城市潰壩洪水災(zāi)害風(fēng)險研究

王正吉 陳健康 王昊

摘 要：文章描述了以入流過程線構(gòu)建水庫洪水災(zāi)害風(fēng)險分析模型的方法。以昭通市的6個水庫為實(shí)例，將FVCOM模型和災(zāi)害損失計算方法進(jìn)行結(jié)合，模擬分析了水庫在遭遇特大降雨事件時，潰壩造成的經(jīng)濟(jì)損失，為為潰壩洪水災(zāi)害的防治提供支持。

關(guān)鍵詞：潰壩；洪水；風(fēng)險

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.183

1 引言

水庫作為城市的大型蓄水設(shè)施在城市水資源調(diào)度、供水補(bǔ)給等方面起著至關(guān)重要的作用。在遭遇特大降雨事件時，水庫的水位會迅速上漲而從壩口溢出。當(dāng)水體在壩口溢出時，若流速過快，則會將壩口的土壤隨著水流沖失，造成壩口潰開。隨著水庫內(nèi)的水體繼續(xù)流出和大壩土壤流失的過程，壩口潰開面積會愈來愈大，則大量水體從水庫流向下游城區(qū)，對城市造成淹沒，產(chǎn)生洪水災(zāi)害。

針對以上問題，采用水力模型對城市潰壩后水體向下游流動過程中對城市的洪水淹沒過程進(jìn)行模擬。以云南省昭通市為例，分析不同重現(xiàn)期情景下，水庫潰壩后對下游城市所造成的洪水影響，并通過模擬得到的淹沒范圍和淹沒損失，結(jié)合當(dāng)?shù)氐臑?zāi)害損失曲線，計算出對應(yīng)的淹沒損失[1]。為潰壩洪水災(zāi)害的防治提供支持。

2 研究區(qū)概況

昭通市位于利濟(jì)河和禿尾河的下游，河道的上游有6座水庫，分別為北閘水庫、箐門水庫、頭道溝水庫、放羊沖水庫、楊家墳水庫、焦家閘水庫。由于水庫處于河道上游，河道下游為昭通市市區(qū)。水庫均為土壩，近年來已經(jīng)經(jīng)過除險加固處理。

3 潰壩洪水模型構(gòu)建

城市潰壩洪水淹沒模型的構(gòu)建主要包括兩個方面：洪水淹沒模型的構(gòu)建和壩口入流邊界條件的設(shè)置。

3.1 洪水淹沒模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集

以昭通市的地形、土地利用等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建水力模型。模型數(shù)據(jù)具體如下：

（1）地形數(shù)據(jù)。以當(dāng)?shù)靥峁┑牡匦螠y繪數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式為shp格式的高程點(diǎn)分布，并通過差值方法生成昭通市基礎(chǔ)地形圖。

（2）土地利用數(shù)據(jù)。以當(dāng)?shù)乜睖y部門提供的土地利用數(shù)據(jù)，獲得研究區(qū)的城市下墊面類型分布情況。同時依據(jù)不同下墊面的分布來確定模型各個區(qū)域的地表粗糙系數(shù)。

3.2 入流邊界條件

依據(jù)以上數(shù)據(jù)可以構(gòu)建昭通市洪水淹沒模型，在模型構(gòu)建后需要輸入模型的上游邊界條件。在潰壩洪水模擬時，上游的邊界條件為各個水庫在潰壩時的流量過程線。因此，將當(dāng)?shù)厮块T提供的100年一遇的6個水庫潰壩流量過程線輸入到模型當(dāng)中進(jìn)行模擬。

4 潰壩洪水模擬與分析

本文采用FVCOM模型來進(jìn)行洪水淹沒模擬。FVCOM包含了城市河道、洪水等模擬功能，并已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用[2]。

將以上昭通市水系、地形等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入到模型中后，以不同水庫的入流邊界條件為輸入，進(jìn)行不同水庫潰壩情景下的洪水淹沒模擬，并獲得洪水淹沒結(jié)果，如圖1。

依據(jù)當(dāng)?shù)靥峁┑臑?zāi)害損失曲線進(jìn)行淹沒損失計算，結(jié)果如圖2。

從以上模擬結(jié)果可以看出，當(dāng)6個水庫同時潰壩時，對昭通市造成的淹沒時最為嚴(yán)重。北閘水庫、頭道溝水庫和楊家墳水庫潰壩時，均會造成較為嚴(yán)重的災(zāi)害損失。菁門水庫、焦家閘水庫和放羊沖水庫在潰壩時對城區(qū)造成的洪水災(zāi)害較小。

5 結(jié)論

城市水庫潰壩產(chǎn)生的洪水淹沒災(zāi)害會導(dǎo)致城市基礎(chǔ)建設(shè)遭受嚴(yán)重?fù)p失。本文通過構(gòu)建水力模型來模擬不同潰壩情景的洪水淹沒情況，得到不同情景下所對應(yīng)洪水淹沒分布情況。將洪水淹沒模擬結(jié)果與災(zāi)害損失曲線相結(jié)合進(jìn)行洪水災(zāi)害損失定量估算，從而獲得不同潰壩情景下城市所遭受的經(jīng)濟(jì)損失情況。

以昭通市為例潰壩模擬與災(zāi)害損失計算方法進(jìn)行應(yīng)用，分析6個水庫潰壩時對昭通市洪水災(zāi)害影響。經(jīng)分析確定北閘水庫、頭道溝水庫和楊家墳水庫潰壩時對城市的危害較大，需重點(diǎn)關(guān)注，并適當(dāng)采取相關(guān)措施防止?jié)蔚陌l(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉朝輝，劉高峰，仇蕾.城市洪水災(zāi)害損失評估及應(yīng)用[J].水利經(jīng)濟(jì)，2009，27（01）：36-38+48+76.

[2]Chen C，Liu H， Beardsley R C.An unstructured， finite-volume，three-dimensional，primitive equation ocean model： application to coastal ocean and estuaries[J].Journal of Atmospheric and Oceanic Technology，2003，20：159-186.

作者簡介：王正吉（1986-），男，仡佬族，貴州黃平人，工程師，碩士研究生，現(xiàn)從事道路路線設(shè)計和給水排水設(shè)計工作。