基于水動力模型長江干流安定街潰堤風險分析

鄧子昂，馬月平，張鵬宇

(三峽大學，湖北 宜昌 443000)

1 概 述

洪水是一種常見的自然災害，當洪水造成河道潰堤后，可造成極為嚴重的經濟損失甚至人員傷亡[1-2]。因此，對洪水潰堤風險進行分析是非常必要的。在洪水研究中，常用的方法為水動力模型法，其具有計算簡便、效率高、準確等優勢，得到了專家和學者的應用，在工程實踐中取得良好的效果[3-5]。

2 模型范圍及邊界條件

2.1 模型計算范圍

根據收集到的斷面數據，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，汛期在一個潮汐周期內(12h25min)，潮差僅為20～30cm，潮汐對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系較為單調穩定，適合作為模型計算的下邊界(后續模型率定驗證也表明馬鞍山處水位流量關系穩定可靠)。

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

模型的上邊界位于大通水文站，下邊界為馬鞍山水位站。模型的具體設置見表1。

表1 長江一維水動力模型范圍

2.2 長江潰堤洪水計算方案邊界條件

長江一維水動力模型上邊界條件分別為：長江1954年型洪水、長江1954年型100年一遇設計洪水、長江1954年型300年一遇設計洪水，流量過程見圖1-圖3。下邊界為馬鞍山H-Q關系。

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 不同洪水長江安定街潰堤風險結果

3.1 長江1954年型洪水安定街潰堤

長江1954年型洪水，左堤設置安定街潰口，寬度600m，洪峰水位13.356m(潰堤時刻定在到達洪峰水位時刻)。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。

洪水演進過程分析：

洪水演進1天，洪水淹沒西河上游右岸的練塘圩、西二十四圩等圩區，洪水前鋒漫過西河堤防到達永安河右岸圩區。同時，由于西河堤防的導水作用，洪水沿西河向下游推進，進入上九連圩。

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；向東繼續淹沒上下九連圩，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，進入裕溪河，在蟹子口處向右岸漫溢，淹沒楊柳圩進入和縣江堤保護區。

洪水演進20天，洪水向北沿長江左岸圩區演進到含山縣、和縣。同時，洪水沿裕溪河向裕溪河上游演進，并且在巢湖市漫過巢湖堤防，進入巢湖，之后水深趨于穩定。

由淹沒水深圖可知，淹沒水深超過4m。見圖5。

洪水模型進洪時長672h，進洪量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，洪水前鋒漫過西河堤防到達永安河右岸圩區。同時，由于西河堤防的導水作用，洪水進入上九連圩。

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；向東繼續淹沒上下九連圩，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，進入裕溪河，在蟹子口處向右岸滿溢，淹沒楊柳圩進入和縣江堤保護區。

洪水演進20天，洪水向北沿長江左岸圩區演進到含山縣、和縣。同時，洪水沿裕溪河向裕溪河上游演進，并且在巢湖市漫過巢湖堤防，進入巢湖，之后水深趨于穩定。

由淹沒水深圖可知，淹沒水深超過4m。見圖7。

經統計，進洪時長648h，進洪量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 長江1954年型300年一遇洪水安定街潰堤

長江發生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，洪水前鋒漫過西河堤防到達永安河右岸圩區。同時，由于西河堤防的導水作用，洪水進入上下九連圩。

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；向東繼續淹沒上下九連圩，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，進入裕溪河，在蟹子口處向右岸滿溢，淹沒楊柳圩進入和縣江堤保護區。

洪水演進20天，洪水向北沿長江左岸圩區演進到含山縣、和縣。同時，洪水沿裕溪河向裕溪河上游演進，并且在巢湖市漫過巢湖堤防，進入巢湖。

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

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

經統計，洪水模型進洪時長768h，進洪量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 論

通過建立長江干流不同洪水工況下安定街潰口計算模型，分析安定街潰堤風險，對比潰堤后洪水淹沒范圍、水深。結果表明，長江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年一遇洪水潰堤風險相比，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險基本一致。導致這一現象的主要原因是長江1954型300年一遇洪水的洪水位最高，潰堤后的洪峰流量最大。