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(wú)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(guò)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(guò)程

圖2 大通1954年型100年一遇洪水流量過(guò)程

圖3 大通1954年型300年一遇洪水流量過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)西河堤防淹沒官圩、閘圩等無(wú)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(guò)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(guò)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(guò)程及潰口流量過(guò)程

洪水演進(jìn)過(guò)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(guò)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(guò)西河堤防淹沒官圩、閘圩等無(wú)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(guò)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(guò)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(guò)程及潰口流量過(guò)程

洪水演進(jìn)過(guò)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(guò)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(guò)西河堤防淹沒官圩、閘圩等無(wú)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(guò)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(guò)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(wú)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(guò)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(guò)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。