李会1，杨翠巧2，牛彦辉1
（1.河北浩川工程咨询有限公司，河北石家庄050000；2.邯郸市水利水电勘测设计研究院，河北邯郸056000）
摘要：考虑地形、堤防工程、道路、桥涵、房屋、河流对洪水演进的影响，建立了滏阳新河MIKE11模型、堤外保护区MIKE21模型及一二维耦合MIKE FLOOD模型，分析了50 a一遇、“63·8”校核洪水常村段堤防溃决后的洪水演进过程，结合淹没区社会经济数据进行了洪灾影响分析，绘制了该区域洪水风险图，提出减小洪灾的应对措施，为防汛指挥及决策提供科学依据。
关键词：洪水演进模拟；洪灾影响；洪水风险图；滏阳新河
滏阳新河是河北省为避免滏阳河流域发生类似1963年型洪水而开挖的人工排洪河道，起自艾辛庄枢纽，入献县泛区与滏阳河、滹沱河汇合，河道长度132.4 km，设计标准为50 a一遇，校核标准为“63·8”洪水。左、右堤均为2级提防，左堤长127.39 km，右堤长128.8 km，两堤间距平均为1 500 m，现状堤顶宽6～8 m，边坡1∶3。
滏阳新河左堤常村险工位于衡水市武强县豆村乡常村南，宽度约240 m，堤防桩号107+660—107+ 900，堤身以壤土为主，局部夹砂壤土，外堤脚紧邻夹道排水渠，堤顶与渠底高差达9 m，堤身相对变高，抗滑能力降低，且堤防外坡面不平整，局部有冲沟，行洪期间极易形成溃口。堤外保护区为滹滏区间洪涝灾害最为频繁区域，涉及衡水市武强县、武邑县，是河北省防洪除涝的重点区域。
2.1 研究目标
主要目标是建立滏阳新河MIKE11模型、堤外保护区MIKE21模型及一二维耦合MIKE FLOOD模型，模拟滏阳新河50 a一遇、“63·8”校核洪水常村段堤防溃决后的洪水演进过程，评估淹没区的洪水影响及损失，绘制洪水风险图并提出减小洪灾的应对措施。
2.2 分析范围
分析范围为滏阳新河左堤保护区，保护区为滏阳新河左堤以西区域，南起宁晋泊北围堤，北至滹沱河南大堤，西至30 m等高线，涉及面积3 973 km2。
2.3 基础资料
（1）地形资料。主要包括滏阳新河河道纵横断面资料、分析范围内1∶10 000地形图、常村溃口附近1∶2 000地形图。
（2）水文资料。滏阳新河50 a一遇、“63·8”校核洪水流量过程，如图1所示；保护区内主要排沥河道滏阳河及其支沟汪洋沟、邵村沟、胡堂排干、小西河、龙治河、天平沟、留楚排干20 a一遇沥水过程，以较大支沟天平沟为例，如图2所示；献县泛区水位过程线，如图3所示。
（3）防洪工程。收集了保护区防洪工程分布情况，测量了滏阳新河、滏阳河、龙治河、天平沟等河道堤防及滹沱河南大堤的高程资料。
（4）交通道路。测量并收集整理了分析范围内阻水交通干线如大广高速、黄石高速、青银高速、邢衡高速、京九铁路、石德铁路、G307、G308的路面高程、过水桥涵尺寸。
（5）社会经济。根据各县市2013年经济统计年鉴，以乡镇为单元统计了区域社会经济指标，包括面积、地区生产总值、常住人口、耕地面积等指标。
图1 滏阳新河设计洪水过程线
图2 保护区排沥河道天平沟设计沥水过程线
图3 献县泛区水位过程线
3.1 洪水分析模型及构建思路
洪水分析模型选用丹麦水资源及水环境研究所开发的MIKE系列模型——MIKE11、MIKE21、MIKE FLOOD。该软件目前广泛应用于世界各国有关水力工程的分析计算，计算的可靠性和准确性可以满足本次洪水分析的要求。
将滏阳新河河道入流过程加入MIKE11模型，建立滏阳新河一维河道模型；利用MIKE21模型建立保护区二维非恒定流洪水演进模型，区内各排涝河道涝水概化为点源加入到各河道入滏阳河口处；通过滏阳新河左堤常村溃口，利用MIKE FLOOD将一维河道模型与二维保护区模型进行耦合，实现河道洪水传播与保护区洪水演进的同步交换与实时模拟。
为充分考虑保护区内线状构筑物对洪水演进的影响，对高于地面0.5 m以上的线状构筑物，如道路、堤防，以堤坝（Dikes）的形式添加至模型中，并将每个线性地物在桥涵或不连续堤防位置断开。
3.2 网格剖分
保护区二维计算采用MIKE21 FM不规则网格剖分，并将主要阻水建筑物加入网格生成器中参与网格生成，保证构筑物落在不规则三角网的一个边上。本次共剖分网格101 117个，计算节点51 155个，主要分为3个剖分区域。
（1）滏阳河。滏阳河为保护区内的主要排涝河道，为提高模型计算的准确性和合理性，将河道内作局部网格加密处理，最大网格面积控制在0.02 km2以内。
（2）保护区东侧。该区域紧邻滏阳新河左堤，受洪水威胁较大，将此区域网格适当加密，最大网格面积控制在0.05 km2以内。
（3）保护区西侧。该区域距离滏阳新河较远，且保护区西高东低，经模型初步分析模拟后，受洪水威胁较小，故适当加大网格面积，最大网格面积控制在0.1 km2以内。
网格剖分结果，如图4所示。
图4 网格剖分结果
3.3 参数选取
因滏阳新河无实测历史洪水资料，无法进行参数率定与验证。本次依据《子牙河流域防洪规划报告》以及以往经验成果综合考虑，滏阳新河主槽糙率选取0.022 5，滩地糙率选取0.05。保护区内无实测溃堤洪水资料，糙率值按地形、地貌条件和地面特点[1]及类似项目进行取值，确定村庄糙率为0.1、林地糙率为0.065、耕地糙率为0.055。
洪水模拟时段设置为2016年3月1日至4月15日，共计45 d，主时间步长取15 s，共计259 200个步长单位。
选择Smagorinsky系数方法设定涡粘系数，程序缺省值为0.28。
常村险工决口方式采用溃决方式，过程设定为渐溃，溃口发展时间设定为3 h，溃口深度选取溃至堤防两侧地面较高者，溃决时机为滏阳新河50 a一遇设计水位。
3.4 边界条件确定
模型上边界条件为滏阳新河50 a一遇、“63·8”校核洪水流量过程及保护区各排沥河道20 a一遇沥水过程，下边界为献县泛区水位过程。
3.5 洪水模拟成果
滏阳新河50 a一遇标准洪水时，模拟结果显示，在第5天左右，溃口处河道水位涨至溃决水位，堤防溃决，2 h后溃口流量达到最大为1 621.2 m3/s，之后溃口流量逐渐变小，至第12天逐渐变为0 m3/s，后因退水较慢，溃口出流变为负值，即保护区内少量洪水返入滏阳新河，最终溃口出流逐渐趋于0 m3/s。洪水主要在滏阳新河左堤与滏阳河之间的夹道内行洪，沿滏阳河方向向下游演进，直至滹沱河南大堤。部分洪水漫过滏阳河堤防，向西北方向演进，直至天平沟右堤。
滏阳新河“63·8”校核洪水时，在模型模拟的第3天左右，溃口处河道水位涨至溃决水位，堤防溃决，65 h后溃口流量达到最大为2 271.0 m3/s，后期亦存在保护区内洪水返入滏阳新河现象。洪水演进过程起初与50 a一遇情形基本一致，部分洪水在夹道内行洪，部分洪水漫过滏阳河堤防，向西北方向演进，至天平沟位置受到堤防阻挡，当洪水达到一定高度时漫过天平沟堤防，向北演进，直至滹沱河南大堤。
常村溃口流量过程线，如图5所示。
图5 常村溃口流量过程线
3.6 洪灾影响分析
根据洪水风险计算得到的淹没范围、淹没水深等要素，结合保护区内各乡镇的社会经济情况，综合分析评估洪水影响及损失情况。
50 a一遇标准时，保护区受淹面积为229.34 km2，淹没农田面积21 437.45 hm2，淹没房屋面积1 288.34万m2，受影响人口总数10.55万人，受影响GDP为181 583.04万元。
“63·8”校核洪水时，保护区受淹面积为641.77km2，淹没农田面积59 985.51 hm2，淹没房屋面积3 511.63万m2，受影响人口总数29.18万人，受影响GDP为531 682.36万元。
3.7 洪水风险图绘制
洪水风险图可直观反映某个区域发生洪水后可能淹没的范围、水深等洪水要素[2]。本次选用基于ArcGIS平台的中国水利水电科学研究院洪水风险图绘制系统，绘制滏阳新河左堤防洪保护区的洪水
图6 滏阳新河“63·8”校核洪水常村溃口洪水风险（淹没水深）
风险图[3]。风险图显示内容主要包括：①地理底图，包括居民地、主要河湖、渠道、主要交通道路、乡镇及以上行政界等信息；②水利工程要素，主要包括控制站、堤防、水闸、险工险段信息等；③洪水风险专题信息，包括淹没水深、洪水流速、到达时间信息等。
将上述内容放入绘制系统，并增加图名、图例、溃口流量过程线、淹没损失情况及方案说明等内容，绘制洪水风险图。其中，滏阳新河“63·8”校核洪水常村溃口洪水风险（淹没水深），如图6所示。
洪水进入保护区后，主要通过滏阳河退入献县泛区。因滏阳河过流能力较低，且受滹沱河南大堤的阻挡，大量洪水滞留在保护区，致使洪灾损失较大。为加速退水，建议在滏阳河入献县泛区位置相机扒开滹沱河南大堤。
本次按滹沱河南大堤扒口宽度200 m，结合滏
中图分类号：TV122+.4
文献标识码：A
文章编号：1004-7328（2017）04-0030-04
DOI：10.3969/j.issn.1004-7328.2017.04.010
收稿日期：2017—03—12
作者简介：李会（1987—），女，工程师，主要从事水文规划、防洪影响评价工作。
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