无为大堤防洪工程黄山寺溃堤风险分析

陈 璞

(安徽省(水利部淮河水利委员会)水利科学研究院，合肥 230000)

1 概 述

洪水是一种极为常见的自然灾害，洪水灾害发生将造成严重的经济损失，对洪水发生地的居民安全也将带来重大威胁[1-3]。因此，提前分析洪水影响范围，制定切实可行的防洪方案，可在洪水灾害发生时最大限度地减少洪水造成的损失[4-6]。本文以无为大堤防洪保护区为例，对黄山寺溃口风险进行研究，为后期防洪规划提供参考。

无为大堤防洪保护区位于长江北岸、裕溪河右岸，无为大堤防洪保护区的防洪安全主要依托无为大堤。无为大堤属长江干流1级堤防，是巢湖流域的防洪屏障，位于长江左岸芜湖市境内，上起无为县果合兴，下至鸠江区方庄，全长124.475 km，其中无为县境内长75.22 km，鸠江区境内长49.255 km。

2 二维水动力模型建立

兆河、裕溪河是巢湖的两条排江通道，两条河上分别有兆河闸、巢湖闸。分析兆河、裕溪河DEM可知，长江洪水溃堤后可能有3种进入巢湖的方式：①长江溃堤洪水进入兆河，翻过兆河闸进入巢湖；②长江溃堤洪水进入裕溪河，翻过巢湖闸进入巢湖；③长江溃堤洪水依次漫过裕溪河右岸、裕溪河左岸、巢湖市环巢湖堤防进入巢湖。综合考虑模型的计算时间、模型模拟的准确性，长江干流洪水溃堤方案将兆河、裕溪河河道及堤防纳入二维模型中，采用漫堤模式运算，将兆河闸、巢湖闸在二维模型中以宽顶堰概化。见图1。

图1 无为大堤防洪保护区MESH

无为大堤防洪保护区主要阻水地物是内河堤防，建立二维模型时，由于其宽度较窄，一般在几米到十几米范围内，若在模型中采用真实地形内插则难以反映其实际高程，在模型中将线状地物使用MIKE21的构筑物“DIKE”概化，实现其阻水作用；对于线状地物之间有过水涵洞穿过的情况，模型内考虑按其过水宽度将道路等线状地物分段处理；对于区域的河渠，使用地形概化。模型中需考虑的线状阻物位置见图2。

图2 线状地物位置图

在二维水动力学模型中，糙率参数见表1。

表1 糙率分区表

3 长江溃堤洪水计算方案边界条件

3.1 长江1954年型洪水

长江发生1954年型洪水，分别在安定街、临江站、二坝镇、黄山寺设置溃口。长江一维水动力模型上边界条件为大通站1954年型洪水流量过程，下边界为马鞍山H-Q关系。通过一维、二维耦合模型，将一维模型溃口分洪过程加入到二维水动力模型中进行洪水演进模拟。见图3。

图3 大通1954年型洪水流量过程

3.2 长江1954年型100年一遇洪水

长江发生1954年型100年一遇设计洪水，分别在安定街、临江站、二坝镇、黄山寺设置溃口。长江一维水动力模型上边界条件为大通站1954年型100年一遇设计洪水流量过程，下边界为马鞍山H-Q关系。通过一维、二维耦合模型，将一维模型溃口分洪过程加入到二维水动力模型中进行洪水演进模拟。见图4。

图4 大通1954年型100年一遇洪水流量过程

3.3 长江1954年型300年一遇洪水

长江发生1954年型300年一遇设计洪水，分别在安定街、临江站、二坝镇、黄山寺设置溃口。长江一维水动力模型上边界条件为大通站1954年型300年一遇设计洪水流量过程，下边界为马鞍山H-Q关系。通过一维、二维耦合模型，将一维模型溃口分洪过程加入到二维水动力模型中进行洪水演进模拟。见图5。

图5 大通1954年型300年一遇洪水流量过程

4 溃堤计算结果分析

4.1 长江1954年型洪水黄山寺溃堤

长江发生1954年型洪水，左堤设置黄山寺溃口，宽度600 m，溃决水位10.925 m(按照方案设定的溃堤时刻，溃堤时刻定在到达洪峰水位时刻)。溃口流量峰值7 312.08 m3/s，溃口后河道水位最大降低0.84 m。见图6。

图6 1954年型洪水黄山寺溃堤与不溃堤溃口处河道水位过程及溃口流量过程

洪水演进过程分析：

洪水演进1天，洪水淹没练钢圩，由于裕溪河堤防牛屯河堤防的阻水作用，练钢圩积水加深。

洪水演进5天，洪水向北翻过牛屯河堤防淹没含山县、和县部分乡镇，向西淹没杨柳圩。

洪水演进10天，淹没区水深不断加深。同时洪水漫过裕溪河右堤进入裕溪河，并且在蟹子口处向两岸满溢。

洪水演进20天，洪水演进至和县香泉镇，之后淹没范围及淹没水深趋于稳定。

由淹没水深图可知，洪水淹没区主要分布在含山县、和县圩区，这些圩区地面平坦，地面高程多在5～7 m，淹没水深超过3 m。见图7。

图7 淹没范围示意图(1954年型洪水)

经统计，洪水模型进洪时长264 h，进洪量29.16×108m3，淹没面积996.93 km2，最大水深5.06 m，平均最大水深3.1 m。

4.2 长江1954年型100年一遇洪水黄山寺溃堤

长江发生1954年型100年一遇洪水，左堤设置黄山寺溃口，宽度600 m，溃决水位10.736 m(按照方案设定的溃堤时刻，溃堤时刻定在到达洪峰水位时刻)。溃口流量峰值7 221.82 m3/s，溃口后河道水位最大降低0.78 m。见图8。

图8 100年一遇洪水黄山寺溃堤与不溃堤溃口处河道水位过程及溃口流量过程

洪水演进过程分析：

洪水演进1天，洪水淹没练钢圩，由于裕溪河堤防牛屯河堤防的阻水作用，练钢圩积水加深。

洪水演进5天，洪水向北翻过牛屯河堤防淹没含山县部分乡镇，洪水前锋到达和县。

洪水演进10天，淹没区水深不断加深。洪水前锋到达和县香泉镇。

洪水演进20天，洪水淹没杨柳圩，之后淹没范围及淹没水深趋于稳定。

由淹没水深图可知，洪水淹没区主要分布在含山县、和县圩区，这些圩区地面平坦，地面高程多在5～7 m，淹没水深超过2.5 m。见图9。

图9 淹没范围示意图(1954年型100年一遇洪水)

经统计，洪水模型进洪时长384 h，进洪量27.41×108m3，淹没面积903.47 km2，最大水深4.95 m，平均最大水深2.98 m。

4.3 长江1954年型300年一遇洪水黄山寺溃堤

长江发生1954年型300年一遇洪水，左堤设置黄山寺溃口，宽度600 m，溃决水位10.94 m。溃口流量峰值7 626.62 m3/s，溃堤后河道水位最大降低0.73 m。见图10。

图10 300年一遇洪水二坝镇溃堤与不溃堤溃口处河道水位过程及溃口流量过程

洪水演进过程分析：

洪水演进1天，洪水淹没练钢圩，由于裕溪河堤防牛屯河堤防的阻水作用，练钢圩积水加深。

洪水演进5天，洪水向北翻过牛屯河堤防淹没含山县部分乡镇，洪水前锋到达和县。

洪水演进10天，淹没区水深不断加深，并翻过后河堤防开始进入杨柳圩，洪水前锋到达和县香泉镇。

洪水演进20天，洪水淹没杨柳圩，同时洪水漫过裕溪河左堤进入裕溪河，并且沿蟹子口以上河道向两岸满溢，在蟹子口以下河道向右岸漫溢。漫溢后洪水沿西河左岸圩向上游演进，淹没西河中下游左岸圩区；裕溪河下游洪水漫溢进入上下九连圩。

洪水演进40天，洪水淹没上九连圩，之后淹没范围及淹没水深趋于稳定。

由淹没水深图可知，洪水淹没区主要分布在含山县、和县圩区，这些圩区地面平坦，地面高程多在5～7 m，淹没水深超过3 m。见图11。

图11 淹没范围示意图(1954年型300年一遇洪水)

经统计，洪水模型进洪时长672 h，进洪量50.98×108m3，淹没面积1 807.84 km2，最大水深5.87 m，平均最大水深3.61 m。

5 结 论

通过对黄山寺溃口不同洪水量级洪水淹没范围对比得知，1954型300年一遇洪水淹没范围最大；其次为1954型洪水；1954型100年一遇洪水淹没范围最小。1954型洪水比1954型100年一遇洪水淹没范围稍大，但是相差不大，分析原因是由于1954型洪水水位比1954型100年一遇水位高，且洪水演进时长一样，故1954型洪水比1954型100年一遇洪水淹没范围大；同一溃口1954型300年一遇洪水淹没范围最大，这是由于1954型300年一遇洪峰水位较1954型洪峰水位高，且长江高水位历时长，相应进洪时间也更长。