太子河左岸防洪保护区洪水影响分析

孙成强

(辽宁省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，辽宁 沈阳 110006)

1 概述

太子河左岸防洪保护区位于辽宁省中部，保护区上至太子河辽阳铁桥，下至三岔河口处，保护区面积约1534km2。保护区内涉及辽阳市、辽阳县、鞍山市、海城市4个市县，是辽河流域重点防洪河段防洪保护区之一。保护区涉及河流为太子河干流及其支流柳壕河、南沙河、运粮河、杨柳河、三通河、五道河和海城河。太子河左岸防洪保护区范围如图1所示。

图1 太子河左岸防洪保护区范围图

2 洪源分析与量级确定

2.1 洪源分析

(1)太子河干流洪水影响

当太子河遭遇超标准洪水时左岸堤防发生溃决，或标准内砂堤砂基、险工险段出险时，洪水由太子河进入保护区，保护区大部分区域将受太子河溃堤洪水影响。太子河左岸保护区内汛期来临时，左岸各支流河水受太子河顶托，易形成高水位，使得支流洪水排泄不畅。太子河左岸保护区主要受太子河干流的洪水威胁。不同频率洪水成果见表1。

表1 太子河干流设计洪峰流量成果表

(2)太子河支流洪水影响

支流洪水主要由上游山区洪水以及下游平原区暴雨产生的涝水组成，南沙河立山以下、海城河海城站以下、杨柳河腾鳌堡以下均为平原区，柳壕河、运粮河是平原排水河流，因此这些地区的设计洪水按平原区经验公式推求；杨柳河腾鳌堡以上及三通河、五道河设计洪水用无资料地区的暴雨查算图表法推求。

太子河左岸保护区各支流彼此相距较近，流路很短，基本上属于同一雨区，且由于各支流堤防标准低，下游地势平缓，发生超标准洪水时，支流洪水存在互相串通的可能性。

初步分析洪水来源影响，主要为海城河、南沙河，其次为杨柳河、三通河、五道河，柳壕河及运粮河影响较小，其他小支流影响可以不考虑。

2.2 洪水量级

洪水分析量级干流按照标准内、现状、超标准三种量级考虑，支流按照现状、超标准两种量级考虑。

(1)干流

保护区内有外河太子河，内河柳壕河、南沙河、运粮河、杨柳河、三通河、五道河和海城河。太子河左岸防洪标准按50年一遇，超标准洪水按100年一遇考虑，标准内洪水选定为10年一遇。

(2)支流

柳壕河、运粮河、三通河、五道河、海城河及南沙河外环桥以下标准洪水为10年一遇，超标准洪水按20年一遇考虑。杨柳河标准洪水为20年一遇，超标准洪水按50年一遇考虑。南沙河外环桥以上标准洪水为50～100年一遇，超标准洪水按100～200年一遇考虑。

3 模型构建

3.1 计算范围与分区方案

计算范围左侧边界为从下游三岔河铁路桥开始太子河左岸堤防，上方边界为太子河左岸堤防，与右侧边界交点为辽阳新铁路桥，右侧边界为长大铁路，向下延伸至海城市附近向东延伸经海城市外环公路，与下游铁路相接，下侧边界以铁路作为挡水边界。

考虑到太子河左岸防洪保护区东西向宽度较小，主要风险是太子河干流洪水。支流堤防标准普遍偏低，干流洪水存在越过支流堤防向下游漫延的可能性，因此本次洪水分析计算采用全区域模型计算。

本次计算只设置一个计算分区，保护区内各支流堤防及其他阻水建筑物高程按照实际高程在二维模型中设置，这样可以更好的通过计算反映溃堤洪水在越过部分阻水建筑物后在防洪保护区内的漫延情况，更准确的模拟溃堤洪水带来的洪水风险情况。

3.2 溃口设置

(1)溃口位置选择

计算方案中溃口选择主要考虑河道险工、弯道、城市村庄分布等情况，干流左岸共设置8个溃口，南沙河、海城河均为左岸3个右岸2个溃口，五道河为左岸2个右岸2个溃口，柳壕河、运粮河、杨柳河、三通河均为左岸2个右岸1个溃口。

(2)溃口尺寸

参考太子河流域的堤防历史溃决情况，确定本次计算溃口的初始形态和最终形态为矩形。溃口尺寸结合溃口位置综合因素以及经验公式计算值确定。通过分析95年洪水浑河干流溃口情况，溃口基本为漫决，漫决宽度在45～270m之间，多数在100m以上，根据无资料经验公式计算所得溃口宽度均大于300m。

3.3 计算方法

溃堤洪水采用DHI Water and Environment的MIKE模型系列进行洪水分析软件。

河道洪水的演进过程采用非恒定流计算，且需要模拟溃堤后水流的平面运动情况，因此本次河道内计算采用一维非恒定流模型，河道外采用平面二维模型。将一维模型与二维模型耦合，可以准确模拟出洪水历时当中河道内洪水向堤外的扩散演进过程。

(1)一维模型设置

根据断面测量成果，结合平面图，对横断面进行滩槽划分，同时考虑断面宽度变化、套堤阻水情况对断面宽度等进行局部调整。

按照不同频率及计算方案给出上游及各支流入汇的流量过程线。当计算干流洪水时，太子河采用辽阳站位置流量过程，其他支流采用入汇口处流量过程；当计算支流洪水时，太子河及其他支流采用流量过程的位置不变，计算支流采用溃口位置上游流量过程。

(2)二维模型设置

二维地形网格大小为100m×100m。在洪水泛滥过程中，洪泛区内的各种地物将对洪水的漫延产生影响，主要表现为阻水建筑物对洪水的阻挡和不同地类对洪水流速的减缓。洪泛区内的阻水建筑物主要有公路、排干堤防、支流堤防等3类。

计算区域的曼宁值反映区域内不同地物对水流的阻力作用，通过对保护区内地物地类的分析，根据相关资料确定。

4 洪水影响综合分析

干流每个溃口计算3个洪水方案，支流每个溃口计算2个洪水方案，通过对每个溃口不同方案的溃口洪量、最大流量、淹没面积进行对比分析，可以更直观看出同一溃口不同频率洪水的风险影响情况。计算成果如图2—3所示。

图2 太子河100年一遇洪水金山屯村溃口淹没水深图

图3 太子河100年一遇洪水金山屯村溃口淹没历时图

由计算成果可知，干流50年一遇溃口最大流量大于10年一遇最大溃口流量，超标准100年一遇溃口最大流量大于50年一遇溃口最大流量，但100年一遇溃口流量过程持续时间较长，存在一段平台期的时间，主要由于100年一遇超标准起溃的标准为水位达到50年一遇最高水位即设计水位，此时河道内水位并不是最高，因为洪峰尚未到来，当干流洪峰到达的时候，大流量洪水持续从溃口流出。

溃口洪峰流量一般出现在溃口完全形成的极短的时间内，影响溃口最大流量的主要因素有：溃决时刻水头、溃口宽度、溃口位置河道槽蓄量以及溃决水流的扩散条件等因素，河道入流对溃口最大流量有一定的影响，但不起决定性作用。整体分析不同溃口同一频率的溃口最大流量，太子河上下游呈现从上游至南台口村溃口变大的趋势，再向下游流量变小的趋势，通过统计溃决时刻水头大小基本符合这一规律。尽管太子河各位置溃口宽度相差不大，但溃决时刻水头相差明显，最上游景尔屯村溃口处最大水头差仅1m左右，下游南台口村溃口处最大水头差达6m。

5 结论与建议

5.1 结论

受同量级洪水上段溃口造成的影响比下段溃口大。由于保护区铁路走向基本平行太子河干流且距太子河干流较远，除100年一遇洪水下307省道桥左岸溃口外，干流溃口造成的淹没范围均影响不到铁路。

支流洪水影响主要集中在临近两条支流间的保护区，由于洪水历时小，总体洪量小，洪水影响相对于干流洪水影响程度普遍偏弱。

经以上分析可知，太子河左岸防洪保护区的洪水风险主要来自于干流洪水，由于地势平坦、南北比降大，一旦发生溃决，洪水漫延速度快，淹没范围大。同时由于太子河右岸地区为太子河和浑河超标准洪水出路，一旦发生洪水本区域避险方向单一，对地方政府承担转移安置要求高。

5.2 建议

根据现场堤防纵断测量和洪水模拟计算，由于部分河道上游堤防低于下游堤防，导致支流堤防不能有效阻隔干流溃堤洪水，洪水向下游或上游扩散，扩大了洪水损失，建议加强保护区内支流堤防达标建设，可有效阻隔干流洪水，减轻洪水损失。

本文选取太子河中下游左岸防洪保护区作为典型区域进行分析计算，洪水影响分析方案及模型概化方式仍有待进一步完善，文中观点仅供各位同仁参考，不足之处望予以指正。