豐滿重建對樺甸大堤防洪安全影響分析

劉玉青

（中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春 130021）

1 豐滿水電站概況

豐滿水電站是我國第一座大型水電站，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、城市及工業(yè)用水，養(yǎng)殖和旅游等綜合效益的電站。水庫正常蓄水位263.50 m，總裝機容量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。

電站建設于特殊歷史時期，限于當時的歷史條件，設計水平低，施工質量差，建設管理混亂，造成諸多先天性缺陷。比如，大壩整體性差；混凝土強度低，抗?jié)B、抗凍等指標不滿足規(guī)范要求；混凝土凍融凍脹和溶蝕破壞較嚴重，大壩整體安全裕度不足；個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準要求；壩后電站廠房機電設備陳舊老化，廠房結構、引水鋼管、金屬結構等隱蔽工程材質低劣，存在安全隱患。自大壩建成以來，雖然持續(xù)的補強加固和精心維護維持著運行，但其固有缺陷無法徹底消除。目前大壩可靠性水平低，抵御風險能力差，與我國經(jīng)濟社會發(fā)展水平對工程安全的要求不相適應。

鑒于豐滿水電站在流域和地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展中的重要地位與巨大作用，為更好地保證公共安全，達到“徹底解決、不留后患”的全面治理目標，2010年2月，國家發(fā)展和改革委員會以發(fā)改辦能源〔2010〕356號文復函，同意以重建方案作為豐滿水電站全面治理工程方案并開展前期工作。重建方案按恢復電站原任務和功能，在原豐滿大壩下游120 m處新建一座大壩。重建工程水庫正常蓄水位263.50 m，總庫容103.77億m3，具有多年調節(jié)性能。電站總裝機容量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、左岸泄洪兼導流洞、過魚設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

位于豐滿水庫回水末端的樺甸市主城區(qū)，是庫區(qū)影響范圍內最大的市區(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)地勢平坦，周圍群山環(huán)繞，交通方便，是全市政治、經(jīng)濟、文化中心。

樺甸市輝發(fā)河古河道西側城區(qū)高程在261.0～263.0 m之間，古河道東側的城區(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，幾乎整個樺甸市城區(qū)都在淹沒線之下，因此，在豐滿水庫建設之初，為避免淹沒樺甸市城區(qū)，在輝發(fā)河左側沿河修建樺甸大堤，樺甸大堤屬于豐滿水庫的副壩，是豐滿水庫的配套工程。

樺甸大堤始建于1943年日偽時期，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：北側開發(fā)擴建為樺甸市區(qū)，南側河谷形成新的輝發(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12.7 km。大堤下游段約有6.4 km長的堤段迎水側堤腳高程低于豐滿水庫正常蓄水位263.5 m，平時這部分堤段就成了水庫的一部分。

1995年7月下旬，輝發(fā)河流域連降暴雨，致使輝發(fā)河發(fā)生歷史上罕見的大洪水，洪水歷時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，總長度達到358 m，形成的沖坑低點高程255.20 m，比原地面還低5～6 m。全市被淹，水深達1.2～9.0 m，洪水持續(xù)了2 d才開始回落，損失高達53億元，死亡13人。

由此可見，樺甸大堤對樺甸市人民生命財產起著至關重要的防護作用。大堤作為豐滿大壩的副壩工程，受到豐滿水庫水位的影響，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)濟損失和人員傷亡。

3 工程建設對樺甸大堤防洪安全影響分析

3.1 原設計成果

樺甸大堤的設計和施工建設幾經(jīng)變動，設計標準和設計水面線也在變動。根據(jù)1996年吉林省水利水電勘測設計研究院編制的《吉林省樺甸市防護大堤工程除險加固初步設計報告》，防護大堤為三級建筑，考慮到樺甸大堤原本是豐滿水庫副壩，以及1995年發(fā)生的歷史上有記載以來的最大洪水等情況，將設計標準確定為防御1995年洪水（設計當時相當于110年一遇），相應的設計流量9804 m3/s。

在《樺甸大堤除險加固初步設計報告》中，通過對豐滿水庫不同壩前水位（1995年實際水位260.4 m，1995年型洪水輝發(fā)河洪峰出現(xiàn)時壩前相應265.53 m，最高水位為267.02 m）方案的回水計算成果的比較，推薦了一條設計水位最低的水面線，作為樺甸大堤的設計水面線，即當輝發(fā)河發(fā)生洪峰流量9804 m3/s，豐滿水庫的壩前水位為260.4 m相應水面線成果。堤頂高程達到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土堤，加之建設初期施工質量較差，存在基礎滲漏問題，2009年10—12月又對其進行了防滲處理。

1995年輝發(fā)河洪水洪峰值相當于超百年一遇，洪峰發(fā)生時豐滿水庫實際蓄水位為260.4 m，按照此邊界條件計算的水面線時未考慮極端情況，即同時發(fā)生百年一遇洪水時，豐滿水庫出現(xiàn)最高庫水位，輝發(fā)河出現(xiàn)洪峰情況。即樺甸大堤未達到百年一遇設計標準。1996年確定的樺甸大堤的設計水面線成果，見表1。

3.2 復核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流量14576 m3/s，輝發(fā)河洪峰流量9804 m3/s（相當于超百年一遇洪水），相對應豐滿水庫壩前水位260.4 m，對1995年洪水的回水進行復核計算，復核的回水水位與樺甸大堤設計水位比較，見表2。

由表2可知，全堤段只有2.99 km大堤的復核回水水位低于大堤原設計水位。大堤尾端回水位高于大堤設計水位0.22 m，大堤首端回水位高于大堤設計水位0.30 m，整個堤段回水位最高超過設計水位0.92 m。分析原因：一是原大堤設計未充分考慮豐滿水庫回水影響，導致大堤設計水位偏低；二是原設計采用斷面為1995年測量，此次復核采用2010年測量斷面，15年的泥沙淤積也會造成一定程度的水面壅高。而大堤作為豐滿水庫的副壩工程，必然要將豐滿水庫回水頂托作用考慮在內。

3.3 豐滿水電站大壩全面治理工程水庫回水

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，僅對該洪水進行回水計算分析。計算方案采用壩前最高洪水位與相應入庫流量、最大入庫流量與相應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)河洪水設計值采用9630 m3/s。

表2 1995年洪水復核回水位與樺甸大堤設計水位比較表

表3 計算回水成果與大堤原設計水面線成果對比表

此次回水成果與設計水面線成果對比見表3。分析表明，該工程回水水位基本全堤段均超過大堤原設計水位。其中，大堤尾端回水水位超過0.50 m，大堤首端回水水位超過0.31 m，最高超過0.98 m。

4 結論與建議

1）樺甸大堤1996年除險加固設計按照防御1995年洪水標準設計。作為豐滿水庫的副壩工程，由于未充分考慮豐滿水庫回水影響，認為大堤的設計不滿足原設計標準。

2）此工程百年一遇洪水回水水位超過大堤設計水位。原因在于大堤未達到百年一遇設計標準所致，不是由豐滿水電站大壩重建造成。

3）作為豐滿水庫的配套工程，建議盡早對樺甸大堤實施加高、加固等工程措施，使其達到防洪標準，以充分發(fā)揮其防洪作用，保障樺甸市經(jīng)濟及人民生命財產安全。

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

[2]張銘，范子武.水利不確定性因素對堤防防洪風險效益的影響[J].水利水運工程學報，2011（1）：71-75.

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