基于水动力模型长江干流安定街溃堤风险分析

邓子昂，马月平，张鹏宇

(三峡大学，湖北 宜昌 443000)

1 概 述

洪水是一种常见的自然灾害，当洪水造成河道溃堤后，可造成极为严重的经济损失甚至人员伤亡[1-2]。因此，对洪水溃堤风险进行分析是非常必要的。在洪水研究中，常用的方法为水动力模型法，其具有计算简便、效率高、准确等优势，得到了专家和学者的应用，在工程实践中取得良好的效果[3-5]。

2 模型范围及边界条件

2.1 模型计算范围

根据收集到的断面数据，确定模型范围。大通-马鞍山方案，该方案考虑的因素少，模型范围小，精度高。长江南京以上主要受径流控制为主，潮汐为辅。以马鞍山为例，汛期在一个潮汐周期内(12h25min)，潮差仅为20～30cm，潮汐对马鞍山水位的顶托作用极为有限。此外，马鞍山处水位流量关系较为单调稳定，适合作为模型计算的下边界(后续模型率定验证也表明马鞍山处水位流量关系稳定可靠)。

此外，在大通-马鞍山区间，有裕溪河、姑溪河、牛屯河等区间入流。由于区间入流总量相对于长江流量所占比例较小，且汛期长江高水位期间支流无法进入长江(多数建有闸门)，所以在本模型中不考虑区间入流的影响。

模型的上边界位于大通水文站，下边界为马鞍山水位站。模型的具体设置见表1。

表1 长江一维水动力模型范围

2.2 长江溃堤洪水计算方案边界条件

长江一维水动力模型上边界条件分别为：长江1954年型洪水、长江1954年型100年一遇设计洪水、长江1954年型300年一遇设计洪水，流量过程见图1-图3。下边界为马鞍山H-Q关系。

图1 大通1954年型洪水流量过程

图2 大通1954年型100年一遇洪水流量过程

图3 大通1954年型300年一遇洪水流量过程

3 不同洪水长江安定街溃堤风险结果

3.1 长江1954年型洪水安定街溃堤

长江1954年型洪水，左堤设置安定街溃口，宽度600m，洪峰水位13.356m(溃堤时刻定在到达洪峰水位时刻)。溃口流量峰值11 943.45m3/s，溃堤后河道水位最大降低1.25m。见图4。

洪水演进过程分析：

洪水演进1天，洪水淹没西河上游右岸的练塘圩、西二十四圩等圩区，洪水前锋漫过西河堤防到达永安河右岸圩区。同时，由于西河堤防的导水作用，洪水沿西河向下游推进，进入上九连圩。

图4 1954年型洪水河道水位及溃口流量过程

安定街溃堤5天后，洪水淹没黄陂湖；向北淹没西大圩东大圩及永安河右岸圩区；向东继续淹没上下九连圩，积水加深。

安定街溃堤10天，洪水漫过西河堤防淹没官圩、闸圩等无为县城附近圩区，进入裕溪河，在蟹子口处向右岸漫溢，淹没杨柳圩进入和县江堤保护区。

洪水演进20天，洪水向北沿长江左岸圩区演进到含山县、和县。同时，洪水沿裕溪河向裕溪河上游演进，并且在巢湖市漫过巢湖堤防，进入巢湖，之后水深趋于稳定。

由淹没水深图可知，淹没水深超过4m。见图5。

洪水模型进洪时长672h，进洪量90.29×108m3，淹没面积2 833.21km2，最大水深7.5m，平均最大水深4.2m。

图5 安定街溃口20天淹没范围(1954年型洪水)

3.2 长江1954年型100年一遇洪水安定街溃堤

100年一遇洪水溃口流量峰值11 257.56m3/s，溃堤后河道水位降低1.167m。见图6。

图6 100年一遇洪水安定街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：

安定街溃堤1天，洪水淹没西河上游右岸的练塘圩、西二十四圩等圩区，洪水前锋漫过西河堤防到达永安河右岸圩区。同时，由于西河堤防的导水作用，洪水进入上九连圩。

安定街溃堤5天，洪水淹没黄陂湖；向北淹没西大圩东大圩及永安河右岸圩区；向东继续淹没上下九连圩，积水加深。

安定街溃堤10天，洪水漫过西河堤防淹没官圩、闸圩等无为县城附近圩区，进入裕溪河，在蟹子口处向右岸满溢，淹没杨柳圩进入和县江堤保护区。

洪水演进20天，洪水向北沿长江左岸圩区演进到含山县、和县。同时，洪水沿裕溪河向裕溪河上游演进，并且在巢湖市漫过巢湖堤防，进入巢湖，之后水深趋于稳定。

由淹没水深图可知，淹没水深超过4m。见图7。

经统计，进洪时长648h，进洪量80.16×108m3，淹没面积2 744.57km2，最大水深7.42m，平均最大水深4.05m。

图7 安定街溃口20天淹没范围(1954年型100一遇洪水)

3.3 长江1954年型300年一遇洪水安定街溃堤

长江发生1954年型300年一遇洪水，溃口流量峰值12 275.55m3/s，溃堤后河道水位最大降低1.41m。见图8。

图8 300年一遇洪水安定街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：

安定街溃堤1天，洪水淹没西河上游右岸的练塘圩、西二十四圩等圩区，洪水前锋漫过西河堤防到达永安河右岸圩区。同时，由于西河堤防的导水作用，洪水进入上下九连圩。

安定街溃堤5天后，洪水淹没黄陂湖；向北淹没西大圩东大圩及永安河右岸圩区；向东继续淹没上下九连圩，积水加深。

安定街溃堤10天，洪水漫过西河堤防淹没官圩、闸圩等无为县城附近圩区，进入裕溪河，在蟹子口处向右岸满溢，淹没杨柳圩进入和县江堤保护区。

洪水演进20天，洪水向北沿长江左岸圩区演进到含山县、和县。同时，洪水沿裕溪河向裕溪河上游演进，并且在巢湖市漫过巢湖堤防，进入巢湖。

洪水演进40天，巢湖水位持续抬升，并且漫过环巢湖堤防淹没丰乐河杭埠河白石天河流域圩区、派河流域南淝河流域圩区以及柘皋河流域圩区，之后水深趋于稳定。

由淹没水深图可知，洪水淹没区主要分布在巢湖闸下的无为县、含山县、和县圩区，以及巢湖闸上的庐江县、肥西县、合肥市包河区圩区，这些圩区地面平坦，地面高程多在5～7m，巢湖闸下游圩区淹没水深多超过6m，巢湖闸上游圩区淹没水深多在3.5m左右。见图9。

图9 安定街40天淹没范围(1954年型300年一遇洪水)

经统计，洪水模型进洪时长768h，进洪量135.48×108m3，淹没面积4 136.47km2，最大水深8.08m，平均最大水深4.2。

4 结 论

通过建立长江干流不同洪水工况下安定街溃口计算模型，分析安定街溃堤风险，对比溃堤后洪水淹没范围、水深。结果表明，长江1954型300年一遇洪水溃堤后的淹没范围、淹没水深较其他两种洪水工况显著增大；1954型洪水与1954型100年一遇洪水溃堤风险相比，淹没范围及水深稍大，但差距较小，两种洪水工况下的溃堤风险基本一致。导致这一现象的主要原因是长江1954型300年一遇洪水的洪水位最高，溃堤后的洪峰流量最大。