郭應(yīng)杰

(貴州東方世紀(jì)科技股份有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550002)

1 沙灣水電站概況

大渡河流域面積77 400 km2，其中四川省境內(nèi)70 821 km2，占全流域面積的91.5%。壩址控制流域面積76 479 km2，占全流域面積的98.9%。流域地勢(shì)西北高、東南低。

沙灣水電站的開(kāi)發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，兼顧灌溉和航運(yùn)功能。電站裝機(jī)容量480 MW，額定水頭24.5 m，正常蓄水位432.0 m，設(shè)計(jì)引用流量2203.2 m3/s，保證出力151 MW，年利用小時(shí)數(shù)5015 h，年發(fā)電量24.07億度?？値?kù)容4867萬(wàn)m3，正常蓄水位以下庫(kù)容4554萬(wàn)m3。為一級(jí)混合式(河床式廠房加長(zhǎng)尾水渠)開(kāi)發(fā)。

2 分析形成潰壩原因

引起潰壩的原因有很多，通過(guò)總結(jié)分析，最終可以確定，導(dǎo)致潰壩的原因主要有以下幾點(diǎn)：

(1)特大洪水。發(fā)生特大洪水時(shí)，經(jīng)常會(huì)伴隨著暴雨，暴雨對(duì)土地會(huì)產(chǎn)生較為強(qiáng)烈的沖蝕作用，這將會(huì)致使下游壩面出現(xiàn)沖坑[1]。這些小沖坑會(huì)在壩洪水沖蝕下快速擴(kuò)大，在一段時(shí)間的作用后，將會(huì)逐漸發(fā)展到一定規(guī)模，此時(shí)，大壩在應(yīng)用期間，局部會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)，隨后將會(huì)發(fā)生潰決，對(duì)環(huán)境以及人們的生活及生命都會(huì)造成威脅。

(2)地震作用。攔河壩在地震和地震動(dòng)水壓力作用下工作處于不利狀態(tài)，在其他因素促使下極易潰決。

(3)壩體質(zhì)量。大壩施工期間，局部質(zhì)量控制不到位，將會(huì)導(dǎo)致壩體的整體質(zhì)量存在較為嚴(yán)重的問(wèn)題。管涌和滲流的區(qū)域是大壩建設(shè)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的區(qū)域，大壩在應(yīng)用過(guò)程中，在外部不利荷載作用下，會(huì)出現(xiàn)潰決事故。

(4)管理因素。大壩在應(yīng)用期間，要安排專(zhuān)人對(duì)大壩的應(yīng)用進(jìn)行科學(xué)管理。在實(shí)際管理過(guò)程中，由于管理人員在工作上的疏忽，或者應(yīng)用的儀器存在質(zhì)量問(wèn)題，在應(yīng)用期間發(fā)生失靈的事故，這都會(huì)對(duì)監(jiān)測(cè)壩體實(shí)際運(yùn)行的具體監(jiān)測(cè)狀態(tài)造成不良影響，監(jiān)測(cè)存在問(wèn)題，無(wú)法及時(shí)、準(zhǔn)確反映壩體在具體應(yīng)用過(guò)程中的實(shí)際狀態(tài)，從而導(dǎo)致壩體遭遇險(xiǎn)情，或者出現(xiàn)潰決[2]。

(5)人為破壞。發(fā)生戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)，水利樞紐工程經(jīng)常會(huì)成為敵人的首要破壞目標(biāo)，雖然該情況在和平年代很少發(fā)生，但是，作為一項(xiàng)會(huì)導(dǎo)致潰決的因素，在問(wèn)題分析過(guò)程中，也必須要對(duì)該項(xiàng)因素進(jìn)行充分考慮。

3 潰壩洪水特點(diǎn)

通過(guò)對(duì)大量的壩體潰決實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)可以發(fā)現(xiàn)，壩體潰決與壩體的具體類(lèi)型有著密切關(guān)系。例如，拱壩、混凝土重力壩等類(lèi)型的剛性壩在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，通常都是瞬時(shí)潰決，并且在發(fā)生壩體潰決時(shí)，經(jīng)常會(huì)伴隨著局部潰決現(xiàn)象。而對(duì)于土壩、堆石壩等散粒體壩，因?yàn)槠淠蜎_蝕能力相對(duì)較差，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，如果洪水漫過(guò)壩頂，首先在壩頂上會(huì)出現(xiàn)沖坑，因?yàn)樽饔玫臅r(shí)間較短，形成的沖坑規(guī)模相對(duì)較小，而隨著洪水作用時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，洪水的作用會(huì)逐漸變大，此時(shí)，沖坑的范圍則會(huì)在短時(shí)間內(nèi)迅速擴(kuò)大，進(jìn)而將會(huì)對(duì)壩體的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能造成沖擊，導(dǎo)致壩體的穩(wěn)定性變?nèi)酰瑝误w局部區(qū)域則會(huì)出現(xiàn)潰決，并且會(huì)快速擴(kuò)大，造成較為嚴(yán)重的破壞。針對(duì)散粒壩體，其在應(yīng)用過(guò)程中，受水流侵蝕作用，會(huì)存在兩個(gè)損壞時(shí)間，但是，從實(shí)際情況來(lái)看，在一段時(shí)間后，潰決會(huì)發(fā)展到一定規(guī)模，此時(shí)，壩體則會(huì)在短時(shí)間潰決，通常都是一潰到底。潰壩洪水的破壞力巨大，其對(duì)環(huán)境造成的破壞要比暴雨洪水更大，潰壩洪水造成的危害也給人們留下了沉痛的教訓(xùn)。通過(guò)對(duì)大量的潰壩洪水現(xiàn)象進(jìn)行總結(jié)分析可以發(fā)現(xiàn)，潰壩洪水具有如下特點(diǎn)：

(1)潰壩洪水是一種非恒定流的不連續(xù)波運(yùn)動(dòng)。

(2)潰壩洪水具有較強(qiáng)的突發(fā)性，潰壩的出現(xiàn)，以及潰壩洪水的形成都是一項(xiàng)突發(fā)事件，因此，難以對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。從實(shí)際情況來(lái)看，大壩在具體應(yīng)用過(guò)程突然失去阻攔的水體常以立波的形式向下游急速推進(jìn)，潰壩的發(fā)生和潰壩洪水的形成通常只在幾分鐘至幾小時(shí)內(nèi)，水流洶涌湍急，因此，針對(duì)下游臨近區(qū)域，難以采取有效的措施完成相應(yīng)的保護(hù)[3]。

(3)潰壩洪水峰高量大，變化急劇。此類(lèi)洪水以壩址處潰壩初瞬或稍后時(shí)刻洪量最大，庫(kù)內(nèi)水體常常在幾小時(shí)內(nèi)泄空，其峰量常高出暴雨洪水的數(shù)倍，甚至數(shù)十倍。如：1967年四川雅礱江唐古棟鄉(xiāng)垮山滑坡堵江潰決洪水，潰壩最大流量達(dá)57 000 m3/s，約為實(shí)測(cè)最大雨洪流量的10倍，使下游水位陡漲40 m。

(4)潰壩洪水在初始階段常以立波形式向下游急速推進(jìn)，速度一般可達(dá)30～40 km/h，河槽內(nèi)的水位在短期內(nèi)會(huì)快速增多，同時(shí)，水流也將會(huì)變得更加湍急洶涌，具有較強(qiáng)的破壞力[4]。

4 潰壩洪水分析

沙灣電站在校核水位及校核來(lái)水條件下發(fā)生大壩漫頂1/2潰決，安谷電站工況為在建情況，壩址最大流量達(dá)到19 680 m3/s，大大超過(guò)校核洪水流量14 000 m3/s；洪峰約2 h演進(jìn)至沙灣區(qū)，流量達(dá)到11 050 m3/s左右；洪峰到達(dá)安谷電站壩址斷面約3.7 h，流量衰減到10 670 m3/s，達(dá)到設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)，約6 h后洪水演進(jìn)到樂(lè)山市，洪峰流量為10 100 m3/s，接近樂(lè)山市的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)，約11 h后到達(dá)珉江河段石溪鎮(zhèn)，洪峰流量衰減到6900 m3/s，小于珉江20 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)。按照安谷電站的運(yùn)行調(diào)度情況來(lái)看，對(duì)1/2潰壩洪水總體上影響不大，與天然情況下基本一致。在庫(kù)校核水位條件下，全潰的壩址洪峰對(duì)比數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 庫(kù)校核水位條件下全潰的壩址洪峰對(duì)比數(shù)據(jù)

另外，相關(guān)工作人員還要做好潰壩洪水校核工作，并運(yùn)用先進(jìn)的信息技術(shù)，構(gòu)建水庫(kù)全潰方案，通過(guò)數(shù)值模型，繪制沙灣潰壩—壩址洪水流量過(guò)程線圖，如圖1所示。

在對(duì)潰壩發(fā)生的概率進(jìn)行分析期間，采用事件樹(shù)方法，從閘門(mén)失效、壩頂高程不足、洪水漫頂、洪水不能安全下泄、大壩滑動(dòng)、人工干預(yù)搶險(xiǎn)、地震與戰(zhàn)爭(zhēng)等多方面對(duì)潰壩洪水發(fā)生概率進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，沙灣大壩發(fā)生漫頂聯(lián)合全潰、1/2潰決、1/3潰決、1/4潰決的可能性極小。盡管如此，相關(guān)責(zé)任單位切不可掉以輕心，應(yīng)隨時(shí)進(jìn)行雨水情和庫(kù)水位實(shí)時(shí)觀測(cè)，對(duì)大壩安全及隱患進(jìn)行定期檢查，并建立相應(yīng)的安全管理機(jī)制，最大程度的避免潰壩情況的發(fā)生。當(dāng)沙灣大壩出現(xiàn)潰壩前兆或存在可能性較大的潰壩隱患時(shí)，應(yīng)及時(shí)通知安谷電站做好防范，提前降低安谷庫(kù)水位，并通過(guò)各種媒體通知樂(lè)山市，做好人員撤離、物質(zhì)轉(zhuǎn)移等工作，嚴(yán)格按照應(yīng)急預(yù)案及時(shí)采用應(yīng)急措施，以最大程度降低潰壩洪水造成的損失。

圖1 沙灣潰壩—壩址洪水流量過(guò)程線

5 結(jié) 語(yǔ)

做好大渡河沙灣水電站樞紐工程潰壩洪水分析，全面了解水電站樞紐工程在具體應(yīng)用期間可能會(huì)出現(xiàn)潰壩洪水的幾率，做好相應(yīng)的應(yīng)急措施，在發(fā)生潰壩洪水時(shí)，可以將造成的破壞控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。