張永勝，鄒 浩

(中水東北勘測設計研究有限責任公司，長春 130021)

1 概 述

洪水風險圖是直觀反映洪水可能淹沒區(qū)域洪水風險要素空間分布特征或洪水風險管理信息的地圖，能反映研究區(qū)域洪澇災害成因、洪水量級、洪水演進特性、危害區(qū)域及程度，可以為防汛部門提前作出應對策略、優(yōu)化防汛方案提供重要數據、技術支持，目前已成為國內防洪減災工作中重要的非工程類措施之一。

我國洪水風險圖編制工作起步較晚，2013年以后，洪水風險圖編制工作在全國各流域得到廣泛開展，很多方面的工作都還處于探索階段。在洪水風險圖編制過程中，潰口的設置方案至關重要，它是開展洪水分析計算、洪水淹沒范圍確定、損失評估、避洪轉移等工作的基礎。潰口設置方案設置是否合理對洪水風險圖編制成果質量具有較大影響。本文根據洪水風險圖編制項目的特點，對防洪保護區(qū)堤防潰口位置、潰口寬度、潰決方式等問題進行深入分析，旨在提高洪水風險圖編制質量和應用效果。

2 潰口位置分析

防洪保護區(qū)堤防潰決的原因主要有3種：①是管涌等險情發(fā)展到一定程度導致堤身塌陷發(fā)生堤防潰決；②是洪水位超過堤頂漫溢潰決；③是對于無分洪閘的蓄滯洪區(qū)要根據預案主動扒口潰決。由于影響潰口選擇的因素眾多，并且很多因素具有很強的模糊性，很難作出精確的判斷，對于洪水風險圖潰口位置的選擇，目前還沒有形成一個通用的規(guī)范。潰口主要依據“可能”、“不利”和“關注”這3個原則選擇：“可能”潰口選取以臨水堤防、處于水流頂沖位置、大洪水時水流容易淘涮的險工險段為主，由于這些位置的堤防比較薄弱，最有可能在洪水的作用下，造成工程失事而形成潰口；“不利”潰口選取可能淹沒重要的城鎮(zhèn)、工商業(yè)所處位置的堤防段，不同潰口的淹沒范圍可以相互銜接，表征保護區(qū)從下游至下游完整的風險區(qū)域，可以由此預估出最嚴重的災害影響，即影響大；“關注”潰口可以選取以前發(fā)生過潰口的位置，即歷史出險位置，以及近年來洪水發(fā)生時抗洪搶險比較危機的位置。

潰口位置選擇主要考慮河道險工險段、砂基砂堤、穿堤建筑物、堤防潰決后洪災損失較大等因素，一般方法是：

1) 進行現場調研，查看歷史潰痕，并走訪河道沿岸的居民和當地防汛部門，了解洪水出險情況，收集洪災資料。

2) 走訪各地統計部門，收集河道沿岸的人口、耕地、村莊、第二產業(yè)產值、第三產業(yè)產值等各種社會經濟資料。

3) 查勘堤防薄弱地段和地勢低洼地段以及河勢變化較大地段，并對其進行分類統計。

4) 按堤段將各類資料分類匯總，并對危險程度較大的堤段重點標注。

5) 邀請當地防汛部門、工程設計部門、河道管理部門、水文局、統計局等多部門的多位專家，參照資料冊，并結合多年工作經驗，在相互探討的基礎上初步確定潰口位置。

6) 開展洪水分析計算時，如發(fā)現初步確定的潰口位置有不適宜的，需根據洪水計算成果分析調整潰口位置。

以內蒙古西遼河右岸防洪保護區(qū)洪水風險圖編制為例，探討潰口位置選擇分析方法。內蒙古境內西遼河右岸現有堤防總長度248.6 km，在詳細收集、整理堤防險工險段、堤防結構、歷史出險情況等資料基礎上，現場對西遼河干流沿線堤防、險工險段的工程措施進行實地勘察，與當地水利管理人員就西遼河大洪水時的險情、災情、目前的防汛搶險重點、存在問題、可能的潰口位置進行調查了解。西遼河右岸防洪保護區(qū)目前共有險工21處，險工長度48.8 km，現狀已整治長度11.4 km，治理措施多數為丁壩控導挑流工程及土石、塊石編織袋壩頭，個別險工段落局部采用鉛絲石籠平順護岸結構。右岸防洪保護區(qū)各險工是歷年防汛工作重點，也是可能出現的潰口位置。

根據實地勘察、調查訪問和堤防、險工位置分布以及相關設計資料整理分析成果，對可能出現的潰口位置進行進一步篩選分析。首先，通過繪制水流主河道、堤防位置圖及提取最新Google earth衛(wèi)星影像圖(圖1)中主河道與堤防的相對位置關系，從平面位置上初步分析河道演變趨勢、堤防與主河道距離遠近、堤防易于受水流正面沖刷和淘涮位置，結合險工整治措施、歷史洪水潰口調查情況、保護區(qū)內地形起伏、線狀構筑物分布和居民地分布等情況初步選定潰口位置。其次，由堤頂、堤腳測量數據和收集到的西遼河干流治理工程初步設計報告中水面線成果，繪制堤頂、堤腳、水面線縱斷面圖(圖2)，由此分析各量級洪水時堤防堤腳的淹沒水深情況，一般而言堤腳水深越大，相對越危險。從繪制的縱斷面圖上看，堤防樁號4～14.4 km河段和80～105 km河段的堤防堤腳地面高程較高，按50年一遇設計標準洪水水面線計算，設計洪水最高水位均處于堤腳地面高程以下，這兩處河段不考慮選擇潰口位置。最后，綜合兩者分析成果初步選定潰口位置，并與地方水利專家進行咨詢，最終形成潰口設定方案，西遼河右岸防洪保護區(qū)共設置14個潰口。對設定的潰口方案進行洪水分析計算，計算中原確定的高井子潰口因堤外地形較高，受地形阻隔基本不向外跑水，因此對該潰口位置進行了相應調整。

圖1 潰口位置選擇平面位置分析示意圖

圖2 潰口位置選擇縱斷面分析示意圖

3 潰口寬度分析

堤防潰決時，潰口垂向、橫向發(fā)展過程、潰口最終形態(tài)特征與河道流量、洪水水流流速及流向、筑堤土體含水率、孔隙率、潰口位置堤身內外地形條件等因素有關。一般而言，河道流量對潰口垂向發(fā)展速度基本沒有影響，但對潰口橫向擴展速度影響較大，潰口上游來流量越大，作用于潰口兩側邊壁的流速相應越大，潰口橫向擴展速度越快，因此潰口的平均擴展寬度隨流量的增大而增大。筑堤土體含水率大、孔隙率小時，土體黏聚力增加，堤防透水性較差，提高土體的抗沖性，從而使?jié)⒖诖瓜颉M向擴展速度減緩，易形成矩形潰口；反之，則潰口垂向、橫向擴展速度加快，易形成梯形潰口。潰口位置外江側保護區(qū)地形越陡，內江側水位越高；潰口外江側流速越大，潰口垂向、橫向擴展速度越快。

潰口寬度影響因素眾多，很難作出精確的計算分析定量確定。以西遼河流域堤防決口調查數據為例，統計結果見表1。從表1中可以看出，各地點潰口寬度相差較大，從30～500 m不等，且無隨上下游變化、洪水量級變化呈現規(guī)律性變化。例如，1954年洪水西遼河干流決口，保安村潰口寬度為250 m，金川營子村潰口寬度僅為46 m，二者相差近5倍；西拉木倫河1954年洪水洪峰流量為330 m3/s，義和沙拉村決口寬度為500 m，1963年洪水洪峰流量為461 m3/s，義和沙拉村決口寬度僅為150 m。

表1 西遼河堤防決口調查數據統計表

綜上所述，在開展洪水風險圖編制工作時，因潰口寬度難于精確計算分析定量確定，一般可根據實際堤防潰口的潰痕和觀測資料，并綜合專家經驗法確定?？紤]河道流量、洪水流速對潰口寬度有一定影響，對于某一潰口，如果不同量級洪水的流量、洪水流速對潰口寬度影響不大，不同量級洪水方案可采用同一潰口寬度；反之，則可因地制宜按照不同洪水量級方案擬定不同的潰口寬度，低于防洪標準一個量級的洪水，潰口寬度尺寸相對小一些，超標準洪水時潰口寬度尺寸相對大一些，標準洪水時潰口寬度取中間值。超標準洪水應急處理區(qū)和蓄滯洪區(qū)的主動扒口潰口寬度應根據分洪需要確定。

如果在上述條件都不具備的情況下，可采用如下經驗公式近似計算，并綜合專家經驗法確定：

在匯流點：

Bb=4.5(log10B)3.5+50

在其余地點：

Bb=1.9(log10B)4.8+20

其中：Bb為潰口寬，m；B為河寬，m。

4 潰決方式分析

堤防潰口主要針對土質堤防，根據土質堤防潰決調查及室內試驗數據來看，堤防潰決方式為逐漸潰決。因此，堤防的潰決方式可采用逐漸潰決方案，潰口初始形態(tài)和最終形態(tài)可根據筑堤土體含水率、孔隙率等特征采用矩形潰口或梯形潰口，潰口的垂向、橫向發(fā)展過程采用線性潰決方式，即潰口寬度與深度隨時間線性擴展，潰口的底高程取潰口所在河段保護區(qū)臨堤地面高程。

堤防潰決時機可按以下原則確定：若河道最高洪水位大于等于防洪保證水位，則潰決時機取潰口所在位置的洪水位達到防洪保證水位的時刻；若河道最高洪水位小于防洪保證水位，則潰決時機取潰口所在位置的洪水位達到最高水位的時刻。

5 結 語

潰口設置是防洪保護區(qū)開展河道洪水分析計算的重要依據條件，對編制區(qū)域的洪水淹沒范圍、淹沒水深、淹沒歷時和洪水流速等風險要素有重要影響，開展洪水風險圖編制工作時，要合理進行潰口方案設置。潰口方案設置時，要充分考慮河道險工險段、砂基砂堤、穿堤建筑物、堤防潰決后洪災損失、河道洪水流量、流速變化等因素，進行充分的現場調研，并在邀請地方相關部門技術人員探討、咨詢的基礎上確定潰口設置方案。