唐世書

（利川市水利局,湖北 利川 445400）

0 引言

潰壩洪水分析是潰壩應(yīng)急管理中的一項(xiàng)重要工作,當(dāng)遇到水庫(kù)壩體發(fā)生潰決,根據(jù)產(chǎn)生的洪水情況進(jìn)行分析,當(dāng)水庫(kù)壩型不同,其潰決方式也不同,洪水產(chǎn)生的形式也不同。黃泥水庫(kù)壩體為漿砌石剛性斜墻堆石壩,當(dāng)發(fā)生潰壩時(shí),潰決方式可能是瞬間潰決,也有可能是局部潰決；如果瞬間潰決時(shí),壩體接受洪水沖蝕的抗沖擊能力無法承受,最終會(huì)導(dǎo)致壩體的局部潰決,也會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)增加潰決面積[1-2]。對(duì)此,要經(jīng)過對(duì)水庫(kù)潰壩洪水進(jìn)行科學(xué)論證和分析,同時(shí)做好洪水應(yīng)急調(diào)度管理。

1 黃泥坡水庫(kù)潰壩洪水特點(diǎn)

（1）壩體出現(xiàn)潰壩時(shí),洪水不是恒定流,所以產(chǎn)生的洪峰高,來水量也非常集中；

（2）潰壩產(chǎn)生時(shí),洪水突發(fā)性比較強(qiáng)烈,從預(yù)測(cè)預(yù)警方面很難判斷準(zhǔn)確,潰壩的發(fā)生及形成都會(huì)在幾分鐘到幾個(gè)小時(shí)之內(nèi),形成的最大流量會(huì)產(chǎn)生在壩址處,洪水沖擊過程的變化也很急驟；

（3）壩體出現(xiàn)潰壩,瞬時(shí)洪峰很高、洪水量大、洪水曲線變化急劇,最高洪水量可達(dá)暴雨洪水的幾倍乃至幾十倍；

（4）發(fā)生潰壩的壩體處產(chǎn)生的洪水,在開始的時(shí)候常常以立波形式向水庫(kù)下游以很快的速度推進(jìn),水流洶涌,水庫(kù)下游村莊受威脅程度高,防護(hù)難,破壞性強(qiáng)。

2 黃泥坡水庫(kù)潰壩洪水分析

2.1 水庫(kù)概況

黃泥坡水庫(kù)工程屬?。?）型水庫(kù),壩址以上主河道長(zhǎng)6.4 km,比降27.7‰,河槽坡度較陡,河床巖體堅(jiān)硬完整,壩址以上控制來水面積9.7 km2。大壩為漿砌石剛性斜墻堆石壩,最大壩高28.0 m,壩頂長(zhǎng)153.6 m,壩頂寬7.1 m~9.2 m,壩頂高程1062.81 m。大壩上游斜墻為漿砌塊石,坡比為1∶1.0,下設(shè)干砌石墊層,下游堆石體表面采用干砌塊石護(hù)坡,坡比自上而下分別為1∶1.24 和1∶1.63。馬道設(shè)在高程1049.40 m 處,寬1 m ,斜墻頂部高程1062.1 m,頂寬1.5 m。

2.2 突發(fā)性洪水潰壩分析

2.2.1 潰壩流量過程線計(jì)算

根據(jù)《潰壩間斷波特性及其計(jì)算》的里特（Rittter）經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行水庫(kù)潰壩洪水計(jì)算。

（1）壩址處的潰壩流量（計(jì)算結(jié)果見表1）：

表1 黃泥坡水庫(kù)潰壩流量表

式中：Qm為壩址處潰壩最大流量,m3/s；B為壩頂長(zhǎng)度,黃泥坡水庫(kù)壩頂長(zhǎng)度為158 m；b為局部潰壩缺口寬度,b=,V為水庫(kù)總庫(kù)容（514.056 萬m3）,k取1.12；經(jīng)計(jì)算b為59.85 m；H為壩高,黃泥坡水庫(kù)壩高29.7 m；H0為潰壩前上游水深（潰壩時(shí)上游平均水頭）,m；g為重力加速度,取9.8 m/s2。

（2）水庫(kù)泄空時(shí)間T 計(jì)算

根據(jù)水力計(jì)算手冊(cè)集散公式如下：

式中：K取5；W為水庫(kù)總庫(kù)容,m3；Qm為壩址處的潰壩流量, m3/s。

計(jì)算得到黃泥坡水庫(kù)泄空時(shí)間為1084 s。

（3）潰壩流量過程線計(jì)算

根據(jù)水力計(jì)算手冊(cè),流量過程線計(jì)算采用概化典型流量過程線法計(jì)算,選取四次拋物線表計(jì)算。

黃泥坡水庫(kù)的總庫(kù)容514.056 萬m3。在對(duì)該水庫(kù)的演進(jìn)流量計(jì)算斷面布置時(shí),考慮到周邊居民集中點(diǎn),通過計(jì)算,黃泥坡水庫(kù)潰壩壩體Qmax=23700 m3/s；影響下游五個(gè)村的斷面演進(jìn)流量和潰壩計(jì)算結(jié)果用表格反應(yīng)出來,其結(jié)果見表2。

表2 黃泥坡水庫(kù)潰壩泄流過程表

2.2.2 潰壩洪水演進(jìn)分析

（1）水流運(yùn)動(dòng)控制方程。

在黃泥坡水庫(kù)潰壩分析計(jì)算中,用水動(dòng)力學(xué)模型公式進(jìn)行計(jì)算,方程式如下：

式中：Z表示水位；n表示糙率系數(shù)；H表示水深；u、v~x、y表示方向的流速；, cf=0.003,vT=aou*H,ao=0.2表示水流綜合擴(kuò)散系數(shù)；u*為摩阻流速；g表示重力加速度。

（2）計(jì)算數(shù)值的方法介紹。當(dāng)水庫(kù)潰壩時(shí),計(jì)算公式在直角坐標(biāo)系中用水流運(yùn)動(dòng)控制方程形式表示出來：

式中：S表示源項(xiàng)；Γ表示廣義擴(kuò)散系數(shù)；φ表示通用變量。

計(jì)算過程用SIMPLE 算法進(jìn)行模型演算：

在水庫(kù)計(jì)算中,用離散方程組進(jìn)行演算,同時(shí)采用Gauss 迭代法求解線性方程組,求解黃泥坡水庫(kù)潰壩洪水線性方程組的迭代步驟由以下幾個(gè)步驟完成：①用死水位對(duì)潰壩洪水分析計(jì)算；②用求解公式,驗(yàn)算方程式；③修正方程的系數(shù)以及更新流速和水位；④按照流量判斷洪水推進(jìn)過程;⑤計(jì)算。潰壩結(jié)果見圖1、圖2。

圖1 潰壩形成結(jié)果圖

圖2 潰壩30分鐘洪水趨勢(shì)圖

2.2.3 水庫(kù)潰壩洪水的危害分析

黃泥坡水庫(kù)發(fā)生潰壩時(shí),由于流量極大,全部潰壩Q=23700 m3/s,將對(duì)洪水淹沒區(qū)內(nèi)的人和物造成重大破壞,淹沒下游村莊有黃泥坡村、朱砂屯村、野貓水村、大壩村、長(zhǎng)槽村。

結(jié)合以上分析結(jié)果,當(dāng)黃泥坡水庫(kù)遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí),應(yīng)加強(qiáng)水庫(kù)調(diào)度,加大巡查力度,提高巡查頻次,加強(qiáng)水雨情監(jiān)測(cè),必要時(shí)采取啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案。

3 黃泥坡水庫(kù)潰壩調(diào)度應(yīng)急管理工作探討

3.1 應(yīng)急組織體系框架（見圖3）

圖3 利川市應(yīng)急組織體系結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)黃泥坡水庫(kù)壩體發(fā)生潰壩洪水時(shí),應(yīng)急調(diào)度的組織和執(zhí)行部門由利川市人民政府、團(tuán)堡鎮(zhèn)人民政府、應(yīng)急管理部門和水利部門及其它相關(guān)部門組成[3]。當(dāng)發(fā)布Ⅰ級(jí)響應(yīng)時(shí),根據(jù)利川市防汛搶險(xiǎn)應(yīng)急預(yù)案中落實(shí)的指揮系統(tǒng),按照指揮權(quán)限由利川市人民政府分管應(yīng)急管理部門的領(lǐng)導(dǎo)擔(dān)任指揮長(zhǎng),防汛部門（應(yīng)急局、水利局）局長(zhǎng)任副指揮長(zhǎng),其他防汛成員單位擔(dān)任成員。當(dāng)發(fā)布Ⅱ級(jí)響應(yīng)時(shí),根據(jù)團(tuán)堡鎮(zhèn)防汛抗旱指揮部的應(yīng)急指揮系統(tǒng),由團(tuán)堡鎮(zhèn)人民政府主要領(lǐng)導(dǎo)擔(dān)任指揮長(zhǎng),鎮(zhèn)直相關(guān)單位為成員。

3.2 應(yīng)急搶險(xiǎn)調(diào)度工作

（1）當(dāng)黃泥坡水庫(kù)遭遇30 年一遇的洪水時(shí),通過山洪災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到降雨未停時(shí),水庫(kù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到庫(kù)水位有上漲趨勢(shì),視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)水庫(kù)上游來水流量增加時(shí),通過敲鑼、鳴號(hào)、喊喇叭等預(yù)警方式向水庫(kù)下游沿河兩岸受洪水影響的五個(gè)村發(fā)出洪水警報(bào),同時(shí)按照有關(guān)要求啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案。

（2）當(dāng)黃泥坡水庫(kù)遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水和出現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí),要立即根據(jù)黃泥坡水庫(kù)水位情況,按水庫(kù)管理規(guī)定開閘放水,控制庫(kù)水位在正常蓄水位1059.71 m以下,必要時(shí)降至死水位1055.00 m以下甚至放空,以減小大壩失事造成的潰壩洪水淹沒影響。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,黃泥坡水庫(kù)是團(tuán)堡鎮(zhèn)集鎮(zhèn)的飲用水和水庫(kù)下游五個(gè)村的灌溉用水,如果水庫(kù)大壩發(fā)生潰決,將形成極具破壞性的潰壩洪水,危及水庫(kù)下游的五個(gè)村的村民生命財(cái)產(chǎn)安全。為切實(shí)增強(qiáng)水庫(kù)突發(fā)事件的應(yīng)對(duì)能力和提高水庫(kù)安全管理水平,落實(shí)防洪調(diào)度、應(yīng)急管理工作,對(duì)該水庫(kù)的潰壩分析和應(yīng)急調(diào)度管理工作探討十分重要。