符秋菊

（海南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,海南 海口 570203）

黨的十八大以來(lái),以習(xí)近平同志為核心的黨中央對(duì)保障水安全作出一系列重大部署。水利部針對(duì)新老問(wèn)題,堅(jiān)持節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力的治水水思路,著力保障防洪安全、供水安全、經(jīng)濟(jì)安全。海南省境內(nèi)水庫(kù)眾多,絕大部分修建于二十世紀(jì)五六十年代,能夠防御標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)的洪水。近些年來(lái)針對(duì)水庫(kù)安全鑒定和除險(xiǎn)加固的工作頗多,經(jīng)常遇到中型水庫(kù)上游有防洪標(biāo)準(zhǔn)較其低的小型水庫(kù)以及因壩型的不同防洪標(biāo)準(zhǔn)不一致工況。當(dāng)發(fā)生一般洪水時(shí),梯級(jí)水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度對(duì)于發(fā)揮防洪效益最大化是有利的；但同時(shí)也存在另一種工況,即當(dāng)上游水庫(kù)發(fā)生潰壩或超過(guò)現(xiàn)狀防御標(biāo)準(zhǔn)的洪水,仍能嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展甚至社會(huì)穩(wěn)定。本文以儋州市在建大（2）型天角潭水利樞紐工程,在初步設(shè)計(jì)階段如何考慮上游中型水庫(kù)潰壩工況應(yīng)急措施,作為警惕發(fā)生“黑天鵝”事件的可能性,以資為其他類似工程提供一定的參考。

1 工程概況

在建大（2）型天角潭水利樞紐工程壩址位于北門江流域干流中下游河段,北門江流域位于海南島西北部儋州市境內(nèi),全流域集雨面積621 km2,多年平均徑流量4.37 億m3,流域范圍內(nèi)大中型水庫(kù)僅有2 座,分別為在建大（2）型天角潭水利樞紐工程和已建沙河水庫(kù)——中型[1-2],這兩座水庫(kù)聯(lián)合調(diào)運(yùn)灌溉下游的天角潭灌區(qū),該灌區(qū)為海南省大型松濤灌區(qū)的22系統(tǒng)之一,設(shè)計(jì)灌溉面積7613.3 hm2。

天角潭水利樞紐工程壩址以上集雨面積400 km2,多年平均徑流量2.93 億m3,占全流域來(lái)水量的67%,距北門江流域匯入?？诩s28 km。正常蓄水位58.00 m,正常蓄水位對(duì)應(yīng)庫(kù)容1.54 億m3,總庫(kù)容1.94 億m3,壩頂高程62.00 m,溢洪道為有閘控制,堰頂高程50.00 m,是一宗以工業(yè)供水、農(nóng)業(yè)灌溉為主,兼顧發(fā)電等綜合利用樞紐工程。

北門江流域上游有東西兩源,西支沙河建有中型水庫(kù)——沙河水庫(kù),沙河水庫(kù)壩址以上集雨面積83.7 km2,多年平均徑流量0.66 億m3,距天角潭水庫(kù)壩址約24 km。正常蓄水位136.78 m,正常蓄水位對(duì)應(yīng)庫(kù)容0.36 億m3,總庫(kù)容0.59 億m3,壩頂高程140.38 m,溢洪道為無(wú)閘控制實(shí)用堰,堰頂高程136.78 m,是一宗以農(nóng)業(yè)灌溉為主,兼有發(fā)電、防洪等綜合效益工程[3]。

2 防洪標(biāo)準(zhǔn)

天角潭水庫(kù)屬于大（2）型水利樞紐工程,工程等別為Ⅱ等工程,主要建筑物等級(jí)為2 級(jí),次要建筑物為3 級(jí)。樞紐工程永久性擋水建筑物的洪水標(biāo)準(zhǔn)按主壩和副壩壩型不同分兩種情況,主壩為重力混凝土壩型,按100 年一遇設(shè)計(jì),1000 年一遇校核；3 座副壩,均為土石壩按100 年一遇設(shè)計(jì),2000 年一遇校核；消能防沖設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇。

沙河水庫(kù)屬于中型水利樞紐工程,樞紐工程為Ⅲ等工程,樞紐工程永久性擋水建筑物和泄水建筑物的洪水標(biāo)準(zhǔn)采用100 年一遇設(shè)計(jì),1000 年一遇校核；溢洪道消能防沖建筑物的洪水標(biāo)準(zhǔn)按30 年一遇設(shè)計(jì)。

3 工況分析

在天角潭水利樞紐工程初步設(shè)計(jì)審查階段,相關(guān)專家在水文章節(jié)中提出“上游的沙河水庫(kù)校核標(biāo)準(zhǔn)為1000 年一遇,遇2000 年一遇的設(shè)計(jì)洪水時(shí)該水庫(kù)存在潰壩可能,應(yīng)按同頻率地區(qū)組成法進(jìn)一步分析估算考慮沙河水庫(kù)潰壩后的天角潭壩址設(shè)計(jì)洪水過(guò)程?！?/p>

針對(duì)上述專家建議,初步設(shè)計(jì)階段提出兩種工況,第一種是下游天角潭水庫(kù)應(yīng)對(duì)上游沙河水庫(kù)潰壩工況采取炸巴黎副壩應(yīng)急措施；第二種是通過(guò)對(duì)沙河水庫(kù)溢洪道改造,使得在遭遇2000 年一遇洪水時(shí)不因超標(biāo)準(zhǔn)洪水導(dǎo)致潰壩工況,在永久性水工建筑物級(jí)別不變的情況下,將上游沙河水庫(kù)校核洪水提高至標(biāo)準(zhǔn)上限,即2000 年一遇校核。由于本文主要論述是應(yīng)對(duì)上游沙河水庫(kù)潰壩洪水對(duì)策,對(duì)第二種情況不進(jìn)行重點(diǎn)論述。

4 應(yīng)對(duì)上游潰壩分析及采取措施

根據(jù)初步設(shè)計(jì)審查專家提出意見(jiàn),本文重點(diǎn)難點(diǎn)是如何考慮潰壩或超標(biāo)洪水演進(jìn)至壩址洪水過(guò)程,以及水庫(kù)大壩設(shè)計(jì)是否需要考慮該種工況作為特征水位確定的依據(jù)。經(jīng)過(guò)相關(guān)論證,為避免為應(yīng)對(duì)“黑天鵝”事件造成不必要浪費(fèi),同時(shí)又要確保下游經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展及社會(huì)穩(wěn)定,洪水過(guò)程以沙河水庫(kù)潰壩洪水與區(qū)間遭遇情況為下游天角潭水庫(kù)入庫(kù)洪水進(jìn)行調(diào)洪演算,并提出相應(yīng)的應(yīng)急措施。

（1）潰壩洪水計(jì)算。本文計(jì)算沙河水庫(kù)潰壩洪水時(shí),考慮現(xiàn)水雨情預(yù)報(bào)預(yù)警較及時(shí),潰壩洪峰演進(jìn)到天角潭壩址時(shí)洪峰接近8000 m3/s,為壩址2000 年一遇洪水成果2 倍,故為突出潰壩洪水為主,采取沙河潰壩洪峰疊加天角潭壩址5 年一遇設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線,以總量不變對(duì)最大6 小時(shí)流量過(guò)程適當(dāng)放大修均,作為沙河水庫(kù)潰壩工況與區(qū)間遭遇至壩址的入庫(kù)洪水。

（2）調(diào)洪演算。采用水量平衡法[4-5]。

（3）計(jì)算結(jié)果。根據(jù)泄洪建筑物泄洪規(guī)模,對(duì)上游沙河水庫(kù)潰壩和不潰壩兩種情況進(jìn)行調(diào)洪演算,天角潭水庫(kù)在上游沙河水庫(kù)潰壩和不潰壩調(diào)洪演算成果見(jiàn)表1,調(diào)洪過(guò)程見(jiàn)表2,天角潭水庫(kù)入庫(kù)和出庫(kù)過(guò)程線見(jiàn)圖1 和圖2。

圖1 上游水庫(kù)潰壩和不潰壩入庫(kù)流量對(duì)比圖

圖2 上游水庫(kù)潰壩和不潰壩出庫(kù)流量對(duì)比圖

表1 天角潭水庫(kù)調(diào)洪成果

表2 天角潭水庫(kù)入庫(kù)和出庫(kù)流量過(guò)程（僅列洪峰和高水位幾個(gè)時(shí)段） 單位：m3/s

（4）應(yīng)急措施

根據(jù)上述計(jì)算成果,在上游沙河水庫(kù)潰壩時(shí)下游天角潭水庫(kù)不采取其他應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行調(diào)洪演算,調(diào)洪最高水位為63.39 m 高于本工程確定壩頂高程62.00 m。該種工況屬于超標(biāo)準(zhǔn)洪水,調(diào)洪成果不作為天角潭水利樞紐工程特征洪水位確定的依據(jù)。

考慮上游沙河水庫(kù)一旦潰壩,下游天角潭水庫(kù)存在安全隱患,為保大壩自身安全,水庫(kù)閘門已全部打開,同時(shí)采取炸巴黎副壩作為應(yīng)急措施。其中巴黎副壩爆破缺口確定,按照沙河水庫(kù)潰壩洪水即發(fā)生2000 年一遇洪水與區(qū)間5 年一遇洪水疊加作為演進(jìn)天角潭壩址入庫(kù)洪水過(guò)程,泄流按天角潭水庫(kù)的溢洪道和巴黎副壩共同下泄能力進(jìn)行調(diào)洪演算,起算水位為溢洪道堰頂高程50.00 m,巴黎副壩缺口底高程為58.00 m,爆破缺口按每增加10 m 方案進(jìn)行試算,當(dāng)調(diào)洪演算水庫(kù)高水位加上安全超高不超過(guò)壩頂高程62.00 m 時(shí),作為巴黎副壩爆破缺口控制尺寸,計(jì)算出爆破口為150 m。此時(shí),天角潭水庫(kù)最高洪水位60.86 m,最大下泄流量為4270 m3/s。

5 結(jié)語(yǔ)

本文所用的案例具有其特殊性,上下游水庫(kù)是由于壩型不同選取防洪標(biāo)準(zhǔn)不一致,即當(dāng)上游發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水或潰壩工況時(shí),下游水庫(kù)為大壩自身安全考慮,在計(jì)算上游潰壩或超標(biāo)洪水演進(jìn)至壩址時(shí),僅按照上游發(fā)生2000 年一遇設(shè)計(jì)洪水與區(qū)間5 年一遇洪水疊加作為天角潭壩址入庫(kù)洪水過(guò)程,沒(méi)有對(duì)其更多工況進(jìn)行計(jì)算。因此,建議在設(shè)計(jì)工作中遇到類似情況時(shí),應(yīng)采用多種方法計(jì)算及工況進(jìn)行對(duì)比分析,且該過(guò)程中要多個(gè)專業(yè)進(jìn)行溝通協(xié)調(diào),必要時(shí)需對(duì)下游水庫(kù)、村莊等影響具體分析后,決定是否作為工程特征洪水位確定的依據(jù)。