劉玉青

（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長(zhǎng)春 130021）

1 豐滿水電站概況

豐滿水電站是我國(guó)第一座大型水電站，位于吉林省吉林市第二松花江干流上，距離吉林市16 km，上游距離白山水電站210 km，是以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、航運(yùn)、城市及工業(yè)用水，養(yǎng)殖和旅游等綜合效益的電站。水庫(kù)正常蓄水位263.50 m，總裝機(jī)容量1002.5 MW，樞紐工程由擋水壩、泄水和引水發(fā)電等建筑物組成，最大壩高91.7 m。

電站建設(shè)于特殊歷史時(shí)期，限于當(dāng)時(shí)的歷史條件，設(shè)計(jì)水平低，施工質(zhì)量差，建設(shè)管理混亂，造成諸多先天性缺陷。比如，大壩整體性差；混凝土強(qiáng)度低，抗?jié)B、抗凍等指標(biāo)不滿足規(guī)范要求；混凝土凍融凍脹和溶蝕破壞較嚴(yán)重，大壩整體安全裕度不足；個(gè)別壩段受斷層帶影響，抗滑穩(wěn)定安全性不滿足規(guī)范要求；大壩防洪能力不足，不能滿足校核洪水標(biāo)準(zhǔn)要求；壩后電站廠房機(jī)電設(shè)備陳舊老化，廠房結(jié)構(gòu)、引水鋼管、金屬結(jié)構(gòu)等隱蔽工程材質(zhì)低劣，存在安全隱患。自大壩建成以來(lái)，雖然持續(xù)的補(bǔ)強(qiáng)加固和精心維護(hù)維持著運(yùn)行，但其固有缺陷無(wú)法徹底消除。目前大壩可靠性水平低，抵御風(fēng)險(xiǎn)能力差，與我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平對(duì)工程安全的要求不相適應(yīng)。

鑒于豐滿水電站在流域和地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中的重要地位與巨大作用，為更好地保證公共安全，達(dá)到“徹底解決、不留后患”的全面治理目標(biāo)，2010年2月，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)以發(fā)改辦能源〔2010〕356號(hào)文復(fù)函，同意以重建方案作為豐滿水電站全面治理工程方案并開(kāi)展前期工作。重建方案按恢復(fù)電站原任務(wù)和功能，在原豐滿大壩下游120 m處新建一座大壩。重建工程水庫(kù)正常蓄水位263.50 m，總庫(kù)容103.77億m3，具有多年調(diào)節(jié)性能。電站總裝機(jī)容量1480 MW，多年平均發(fā)電量約17.09億kW·h。樞紐工程由碾壓混凝土重力壩、壩身泄洪系統(tǒng)、壩后式廠房、左岸泄洪兼導(dǎo)流洞、過(guò)魚(yú)設(shè)施及原有三期引水發(fā)電系統(tǒng)等建筑物組成，最大壩高94.5 m。

2 樺甸大堤概況

位于豐滿水庫(kù)回水末端的樺甸市主城區(qū)，是庫(kù)區(qū)影響范圍內(nèi)最大的市區(qū)，也是樺甸市政府所在地，城區(qū)位于輝發(fā)河畔，距離輝發(fā)河河口約40 km，市區(qū)地勢(shì)平坦，周?chē)荷江h(huán)繞，交通方便，是全市政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心。

樺甸市輝發(fā)河古河道西側(cè)城區(qū)高程在261.0～263.0 m之間，古河道東側(cè)的城區(qū)為樺甸市的古城區(qū)，也是樺甸市的主城區(qū)，其高程在263.0～266.0 m之間。如果考慮一定的回水頂托，幾乎整個(gè)樺甸市城區(qū)都在淹沒(méi)線之下，因此，在豐滿水庫(kù)建設(shè)之初，為避免淹沒(méi)樺甸市城區(qū)，在輝發(fā)河左側(cè)沿河修建樺甸大堤，樺甸大堤屬于豐滿水庫(kù)的副壩，是豐滿水庫(kù)的配套工程。

樺甸大堤始建于1943年日偽時(shí)期，1955年建成，樺甸大堤將原輝發(fā)河游蕩河谷分成南北兩部分：北側(cè)開(kāi)發(fā)擴(kuò)建為樺甸市區(qū)，南側(cè)河谷形成新的輝發(fā)河河道。大堤西起大頭山，距離輝發(fā)河河口約44.8 km，東至北山屯，距離輝發(fā)河河口約32.1 km，全長(zhǎng)12.7 km。大堤下游段約有6.4 km長(zhǎng)的堤段迎水側(cè)堤腳高程低于豐滿水庫(kù)正常蓄水位263.5 m，平時(shí)這部分堤段就成了水庫(kù)的一部分。

1995年7月下旬，輝發(fā)河流域連降暴雨，致使輝發(fā)河發(fā)生歷史上罕見(jiàn)的大洪水，洪水歷時(shí)10 d，樺甸大堤從4+200～12+600段有近2/3的堤段漫堤，7月31日大堤決口兩處，總長(zhǎng)度達(dá)到358 m，形成的沖坑低點(diǎn)高程255.20 m，比原地面還低5～6 m。全市被淹，水深達(dá)1.2～9.0 m，洪水持續(xù)了2 d才開(kāi)始回落，損失高達(dá)53億元，死亡13人。

由此可見(jiàn)，樺甸大堤對(duì)樺甸市人民生命財(cái)產(chǎn)起著至關(guān)重要的防護(hù)作用。大堤作為豐滿大壩的副壩工程，受到豐滿水庫(kù)水位的影響，回水頂托與洪水相互作用，一旦漫堤、決口，將造成較大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。

3 工程建設(shè)對(duì)樺甸大堤防洪安全影響分析

3.1 原設(shè)計(jì)成果

樺甸大堤的設(shè)計(jì)和施工建設(shè)幾經(jīng)變動(dòng)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)水面線也在變動(dòng)。根據(jù)1996年吉林省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院編制的《吉林省樺甸市防護(hù)大堤工程除險(xiǎn)加固初步設(shè)計(jì)報(bào)告》，防護(hù)大堤為三級(jí)建筑，考慮到樺甸大堤原本是豐滿水庫(kù)副壩，以及1995年發(fā)生的歷史上有記載以來(lái)的最大洪水等情況，將設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)確定為防御1995年洪水（設(shè)計(jì)當(dāng)時(shí)相當(dāng)于110年一遇），相應(yīng)的設(shè)計(jì)流量9804 m3/s。

在《樺甸大堤除險(xiǎn)加固初步設(shè)計(jì)報(bào)告》中，通過(guò)對(duì)豐滿水庫(kù)不同壩前水位（1995年實(shí)際水位260.4 m，1995年型洪水輝發(fā)河洪峰出現(xiàn)時(shí)壩前相應(yīng)265.53 m，最高水位為267.02 m）方案的回水計(jì)算成果的比較，推薦了一條設(shè)計(jì)水位最低的水面線，作為樺甸大堤的設(shè)計(jì)水面線，即當(dāng)輝發(fā)河發(fā)生洪峰流量9804 m3/s，豐滿水庫(kù)的壩前水位為260.4 m相應(yīng)水面線成果。堤頂高程達(dá)到271.71～275.17 m，最大堤高12.61 m，堤頂寬8.0 m。由于樺甸大堤大部分堤段為均質(zhì)土堤，加之建設(shè)初期施工質(zhì)量較差，存在基礎(chǔ)滲漏問(wèn)題，2009年10—12月又對(duì)其進(jìn)行了防滲處理。

1995年輝發(fā)河洪水洪峰值相當(dāng)于超百年一遇，洪峰發(fā)生時(shí)豐滿水庫(kù)實(shí)際蓄水位為260.4 m，按照此邊界條件計(jì)算的水面線時(shí)未考慮極端情況，即同時(shí)發(fā)生百年一遇洪水時(shí)，豐滿水庫(kù)出現(xiàn)最高庫(kù)水位，輝發(fā)河出現(xiàn)洪峰情況。即樺甸大堤未達(dá)到百年一遇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。1996年確定的樺甸大堤的設(shè)計(jì)水面線成果，見(jiàn)表1。

3.2 復(fù)核1995年洪水的回水

按典型年法，1995年型1%頻率洪水的干流最大入庫(kù)流量14576 m3/s，輝發(fā)河洪峰流量9804 m3/s（相當(dāng)于超百年一遇洪水），相對(duì)應(yīng)豐滿水庫(kù)壩前水位260.4 m，對(duì)1995年洪水的回水進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，復(fù)核的回水水位與樺甸大堤設(shè)計(jì)水位比較，見(jiàn)表2。

由表2可知，全堤段只有2.99 km大堤的復(fù)核回水水位低于大堤原設(shè)計(jì)水位。大堤尾端回水位高于大堤設(shè)計(jì)水位0.22 m，大堤首端回水位高于大堤設(shè)計(jì)水位0.30 m，整個(gè)堤段回水位最高超過(guò)設(shè)計(jì)水位0.92 m。分析原因：一是原大堤設(shè)計(jì)未充分考慮豐滿水庫(kù)回水影響，導(dǎo)致大堤設(shè)計(jì)水位偏低；二是原設(shè)計(jì)采用斷面為1995年測(cè)量，此次復(fù)核采用2010年測(cè)量斷面，15年的泥沙淤積也會(huì)造成一定程度的水面壅高。而大堤作為豐滿水庫(kù)的副壩工程，必然要將豐滿水庫(kù)回水頂托作用考慮在內(nèi)。

3.3 豐滿水電站大壩全面治理工程水庫(kù)回水

由于洪水地區(qū)組成及放大方法不同，該工程考慮了 4 個(gè)年型：1953，1960，1991，1995 年型；2 種洪水放大方法：同頻率法和典型年法。由此組合成8條洪水過(guò)程線。考慮到樺甸大堤回水主要受典型年法1995年型1%頻率洪水回水控制，僅對(duì)該洪水進(jìn)行回水計(jì)算分析。計(jì)算方案采用壩前最高洪水位與相應(yīng)入庫(kù)流量、最大入庫(kù)流量與相應(yīng)壩前水位兩種組合推算回水水面線，取其外包線作為回水成果。輝發(fā)河洪水設(shè)計(jì)值采用9630 m3/s。

表2 1995年洪水復(fù)核回水位與樺甸大堤設(shè)計(jì)水位比較表

表3 計(jì)算回水成果與大堤原設(shè)計(jì)水面線成果對(duì)比表

此次回水成果與設(shè)計(jì)水面線成果對(duì)比見(jiàn)表3。分析表明，該工程回水水位基本全堤段均超過(guò)大堤原設(shè)計(jì)水位。其中，大堤尾端回水水位超過(guò)0.50 m，大堤首端回水水位超過(guò)0.31 m，最高超過(guò)0.98 m。

4 結(jié)論與建議

1）樺甸大堤1996年除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)按照防御1995年洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。作為豐滿水庫(kù)的副壩工程，由于未充分考慮豐滿水庫(kù)回水影響，認(rèn)為大堤的設(shè)計(jì)不滿足原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

2）此工程百年一遇洪水回水水位超過(guò)大堤設(shè)計(jì)水位。原因在于大堤未達(dá)到百年一遇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)所致，不是由豐滿水電站大壩重建造成。

3）作為豐滿水庫(kù)的配套工程，建議盡早對(duì)樺甸大堤實(shí)施加高、加固等工程措施，使其達(dá)到防洪標(biāo)準(zhǔn)，以充分發(fā)揮其防洪作用，保障樺甸市經(jīng)濟(jì)及人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

[1]吉林豐滿水電站大壩全面治理（重建）工程可行性研究報(bào)告[R].2011，12.

[2]張銘，范子武.水利不確定性因素對(duì)堤防防洪風(fēng)險(xiǎn)效益的影響[J].水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)，2011（1）：71-75.

[3]胡朝陽(yáng)，劉建衛(wèi)，朱林.糙率改變對(duì)城市河道水位及堤防防洪能力的影響[J].水電能源科學(xué)，2012，30（10）：47-50.