太浦闸洪水风险图编制中溃闸洪水计算分析
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第２期匡翠萍，等：太浦闸洪水风险图编制中溃闸洪水计算分析
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式中：｝为参考水平面上的水位；ｄ为参考水平面下的水深；Ｈ＝｝＋ｄ为总水深；钆，口分别代表亭和叩方向的平均流速；ＩＤ为水的密度；Ｐｅ，Ｐ，分别为亭和７方向压力梯度；厂为柯氏力系数；ｎ为曼宁系数．２．２求解方法
Ｄｅｌｆｔ３Ｄ—Ｆｌｏｗ是一种采用交错网格、基于有限差分法的数学模型，上风格式和中心差分格式分别用来离散对流项和扩散项，源汇项显式处理，离散的差分方程通过交替方向隐式法（ＡＤＩ）求解．
２．３边界条件及计算参数
模型计算范围北边以沪宁铁路为边界，东边和南边以沪杭铁路为边界，西至东太湖沿岸，采用非均匀的曲线正交网格，网格单元的边界主要沿着铁路及环湖大堤布设，边界上均采用自由滑移边界，计算区域内部的湖泊和高速公路均采用不过水处理．网格单元平均尺寸为５００ｍ×５００ｍ，根据Ｄｅｌｆｔ３Ｄ对稳定性的要求（Ｃｏｕｒａｎｔ数小于１０），取时间步长３ｍｉｎ，可得Ｃｏｕｒａｎｔ数为１．２，满足稳定性要求和洪水演进的精度．糙率参照《洪水风险图编制导则（试行）》Ｄ３］中推荐的数据，见表２．
人流边界条件采用由一维水力学模型计算的太浦闸溃决、太浦河堤防的３个险工段（太浦河平望段、汾湖段以及太浦河与泖河交接段）同时溃堤的流量过程．
表２不同下垫面对应的糙率
Ｔｌ雨．２Ｍａｎｎｉｎｇ’ｓｃｏｅｆｆｉｅｉｅｎｔｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
村庄树丛旱田水田道路空地河道７．０６．５６．０５．０３．５３．５１．５
３计算结果
通过一维水动力模型计算得太浦闸溃闸、３处易溃地点同时溃堤的流量过程作为二维水动力模型的边界条件，模拟太浦闸溃决后１２０ｈ内（可分为极速达区、速达区、次速达区、次缓达区、缓达Ｎ）Ｅ１６３洪水在河道外的淹没过程，并每３ｈ储存一次数据，可以为洪水风险分析在整个时段的洪水演进情况提供数据．模拟最长时刻时的结果和分析见图３，淹没面积和受灾损失见表３．可见上游溃堤造成的危害大于下游，太浦河与泖河交接段处，由于北岸的地势高于南岸，因此南岸发生溃堤之后造成的危害大于北岸．汾湖段溃口宽度大，此处溃堤之后出流的洪水量亦大．
图３太浦闸溃决淹没范围及水深分布
Ｆｉｇ．３Ｉｎｕｎｄａｔｅｄａｒｅａａｎｄｗａｔｅｒｄｅｐｔｈ
ａｆｔｅｒＴａｉｐｕｇａｔｅｂｒｅａｃｈ
表３资产损失
Ｔａｂ．３Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓｏｆｆｉｎａｎｃｉａｌｌｏｓｔ
以汾湖段溃堤为例作详细分析，计算结果见图４～７．洪水溃堤后经过１２０ｈ的演进，淹没范围达到２８４ｋｍ２，水深０．５ｍ以上区域占到总淹没面积９０％以上（图４）．洪水边缘西边抵达京杭运河，受到其河堤的阻滞，东南方向则不断蔓延．图５为洪水流场图，可以看出决堤处流速相对较大，在传播过程中逐渐减小，但在洪水到达的地方流速略大．图６更加直观地显示了演进过程中每一天的洪水淹没范围，其中的字母分别表示受洪水影响的各乡镇中心，Ａ为黎里镇，Ｂ为芦墟镇，Ｃ为陶庄镇，Ｄ为油车港镇，Ｅ为天凝镇，Ｆ为洪溪镇．图７显示了各观测点的洪水水深过程线．经过分析可以清晰地得出：芦墟和陶庄第ｌｄ即受到洪水影响，洪水第２ｄ到达黎里，第４ｄ到达天凝、洪溪，第５
ｄ到达油车港，淹没水深均达
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同济大学学报（自然科学版）第３９卷到了０．６５ｍ左右．
图４汾湖段决堤淹没水深
Ｆｉｇ．４Ｗａｔｅｒ
ｄｅｐｔｈｏｆｆｌｏｏｄｂｙＦｅｎｈｕｓｅｃｔｉｏｎｂｒｅａｃｈ
图５汾湖段决堤流场分布
Ｆｉｇ．５ＶｅｌｏｃｉｔｙｖｅｃｔｏｒｏｆｆｌｏｏｄｂｙＦｅｎｈｕｓｅｃｔｉｏｎｂｒｅａｃｈ根据上述分析，笔者建立的洪水风险信息管理系统可以用于指导建立抢险救灾物资存放地点和规避区域以防范于未然，在洪灾发生时可以指导制定抢险和规避路线，并预测洪涝所造成的财产损失．
４结论
洪水预报计算分析是一项以较小的代价达到减免灾害的非工程措施．笔者以水利部太湖洪水风险图试点编制项目为背景，以太湖流域的骨干泄洪通道太浦河为研究对象，河道内外分别采用一维和二维水动力数学模型计算，并通过堰流公式将二者耦合进行太浦闸洪水计算分析，得出以下结论：
图６汾湖段决堤洪水到达时间
Ｆｉｇ．６Ｆｌｏｏｄｒｅａｃｈｉｎｇ
ｔｉｍｅａｆｔｅｒＦｅｎｈｕｓｅｃｔｉｏｎｂｒｅａｃｈ
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图７决堤后各点水位过程线
Ｆｉｇ．７Ｔｉｍｅｓｅｒｉｅｓｏｆｗａｔｅｒｄｅｐｔｈａｔｓｅｌｅｃｔｅｄ
ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｐｏｉｎｔｓａｆｔｅｒＴａｉｐｕｂｒｅａｃｈ（１）由水量平衡原理通过概化模型计算处理太湖与太浦河之间的水量关系，动态计算太浦闸溃决流量过程．
（２）通过动态处理河道上闸门溃决使之成为模型的内部边界条件，一维水动力模型能适用于模拟河道内的洪水演进过程，并通过堰流公式为河道外二维水动力模型提供溃堤流量边界条件．
（３）笔者成功地将Ｄｅｌｆｔ３Ｄ—Ｆｌｏｗ应用到相当于初始条件为于河床的洪泛区洪水演进模拟中，其干湿动边界处理技术能有效而准确地模拟洪泛区的干湿演变过程．针对洪泛区内不同下垫面设置不同糙率，计算结果比较合理，与以往溃堤淹没区调查情
况较为一致．万方数据
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太浦闸洪水风险图编制中溃闸洪水计算分析
作者：匡翠萍， 陈思宇， 刘曙光， 王炜， KUANG Cuiping， CHEN Siyu， LIU Shuguang，WANG Wei
作者单位：同济大学,土木工程学院水利工程系,上海,200092
刊名：
同济大学学报（自然科学版）
英文刊名：JOURNAL OF TONGJI UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE)
年，卷(期)：2011,39(2)
参考文献(16条)
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引用本文格式：匡翠萍.陈思宇.刘曙光.王炜.KUANG Cuiping.CHEN Siyu.LIU Shuguang.WANG Wei太浦闸洪水风险图编制中溃闸洪水计算分析[期刊论文]-同济大学学报（自然科学版） 2011(2)