基于水動(dòng)力模型的西河官圩潰堤風(fēng)險(xiǎn)研究

段建軍

（江西潯禹工程管理有限公司，江西 九江 332000）

1 工程概況

潰堤洪水計(jì)算方案潰口位置設(shè)置在杭埠河入湖口與白石天河入湖口之間，分析地形得知，潰堤后淹沒(méi)受影響區(qū)域主要是廬北大圩，故巢湖潰堤洪水二維模型搭建區(qū)域包含巢湖和廬北大圩，模型搭建面積1 553.70 km2，見(jiàn)圖1。

圖1 巢湖潰堤洪水模型范圍

內(nèi)河潰堤洪水一維模型上邊界條件為巢湖閘上設(shè)計(jì)流量過(guò)程，以及缺口處設(shè)計(jì)流量過(guò)程，下邊界為裕溪閘與新橋閘下水位過(guò)程，各河道區(qū)間洪水過(guò)程按源匯項(xiàng)加入模型中。以1969 年作為典型年，發(fā)生20 年、50 年、100 年一遇洪水過(guò)程共計(jì)31 d、93 d、93 d。通過(guò)一維、二維耦合模型，得到潰口分洪過(guò)程及計(jì)算區(qū)域內(nèi)洪水淹沒(méi)情況。

根據(jù)巢湖20年一遇、50年一遇、100年一遇洪水位（吳淞高程）分別為12.50 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(jìn)模型的邊界條件，經(jīng)過(guò)洪水演進(jìn)，得到巢湖潰堤洪水淹沒(méi)范圍，并且從模型中提取潰口流量過(guò)程，如圖2所示。

圖2 巢湖潰堤洪水潰口流量過(guò)程圖

2 水動(dòng)力模型建立

MIKE11 水動(dòng)力計(jì)算模型是基于一維非恒定流Saint-Venant方程組來(lái)模擬河流或河口的水流狀態(tài)。

式中：x、t計(jì)算點(diǎn)空間和時(shí)間的坐標(biāo)，A過(guò)水面積，Q流量，h水位，q 旁側(cè)流量，C 謝才系數(shù)，R 水力半徑，α動(dòng)量校正系數(shù)，g重力加速度。

根據(jù)歷史資料分析，流域長(zhǎng)歷時(shí)降雨造成的洪澇災(zāi)害影響主要集中在巢湖閘下沿江平原圩區(qū)，內(nèi)河潰堤分析主要選擇裕溪河和西河，內(nèi)河洪水分析方案中主要構(gòu)建一維模型的河流見(jiàn)表1所示。

表1 需要搭建一維模型的河道范圍表

3 潰堤風(fēng)險(xiǎn)模擬分析

3.1 20年一遇洪水西河官圩潰決

20年一遇洪水，西河官圩左堤設(shè)置蔣家灣潰口，寬度120 m，河道水位達(dá)到保證水位9.21 m 時(shí)潰決。洪水模型進(jìn)洪時(shí)長(zhǎng)1 269 h，潰口流量峰值為552.99 m3/s，進(jìn)洪量2.69億m3，潰口后河道水位最大降低0.82 m。見(jiàn)圖3所示。

圖3 20年一遇洪水西河官圩潰決河道水位及潰口流量過(guò)程圖

官圩潰決前，裕溪河洪水左岸義城圩處發(fā)生少許漫溢。

官圩發(fā)生潰決，洪水演進(jìn)1 d后，潰決洪水淹沒(méi)官圩，受圩堤阻水作用，官圩淹沒(méi)水深持續(xù)增加。

洪水演進(jìn)10 d，西河潰決洪水漫過(guò)官圩圩堤向西河上下游演進(jìn)，淹沒(méi)上游趙翟家圩和下游閘圩；裕溪河上游漫溢洪水影響清溪河并演進(jìn)至清溪鎮(zhèn)，淹沒(méi)城郊聯(lián)圩、都勝圩、義城圩、岱山聯(lián)圩、黃周聯(lián)圩等圩區(qū)。

洪水演進(jìn)30 d，洪水向開(kāi)城鎮(zhèn)方向演進(jìn)，淹沒(méi)水深略有增加，洪水淹沒(méi)范圍基本趨于平衡。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，此計(jì)算方案潰口淹沒(méi)面積為177.16 km2，最大水深5.26 m，平均最大水深2.09 m。

3.2 50年一遇洪水西河官圩潰決

50年一遇洪水，西河官圩左堤設(shè)置蔣家灣潰口，寬度120 m，河道水位達(dá)到保證水位9.21 m 時(shí)潰決。洪水模型進(jìn)洪時(shí)長(zhǎng)717 h，潰口流量峰值為388.88 m3/s，進(jìn)洪量1.7億m3，潰口后河道水位最大降低1.14 m。

官圩潰決前，裕溪河洪水在左岸都勝圩、義城圩處河段發(fā)生漫溢。

官圩發(fā)生潰決，東大圩蓄洪區(qū)啟用蓄洪，洪水演進(jìn)5 d后，潰決洪水淹沒(méi)官圩并漫過(guò)官圩圩堤向西河上下游演進(jìn)，淹沒(méi)上游趙翟家圩和下游閘圩；裕溪河上游漫溢洪水演進(jìn)至清溪鎮(zhèn)，淹沒(méi)城郊聯(lián)圩、都勝圩、義城圩等圩區(qū)。

洪水演進(jìn)10 d，西河潰決洪水繼續(xù)向西河下游演進(jìn)；裕溪河上游漫溢洪量增加。

洪水演進(jìn)30 d，洪水淹沒(méi)范圍基本趨于平衡。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，此計(jì)算方案潰口淹沒(méi)面積為119.54 km2，最大水深4.97 m，平均最大水深1.72 m。

3.3 100年一遇洪水西河官圩潰決

100年一遇洪水，西河官圩左堤設(shè)置蔣家灣潰口，寬度120 m，河道水位達(dá)到保證水位9.21 m 時(shí)潰決。洪水模型進(jìn)洪時(shí)長(zhǎng)479 h，潰口流量峰值為386.73 m3/s，進(jìn)洪量2.20 億m3，潰口后河道水位最大降低1.13 m。

官圩潰決前，東大圩蓄洪區(qū)啟用蓄洪，裕溪河洪水在左岸都勝圩、義城圩處河段發(fā)生漫溢。

官圩發(fā)生潰決，洪水演進(jìn)5 d后，潰決洪水淹沒(méi)官圩并漫過(guò)官圩圩堤向西河上下游演進(jìn)，淹沒(méi)上游趙翟家圩和下游閘圩；裕溪河上游洪水向兩岸漫溢，左岸演進(jìn)至清溪鎮(zhèn)，淹沒(méi)城郊聯(lián)圩、都勝圩、義城圩、仙房圩等圩區(qū)，右岸淹沒(méi)岱山聯(lián)圩、黃周聯(lián)圩。

洪水演進(jìn)10 d，西河潰決洪水繼續(xù)向西河下游演進(jìn)；裕溪河上游漫溢洪量增加。

洪水演進(jìn)30 d，西河潰決洪水向開(kāi)城鎮(zhèn)方向演進(jìn)，淹沒(méi)水深略有增加，洪水淹沒(méi)范圍基本趨于平衡。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，此計(jì)算方案潰口淹沒(méi)面積為161.12 km2，最大水深5.76 m，平均最大水深1.90。

20年一遇洪水官圩潰口淹沒(méi)總?cè)丝诩s17.49萬(wàn)人，總淹沒(méi)面積175.69 km2，總淹沒(méi)農(nóng)田面積13 372.04 hm2，淹沒(méi)房屋面積417.21萬(wàn)m2，受影響公路長(zhǎng)度72.12 km，受影響鐵路長(zhǎng)度10.74 km，受影響GDP 達(dá)486 232.13 萬(wàn)元。50 年一遇洪水官圩淹沒(méi)總?cè)丝诩s12.13萬(wàn)人，總淹沒(méi)面積286.74 km2，總淹沒(méi)農(nóng)田面積9 060.15 hm2，淹沒(méi)房屋面積286.74 萬(wàn)m2，受影響公路長(zhǎng)度51.17 km，受影響鐵路長(zhǎng)度9.84 km，受影響GDP 達(dá)337 064.74萬(wàn)元。100 年一遇洪水官圩潰口淹沒(méi)總?cè)丝诩s15.88 萬(wàn)人，總淹沒(méi)面積159.60 km2，總淹沒(méi)農(nóng)田面積12 080.70 hm2，淹沒(méi)房屋面積363.05 萬(wàn)m2，受影響公路長(zhǎng)度63.68 km，受影響鐵路長(zhǎng)度10.34 km，受影響GDP達(dá)441 426.81萬(wàn)元。

4 結(jié)論

以長(zhǎng)江流域西河官圩為研究對(duì)象，通過(guò)建立水動(dòng)力模型，對(duì)不同洪水情況下西河官圩潰堤風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)模擬結(jié)果可以得知：官圩潰堤后影響面積大、危害程度高、經(jīng)濟(jì)損失大，對(duì)交通、農(nóng)業(yè)等影響極大。建議在后期工作中，加強(qiáng)堤防工程安全監(jiān)測(cè)、預(yù)警工作，做好防洪規(guī)劃，保障堤防工程安全，減小潰堤發(fā)生的概率，減輕洪水造成的危害。