城市溃坝洪水灾害风险研究

王正吉 陈健康 王昊

摘 要：文章描述了以入流过程线构建水库洪水灾害风险分析模型的方法。以昭通市的6个水库为实例，将FVCOM模型和灾害损失计算方法进行结合，模拟分析了水库在遭遇特大降雨事件时，溃坝造成的经济损失，为为溃坝洪水灾害的防治提供支持。

关键词：溃坝；洪水；风险

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.183

1 引言

水库作为城市的大型蓄水设施在城市水资源调度、供水补给等方面起着至关重要的作用。在遭遇特大降雨事件时，水库的水位会迅速上涨而从坝口溢出。当水体在坝口溢出时，若流速过快，则会将坝口的土壤随着水流冲失，造成坝口溃开。随着水库内的水体继续流出和大坝土壤流失的过程，坝口溃开面积会愈来愈大，则大量水体从水库流向下游城区，对城市造成淹没，产生洪水灾害。

针对以上问题，采用水力模型对城市溃坝后水体向下游流动过程中对城市的洪水淹没过程进行模拟。以云南省昭通市为例，分析不同重现期情景下，水库溃坝后对下游城市所造成的洪水影响，并通过模拟得到的淹没范围和淹没损失，结合当地的灾害损失曲线，计算出对应的淹没损失[1]。为溃坝洪水灾害的防治提供支持。

2 研究区概况

昭通市位于利济河和秃尾河的下游，河道的上游有6座水库，分别为北闸水库、箐门水库、头道沟水库、放羊冲水库、杨家坟水库、焦家闸水库。由于水库处于河道上游，河道下游为昭通市市区。水库均为土坝，近年来已经经过除险加固处理。

3 溃坝洪水模型构建

城市溃坝洪水淹没模型的构建主要包括两个方面：洪水淹没模型的构建和坝口入流边界条件的设置。

3.1 洪水淹没模型基础数据收集

以昭通市的地形、土地利用等数据为基础，构建水力模型。模型数据具体如下：

（1）地形数据。以当地提供的地形测绘数据，数据格式为shp格式的高程点分布，并通过差值方法生成昭通市基础地形图。

（2）土地利用数据。以当地勘测部门提供的土地利用数据，获得研究区的城市下垫面类型分布情况。同时依据不同下垫面的分布来确定模型各个区域的地表粗糙系数。

3.2 入流边界条件

依据以上数据可以构建昭通市洪水淹没模型，在模型构建后需要输入模型的上游边界条件。在溃坝洪水模拟时，上游的边界条件为各个水库在溃坝时的流量过程线。因此，将当地水利部门提供的100年一遇的6个水库溃坝流量过程线输入到模型当中进行模拟。

4 溃坝洪水模拟与分析

本文采用FVCOM模型来进行洪水淹没模拟。FVCOM包含了城市河道、洪水等模拟功能，并已经得到了广泛应用[2]。

将以上昭通市水系、地形等基础数据输入到模型中后，以不同水库的入流边界条件为输入，进行不同水库溃坝情景下的洪水淹没模拟，并获得洪水淹没结果，如图1。

依据当地提供的灾害损失曲线进行淹没损失计算，结果如图2。

从以上模拟结果可以看出，当6个水库同时溃坝时，对昭通市造成的淹没时最为严重。北闸水库、头道沟水库和杨家坟水库溃坝时，均会造成较为严重的灾害损失。菁门水库、焦家闸水库和放羊冲水库在溃坝时对城区造成的洪水灾害较小。

5 结论

城市水库溃坝产生的洪水淹没灾害会导致城市基础建设遭受严重损失。本文通过构建水力模型来模拟不同溃坝情景的洪水淹没情况，得到不同情景下所对应洪水淹没分布情况。将洪水淹没模拟结果与灾害损失曲线相结合进行洪水灾害损失定量估算，从而获得不同溃坝情景下城市所遭受的经济损失情况。

以昭通市为例溃坝模拟与灾害损失计算方法进行应用，分析6个水库溃坝时对昭通市洪水灾害影响。经分析确定北闸水库、头道沟水库和杨家坟水库溃坝时对城市的危害较大，需重点关注，并适当采取相关措施防止溃坝的发生。

参考文献：

[1]刘朝辉，刘高峰，仇蕾.城市洪水灾害损失评估及应用[J].水利经济，2009，27（01）：36-38+48+76.

[2]Chen C，Liu H， Beardsley R C.An unstructured， finite-volume，three-dimensional，primitive equation ocean model： application to coastal ocean and estuaries[J].Journal of Atmospheric and Oceanic Technology，2003，20：159-186.

作者簡介：王正吉（1986-），男，仡佬族，贵州黄平人，工程师，硕士研究生，现从事道路路线设计和给水排水设计工作。