趙志才 鄔 龍 何 玉

衛(wèi)運河右堤防洪保護區(qū)洪水風險圖編制簡介

趙志才 鄔 龍 何 玉

文章以衛(wèi)運河右堤保護區(qū)為例，簡要介紹了保護區(qū)洪水風險圖編制技術，以期為今后的風險圖繪制工作提供借鑒。首先利用MIKE FLOOD軟件建立一二維耦合水動力模型，模擬潰堤洪水在保護區(qū)內的演進過程，獲得淹沒水深、到達時間、淹沒歷時以及行進流速等洪水風險要素，然后利用洪水風險圖繪制系統(tǒng)進行洪水風險圖的繪制。

洪水風險圖 衛(wèi)運河右堤 防洪保護區(qū)

防洪保護區(qū)洪水風險圖是標示區(qū)內各處洪水災害危險程度的一種防洪非工程措施，是抵御洪澇災害、保證防洪安全的重要參考。

根據 《洪水風險圖編制導則》和 《洪水風險圖編制技術細則》，以衛(wèi)運河右堤防洪保護區(qū)為例，在對基礎資料進行收集、整理的基礎上，建立一、二維水動力演進數(shù)學模型，模擬潰堤洪水演進，獲取洪水到達時間、淹沒水深、淹沒范圍、流速及淹沒歷時等風險要素；對上述各要素繪制洪水風險圖。

1 區(qū)域概況

1.1 自然地理

衛(wèi)運河右堤防洪保護區(qū)西起邯濟鐵路、南至馬頰河，東至埕口以下防波堤、北至衛(wèi)運河和漳衛(wèi)新河右堤，總面積6 703 km2。保護區(qū)地處黃河沖積平原，地形由西南向東北傾斜，呈狹長狀，東西長330 km左右，南北寬7~35 km。地面高程42.5~0.5 m，坡降約1/7 900。

1.2 社會經濟

衛(wèi)運河右堤防洪保護區(qū)全部位于山東省境內，涉及山東省聊城、德州、濱州3個市，有茌平縣、東昌府區(qū)、臨邑縣、冠縣、臨清、高唐、夏津、武城、平原、德城區(qū)、陵縣、寧津、樂陵、慶云以及無棣等15個市縣，2012年保護區(qū)內地區(qū)生產總值其2 988億元，常住人口820萬人，耕地81.73萬hm2（1 226萬畝），該區(qū)地勢平坦，土層深厚，農業(yè)發(fā)達，主要種植小麥、玉米、高粱、棉花和油料，還有大量蘋果、梨、葡萄、棗等果品生產基地。改革開放以來，該區(qū)工業(yè)經濟發(fā)展迅速，有玻璃鋼、建材、農副產品加工、海水養(yǎng)殖和鹽田等大批企業(yè)。包括大型企業(yè)山東魯北化工集團和山東埕口鹽化集團。

2 基礎資料

收集基礎地理信息、水文、構筑物和工程調度、社會經濟和歷史洪水等資料，主要包括：保護區(qū)1∶10 000基礎地理信息電子地圖，各潰口20、50、100年一遇潰口流量過程，漳衛(wèi)新河河口 “72潮型”過程及保護區(qū)澇水過程，防洪保護區(qū)內線狀地物 （鐵路、公路、橋涵）高程等，相關市縣2012年統(tǒng)計年鑒。

3 洪水演進分析計算

3.1 模型構建

防洪保護區(qū)洪水分析采用水力學方法。采用丹麥水動力學研究所開發(fā)的MIKE FLOOD軟件，把一維河網模型MIKE11和二維區(qū)域模型MIKE21進行動態(tài)耦合，建立一二維河網非恒定流洪水演進數(shù)學模型，計算不同潰口方案、不同頻率洪澇水在防洪保護區(qū)內的演進過程，提出各節(jié)點最高水位、流速、淹沒水深和淹沒歷時等水力要素，用于洪水影響分析、避洪轉移分析和洪水風險圖繪制。

3.2 邊界條件

保護區(qū)洪水來源為衛(wèi)運河潰堤洪水和防洪保護區(qū)內澇水。

根據洪水風險圖編制細則的要求，潰堤洪水量級選用衛(wèi)運河防洪標準及其低一個量級、高一個量級的設計洪水標準作為洪水風險分析對象。衛(wèi)運河設計防洪標準為50年一遇，洪水風險圖洪水分析量級為20、50、100年一遇洪水。

防洪保護區(qū)的排澇標準為 “1964年雨型”，約相當于5年一遇，澇水分析量級為5、10、20年一遇。

3.2.1 上邊界條件

綜合考慮河道、防洪保護區(qū)地形、地質狀況、工程狀況、行政區(qū)劃、歷史出險以及洪水風險情況等因素，確定衛(wèi)運河右堤4個潰口位置，分別為郭莊 （11+360）、吊馬橋 （47+800）、土龍頭（80+100）、祝官屯 （108+964）。

洪水：衛(wèi)運河右堤4個潰口位置各頻率 （5%、2%、1%）洪水分洪流量過程。

澇水：保護區(qū)內部澇水 （20%、10%、5%）采用降雨徑流深過程。

3.2.2 下邊界條件

衛(wèi)運河和漳衛(wèi)新河右堤視為封閉邊界，馬頰河左堤、河口海堤視為開放邊界。

海堤處邊界條件取入海口處的潮位過程線，潮位過程采用1972年7月26日典型潮型。

保護區(qū)內恩縣洼牛角峪退水閘退水入老減河流量過程作為模型的內部邊界，以老減河出口大王鋪相應頻率水位過程作為模型下邊界。

同時，保護區(qū)潰決洪水向馬頰河方向演進，通過保護區(qū)內的排澇河道匯入馬頰河，排澇河道下邊界為馬頰河相應位置處 “64年、61年雨型”設計水位。根據實地調研確定防洪保護區(qū)20年一遇洪澇水不與馬頰河洪水遭遇，防洪保護區(qū)50、100年一遇洪澇水分別對應馬頰河 “64年雨型”、“61年雨型”洪水位。

3.2.3 特殊邊界的處理

保護區(qū)內高速公路共有7條，由南至北為青蘭高速、高邢高速、青銀高速、德商高速 （在建）、京滬高速、濱德高速和長深高速；鐵路共有4條，由南至北分布為邯濟鐵路、京九鐵路、津浦鐵路和京滬高鐵 （高架橋）；還有較多的國道、省道。國道、省道路基高度均在0.5 m以下，高速、鐵路路基較高，對洪水演進、洪水風險分析有較大影響。高速、鐵路上的橋梁大小不一，有1 km長的大橋，也有2～3 m長的機耕通道。為提高計算效率，又使洪水走向符合實際情況，根據各橋梁走向，布設的寬度、間距等具體情況，在不影響計算精度的條件下，將這些線性地物和橋梁進行概化處理，將路基部分作為堰的型式加入模型內部，將部分小橋合并至大橋處，將橋孔部分留出一個網格的邊長。

3.3 網格剖分

對衛(wèi)運河右堤防洪保護區(qū)進行非均勻曲線正交網格剖分，采用規(guī)則網格或不規(guī)則網格，對于規(guī)則網格，邊長為300 m；保護區(qū)地處華北平原，地勢平坦，地形地物變化不大，網格可適當放大，但最大面積不超過1 km2。對潰口位置、河道堤防、地形變化較大的地區(qū)和鐵路、公路、渠埝等線狀地物處，網格進行局部加密，邊長為100 m左右。使得網格邊界與重要地物輪廓緊密結合，提高模型計算的準確性和合理性。

3.4 方案設置

漳衛(wèi)河系河道為現(xiàn)狀和規(guī)劃兩種工況、洪水量級分別為20、50、100年一遇洪水、4個潰口位置，計算方案共計24個，見表1。

表1 洪水計算方案設置表

4 成果分析

根據模型需要，輸入不同方案控制條件，獲得不同方案洪水分析結果，主要包括淹沒區(qū)不同時刻最高水位、最大水深、最大洪水流速、洪水前鋒到達時間及淹沒歷時等多種風險信息。

以現(xiàn)狀工況郭莊潰口為例，對100年一遇洪水計算成果進行分析。

100年一遇洪水，衛(wèi)運河右堤郭莊潰口寬度500 m，底高程40 m，潰決峰量1 288 m3/s，分洪水量6.21億m3?？傃蜎]面積1 389 km2，其中夏津縣395 km2、武城縣358 km2、東昌府區(qū)60 km2、冠縣151 km2、臨清市425 km2。淹沒區(qū)平均水深0.56 m，最大水深4.8 m，位于煙店鎮(zhèn)、唐園鎮(zhèn)和白馬湖鎮(zhèn)一帶，北館陶鎮(zhèn)、潘莊鎮(zhèn)、鄭堡屯鎮(zhèn)以及臨清市區(qū)、夏津縣部分城區(qū)淹沒水深也達到了2 m以上。洪水到達臨清市區(qū)、京九鐵路、高邢高速的時間為80 h，154 h后到達青銀高速，205 h到達夏津縣城，290 h進入武城縣。淹沒交通線路369.5 km，影響人口 88.99萬人，洪水直接損失467.94億元。整個淹沒區(qū)淹沒歷時超過7 d。

5 保護區(qū)風險分析

衛(wèi)運河右堤共設置4個潰口，從上到下依次為郭莊、吊馬橋、土龍頭和祝官屯潰口。洪水演進受地形和地物影響較大。保護區(qū)地形南高北低，東高西低，從各潰口整體淹沒情況來看，洪水基本控制在邯濟鐵路以北，四女寺樞紐以南區(qū)域，衛(wèi)運河潰堤洪水不會淹沒至德州城區(qū)以東。由于保護區(qū)地形南高北低，洪水淹沒范圍基本沿衛(wèi)運河右堤狹長分布，臨清市以上受京九鐵路阻擋，洪水基本被控制在鐵路以南一帶，部分洪水通過臨清市附近的橋涵演進至鐵路以北，造成臨清市附近洪水比較集中。臨清市以下以臨清市—夏津縣城—恩縣洼牛角峪為界，保護區(qū)地形東高西低，恩縣洼東部有陳公堤，這種天然地形使得洪水被控制在保護區(qū)西半區(qū)一帶，沒有向東半區(qū)蔓延，故臨清市以下淹沒范圍基本在臨清市—夏津縣—陳公堤—牛角峪一線以西。

從淹沒水深來看，從南到北：北館陶、煙店鎮(zhèn)、唐園鎮(zhèn)一帶地勢低洼，洪水淹沒水深較大，且位于郭莊、吊馬橋潰口之間，洪水風險極大。臨清市城區(qū)位于郭莊、吊馬橋潰口以下，且城區(qū)下游受京九鐵路和高邢高速路基阻擋，淹沒水深較大，洪水風險較大。

土龍頭潰口位于青銀高速以南，一旦潰決，青銀高速阻水嚴重，高速以南部分城鎮(zhèn)淹沒水深較大，主要有鄭堡屯鄉(xiāng)、白馬湖鎮(zhèn)以及夏津縣城。

土龍頭、祝官屯潰口位于恩縣洼上游，這兩處堤防一旦發(fā)生潰決，洪水從恩縣洼西部高地直接進入恩縣洼，且恩縣洼西鄭莊還要分洪，所以恩縣洼面臨雙重風險，洪水風險較大，恩縣洼內魯權屯鎮(zhèn)、郝王莊鎮(zhèn)淹沒水深較大。

6 洪水風險圖

洪水風險圖繪制依據 《洪水風險圖編制導則》、 《洪水風險圖編制技術細則 (2013年試行)》、《防汛抗旱用圖圖式》，并參照 《洪水風險圖制圖技術要求》等相關規(guī)范，使用中國水科院開發(fā)的“洪水風險圖繪制系統(tǒng)FMAP”軟件完成洪水風險圖繪制。

風險圖由基礎底圖和洪水風險專題要素構成。基礎底圖是在地理底圖上添加相關水利工程要素而成。洪水風險專題要素來自洪水模型的分析計算結果。依據洪水風險分析計算的成果，在基礎底圖上分別繪制風險圖集成系統(tǒng)所需要的淹沒水深圖、到達時間圖、淹沒歷時圖等圖件。

7 結語

衛(wèi)運河右堤洪水風險圖編制是在工程現(xiàn)狀和規(guī)劃兩種工況下，通過對洪水潰堤后，洪水演進路線、到達時間、淹沒水深、淹沒范圍、流速大小及避洪轉移范圍、路線、安置場所等要素進行展示，為各級防汛指揮部門的抗洪搶險救災提供決策依據，指導洪水威脅地區(qū)的建設，在發(fā)生洪水的緊急情況下選擇正確路線和地點疏散群眾，并為洪澇災情評估提供基礎依據。

趙志才 男 工程師 中水北方勘測設計研究有限責任公司 天津 300222

鄔 龍 男 工程師 中水北方勘測設計研究有限責任公司 天津 300222

何 玉 女 工程師 河北省水利水電勘測設計研究院天津 300250

TV283.3

B

1007-6980（2016）02-0040-03

（2016-03-21）