，洪水淹沒黃陂湖；向北淹沒西大圩東大圩及永安河右岸圩區(qū)；向東繼續(xù)淹沒上下九連圩，積水加深。

安定街潰堤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)，進(jìn)入裕溪河，在蟹子口處向右岸漫溢，淹沒楊柳圩進(jìn)入和縣江堤保護(hù)區(qū)。

洪水演進(jìn)20天，洪水向北沿長(zhǎng)江左岸圩區(qū)演進(jìn)到含山縣、和縣。同時(shí)，洪水沿裕溪河向裕溪河上游演進(jìn)，并且在巢湖市漫過巢湖堤防，進(jìn)入巢湖，之后水深趨于穩(wěn)定。

由淹沒水深圖可知，淹沒水深超過4m。見圖5。

洪水模型進(jìn)洪時(shí)長(zhǎng)672h，進(jìn)洪量90.29×108m3，淹沒面積2 833.21km2，最大水深7.5m，平均最大水深4.2m。

圖5 安定街潰口20天淹沒范圍(1954年型洪水)

3.2 長(zhǎng)江1954年型100年一遇洪水安定街潰堤

100年一遇洪水潰口流量峰值11 257.56m3/s，潰堤后河道水位降低1.167m。見圖6。

圖6 100年一遇洪水安定街潰堤與不潰堤潰口處河道水位過程及潰口流量過程

洪水演進(jìn)過程分析：

安定街潰堤1天，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(shí)，由于西河堤防的導(dǎo)水作用，洪水進(jìn)入上九連圩。

安定街潰堤5天，洪水淹沒黃陂湖；向北淹沒西大圩東大圩及永安河右岸圩區(qū)；向東繼續(xù)淹沒上下九連圩，積水加深。

安定街潰堤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)，進(jìn)入裕溪河，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)。

洪水演進(jìn)20天，洪水向北沿長(zhǎng)江左岸圩區(qū)演進(jìn)到含山縣、和縣。同時(shí)，洪水沿裕溪河向裕溪河上游演進(jìn)，并且在巢湖市漫過巢湖堤防，進(jìn)入巢湖，之后水深趨于穩(wěn)定。

由淹沒水深圖可知，淹沒水深超過4m。見圖7。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，進(jìn)洪時(shí)長(zhǎng)648h，進(jìn)洪量80.16×108m3，淹沒面積2 744.57km2，最大水深7.42m，平均最大水深4.05m。

圖7 安定街潰口20天淹沒范圍(1954年型100一遇洪水)

3.3 長(zhǎng)江1954年型300年一遇洪水安定街潰堤

長(zhǎng)江發(fā)生1954年型300年一遇洪水，潰口流量峰值12 275.55m3/s，潰堤后河道水位最大降低1.41m。見圖8。

圖8 300年一遇洪水安定街潰堤與不潰堤潰口處河道水位過程及潰口流量過程

洪水演進(jìn)過程分析：

安定街潰堤1天，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(shí)，由于西河堤防的導(dǎo)水作用，洪水進(jìn)入上下九連圩。

安定街潰堤5天后，洪水淹沒黃陂湖；向北淹沒西大圩東大圩及永安河右岸圩區(qū)；向東繼續(xù)淹沒上下九連圩，積水加深。

安定街潰堤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)，進(jìn)入裕溪河，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)。

洪水演進(jìn)20天，洪水向北沿長(zhǎng)江左岸圩區(qū)演進(jìn)到含山縣、和縣。同時(shí)，洪水沿裕溪河向裕溪河上游演進(jìn)，并且在巢湖市漫過巢湖堤防，進(jìn)入巢湖。

洪水演進(jìn)40天，巢湖水位持續(xù)抬升，并且漫過環(huán)巢湖堤防淹沒豐樂河杭埠河白石天河流域圩區(qū)、派河流域南淝河流域圩區(qū)以及柘皋河流域圩區(qū)，之后水深趨于穩(wěn)定。

由淹沒水深圖可知，洪水淹沒區(qū)主要分布在巢湖閘下的無為縣、含山縣、和縣圩區(qū)，以及巢湖閘上的廬江縣、肥西縣、合肥市包河區(qū)圩區(qū)，這些圩區(qū)地面平坦，地面高程多在5～7m，巢湖閘下游圩區(qū)淹沒水深多超過6m，巢湖閘上游圩區(qū)淹沒水深多在3.5m左右。見圖9。

圖9 安定街40天淹沒范圍(1954年型300年一遇洪水)

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，洪水模型進(jìn)洪時(shí)長(zhǎng)768h，進(jìn)洪量135.48×108m3，淹沒面積4 136.47km2，最大水深8.08m，平均最大水深4.2。

4 結(jié) 論

通過建立長(zhǎng)江干流不同洪水工況下安定街潰口計(jì)算模型，分析安定街潰堤風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)比潰堤后洪水淹沒范圍、水深。結(jié)果表明，長(zhǎng)江1954型300年一遇洪水潰堤后的淹沒范圍、淹沒水深較其他兩種洪水工況顯著增大；1954型洪水與1954型100年一遇洪水潰堤風(fēng)險(xiǎn)相比，淹沒范圍及水深稍大，但差距較小，兩種洪水工況下的潰堤風(fēng)險(xiǎn)基本一致。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的主要原因是長(zhǎng)江1954型300年一遇洪水的洪水位最高，潰堤后的洪峰流量最大。