吳叢劍

【摘要】根據(jù)《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水規(guī)范（SL44-93）》規(guī)定，超過1000年一遇的洪水為超標(biāo)準(zhǔn)洪水。在超標(biāo)準(zhǔn)洪水情況下，水庫(kù)主壩在高水位作用下，有可能發(fā)生潰決失事。通過潰決分析計(jì)算，探討潰決洪水流量變化及其到達(dá)下游鄰水縣城的時(shí)間、淹沒深度和寬度范圍，為下游防洪減災(zāi)決策提供技術(shù)支撐。

【關(guān)鍵詞】關(guān)門石水庫(kù)；潰壩；洪水分析

1、前言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，關(guān)門石水庫(kù)下游鄰水縣城規(guī)模不斷擴(kuò)張，縣城人口急劇增加，沿河兩岸房屋密集，水庫(kù)大壩安全越來越重要?；诂F(xiàn)在的管理技術(shù)水平，水庫(kù)潰壩失事的機(jī)率極小。但根據(jù)國(guó)家有關(guān)法律、法規(guī)等有關(guān)規(guī)定，為了加強(qiáng)洪水風(fēng)險(xiǎn)管理，最大限度地防御、減輕洪澇災(zāi)害，最大限度地保障下游人民群眾生命安全，做到有備無患，加強(qiáng)水庫(kù)大壩極端情況的洪水分析，指導(dǎo)防汛搶險(xiǎn)工作有著重要指導(dǎo)作用。

2、工程概況

2.1地理位置

關(guān)門石水庫(kù)位于鄰水縣城北鎮(zhèn)境內(nèi)，水系屬芭蕉河流域的一級(jí)支流即芭蕉河中段右岸小西河支流上游源頭，壩址位于城北鎮(zhèn)朱家村境內(nèi)應(yīng)青石河段上。地理坐標(biāo)為東徑106°56′，北緯30°23′。

2.2工程等級(jí)

關(guān)門石水庫(kù)是一座以防洪、灌溉、供水為主，兼有其他綜合利用的中型水利工程。水庫(kù)正常蓄水位398m，總庫(kù)容2318.6萬m3。死水位379.5m，灌溉農(nóng)田面積6.03萬畝。初設(shè)時(shí)，工程按《DJ12-78》規(guī)定確定等級(jí)，現(xiàn)根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）進(jìn)行復(fù)核，工程亦為三等工程，大壩（含副壩）及泄洪建筑物為III級(jí)，引水建筑物為Ⅳ級(jí)，臨時(shí)建筑物為Ⅴ級(jí)。

2.3設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)工程等級(jí)及《防洪標(biāo)準(zhǔn)》GB50201—91規(guī)定，水庫(kù)庫(kù)容為中型，下游有鄰水縣城，大壩設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期采用50年一遇，相應(yīng)的洪峰流量為181.1m3/s；校核洪水重現(xiàn)期為1000年一遇，相應(yīng)的洪峰流量為183.2m3/s。

2.4水庫(kù)特征水位

正常蓄水位：398.0m

死水位：379.5m

汛期限制水位：396.0m

設(shè)計(jì)洪水位：398.8m

校核洪水位：399.46m

2.5地震烈度

基本地震烈度Ⅵ度

3、潰壩洪水分析

3.1潰決可能性條件

關(guān)門石水庫(kù)1000年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量655m3/s，3日洪水總量1410.3萬m3，超標(biāo)準(zhǔn)洪水情況下，其洪峰流量和洪水總量將更大。

關(guān)門石水庫(kù)設(shè)計(jì)泄洪方式采用閘門啟泄洪洞方式，最大泄流量?jī)H183m3/s ，在遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水情況下，洪水入庫(kù)流量遠(yuǎn)超出庫(kù)流量，庫(kù)水位猛漲達(dá)到或超過校核洪水位情況將導(dǎo)致潰決可能。

但根據(jù)水庫(kù)工程實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了非常保壩措施，采取爆破開挖副壩方案。副壩為風(fēng)化泥巖心墻堆石壩，河床砼齒槽建基高程387.90m，壩頂高程400.8m，最大填筑體壩高12.9m，防浪墻頂高程401.7m，壩頂寬度6m，壩頂長(zhǎng)度105.5m。上游壩坡1：1.7，下游壩坡1：1.8，最大壩底寬度47.29m。

副壩爆破開挖深度3.5m，開挖長(zhǎng)度60m，采取明渠寬頂堰計(jì)算公式最大流量為668.24m3/s，滿足出庫(kù)流量大于入庫(kù)流量。

3.2水庫(kù)潰決形式分析

關(guān)門石水庫(kù)主壩為泥巖心墻堆石壩，根據(jù)時(shí)間產(chǎn)生過程其潰決形式為逐步潰決，按產(chǎn)生的破壞方式分潰決形式為滲透潰決和漫壩潰決兩種方式。水庫(kù)在高水位情況下發(fā)生滲透潰決，在洪水漫壩形式下產(chǎn)生漫壩潰決，兩種形式均可發(fā)生。

3.3潰決計(jì)算

1、滲透破壞分為管涌和流土兩種形式。

（1）滲透潰口流量

管涌階段：

式中，為流速系數(shù)，可取0.97；為上游水庫(kù)與滲透通道出口處的水位差，估計(jì)25m；r為滲透通道半徑。

經(jīng)計(jì)算，當(dāng)r=0.1m時(shí)，Qb=0.67m3/s，當(dāng)r=0.2m時(shí)，Qb=2.70m3/s，當(dāng)r=0.3m時(shí)，Qb=6.07m3/s，當(dāng)r=0.4m時(shí)，Qb=10.79m3/s，當(dāng)r=0.5m時(shí)，Qb=16.86m3/s。

表明滲透半徑越大，流量越大，滲透破壞性越強(qiáng)。因此，加強(qiáng)大壩巡查，及時(shí)采取措施，嚴(yán)控滲流產(chǎn)生管涌破壞。

漫壩潰決

（1）潰口寬度計(jì)算

采用黃河水利委員會(huì)經(jīng)驗(yàn)公式b=0.1KW1/4B1/4H1/2計(jì)算。式中b為潰口寬度（m），W為總庫(kù)容2318.6萬m3，采用校核洪水位庫(kù)容，B為主壩長(zhǎng)度203.4m，H最大壩高42.1m，K取經(jīng)驗(yàn)系數(shù)為0.65。經(jīng)計(jì)算，b=43.39m。

（2）潰壩壩址洪水計(jì)算

水庫(kù)潰壩下泄流量由兩部分組成，通過潰口下泄流量和通過泄水建筑物下泄的流量即

Q=Qb+QS

潰壩壩址最大流量采用肖克列奇經(jīng)驗(yàn)公式：

Qbmax=8/27*g1/2（B/b）1/4bh03/2

式中：g為重力加速度，9.81m2/s，

B為主壩長(zhǎng)度203.4m，

b為潰口寬度43.39m ，

h0為壩前水深40.76m。

經(jīng)計(jì)算，Qbmax=15410.6m3/s。

泄洪洞最大下泄流量QS=146.1m3/s。

水庫(kù)潰壩下泄流量Qmax=15556.7m3/s。

泄空總歷時(shí)采用T=AW/Qmax公式計(jì)算，式中A取5。經(jīng)計(jì)算，泄空總歷時(shí)采用T=7452s=2.07h。

（3）水庫(kù)潰壩最大流量沿程演進(jìn)估算

洪水演算主要是分別提出水庫(kù)下游各斷面的洪水過程線、最大流量、最高水位、洪水波頭及波峰的到達(dá)時(shí)間等特征數(shù)據(jù)，為下游的防洪措施提供依據(jù)。

①潰壩下游流量計(jì)算。當(dāng)潰壩址處最大流量向下游演進(jìn)至壩址流程時(shí)的最大流量采用下式估算。

QL=W/（W/Qmax+L/KVmax）

②潰壩洪水傳播時(shí)間和流量過程線

洪水起漲時(shí)間及最大流量到達(dá)時(shí)間計(jì)算如下：

洪水起漲時(shí)間計(jì)算公式為：

t1=K1*L^1.75（10-h0）^1.3/（w^0.2*H0^0.35）

最大流量到達(dá)時(shí)間t2=K2L^1.4/（W^0.2H0^0.5hm^0.25）

③恢復(fù)初始流量歷時(shí)t3=2W/QLM+t1

3.4潰壩洪水影響范圍估算

根據(jù)水庫(kù)下游典型控制斷面處的潰壩最大流量和相應(yīng)流速的估算QLM計(jì)算該斷面的過流面積。再根據(jù)1：10000地形圖估算該斷面處的洪水淹沒邊界，從而得出水庫(kù)潰壩影響范圍，潰壩洪水演進(jìn)成果詳見表3-5。

4、潰決計(jì)算成果分析

從潰壩洪水演進(jìn)成果表分析，一旦潰壩，將造成壩址下游城北鎮(zhèn)、鼎屏鎮(zhèn)主城區(qū)護(hù)城河沿河兩岸100-500m范圍，壩址至下游城郊段（樁號(hào)0+000-3+000段）即壩址至城北趙家橋段，淹沒水深達(dá)11-6.9m，210國(guó)道與沿河兩岸民房全部淹沒，城區(qū)段（樁號(hào)3+000-6+500段）即趙家橋至曹家灘段，淹沒水深達(dá)6.9-4.5m，區(qū)段內(nèi)有從上游往下游有鄰水五中、鄰水縣人民醫(yī)院、鄰水二中、縣公安局、鄰水縣人民政府、縣水務(wù)局、鹽業(yè)分司、鄰水中學(xué)等重要機(jī)關(guān)單位，以及沿河兩岸密集的城鎮(zhèn)居民。下游段（樁號(hào)6+500-15+000段）即曹家灘至罄灘芭蕉河入口處，淹沒水深達(dá)4.5-2.5m，區(qū)段內(nèi)一污水處理廠和二污水處理廠將全部進(jìn)水淹沒。

5、結(jié)論

本文從最不利情況分析了潰壩對(duì)下游產(chǎn)生的危害分析。但在實(shí)際水庫(kù)運(yùn)行管理過程中，一是加強(qiáng)天氣預(yù)報(bào)信息收集，早知道，早預(yù)防，非常極端天氣情況下，可以向縣防辦申請(qǐng)報(bào)告提前泄洪騰庫(kù)，增大防洪預(yù)留庫(kù)容。同時(shí)，加強(qiáng)水庫(kù)大壩變形監(jiān)測(cè)、滲流監(jiān)測(cè)和巡視檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)報(bào)告處理，將隱患消滅于萌芽狀態(tài)。

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