某水庫(kù)洪水潰壩分析

寧國(guó)鋒

（晉中市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院 山西晉中030600）

大壩潰決是一種低概率、危害高的社會(huì)災(zāi)害。潰壩后，將對(duì)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)造成不可估量的損失。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展。潰壩洪水越來越得到人們高度重視。本文對(duì)山西中部盆地地區(qū)某中型水庫(kù)如果發(fā)生潰壩時(shí)的潰壩洪水進(jìn)行計(jì)算。通過分析知，水庫(kù)潰壩后將造成6 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，106 個(gè)村莊受災(zāi)，淹沒面積186 km2，涉及人口達(dá)19.4 萬人，耕地1.87 萬hm2。因此，當(dāng)?shù)夭块T應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，提前采取相關(guān)措施，避免災(zāi)害發(fā)生。

1 水庫(kù)概況

1.1 水文概況

水庫(kù)距某縣城25 km，屬于黃河流域汾河水系，水庫(kù)控制流域面積576 km2。干流長(zhǎng)56 km，縱坡13.7‰。其中：土石山區(qū)472 km2，占流域面積的82%。森林區(qū)104 km2，占流域面積的18%，平均寬10.3 km。水庫(kù)總庫(kù)容2 449.5 萬m3。防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇洪水設(shè)計(jì)，1 000年一遇洪水校核。

1.2 工程概況

該水庫(kù)是一座以防洪、灌溉、城市供水、農(nóng)村人畜吃水、下游開發(fā)區(qū)供水及下游濕地注水為一體的中型水庫(kù)。水庫(kù)樞紐由大壩、輸水洞、泄洪洞三部分組成。大壩為碾壓均質(zhì)土壩，壩高44 m，壩頂長(zhǎng)502 m，頂寬6 m。

水庫(kù)建成以來灌溉效益逐年增加，水庫(kù)為下游灌溉、城市供水、農(nóng)村人畜吃水、下游開發(fā)區(qū)供水總量58 222 萬m3，累計(jì)水費(fèi)1 437.03 萬元。攔蓄大小洪水共21 次，1977年7月經(jīng)受了歷史上罕見的特大洪水襲擊，入庫(kù)洪峰達(dá)1 832 m3/s，而出庫(kù)最大泄量?jī)H為407 m3/s，消減洪峰78%，為下游人民避免了一場(chǎng)災(zāi)難性的損失，經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)防洪總效益為71 176 萬元。

2 大壩潰決分析

2.1 潰壩可能發(fā)生的原因

導(dǎo)致大壩發(fā)生潰決的主要因素是超標(biāo)準(zhǔn)地震及戰(zhàn)爭(zhēng)或恐怖活動(dòng)，超標(biāo)準(zhǔn)洪水也是導(dǎo)致大壩潰決的主要因素。

2.2 假定潰壩的形式

水庫(kù)的潰決形式一般從規(guī)模上分為全潰和局部潰決；從時(shí)間上分為瞬時(shí)潰和逐漸潰。大壩的潰決形式主要取決于壩的類型、壩的基礎(chǔ)和潰壩的原因。

2.3 潰壩過程

瞬時(shí)潰壩最大流量出現(xiàn)在潰壩初瞬，其流量過程線呈下凹形退水曲線，潰壩洪水波向下游傳播的總趨勢(shì)是不斷坦化。逐漸潰壩最大流量一般出現(xiàn)在最終潰口形成的瞬時(shí)。當(dāng)潰口尺寸相等時(shí)，漸潰最大流量要小于瞬潰的數(shù)值，且洪水過程線較瞬潰的平緩。

3 潰壩洪水計(jì)算

該水庫(kù)大壩為碾壓均質(zhì)土壩，潰決形式一般為逐漸局部潰決。潰壩洪水采用水力計(jì)算手冊(cè)第二版（武漢大學(xué)水利水電學(xué)院水力學(xué)流體力學(xué)教研室主編）中公式進(jìn)行計(jì)算。

1）土壩潰決口門平均寬度值采用下列公式[1]：

式中：b——土壩潰決口門平均寬度，m；

W——潰壩時(shí)庫(kù)蓄水量，為2 115.5 萬m3；

B0——潰壩時(shí)壩前水面寬度，為495 m；

H0——潰壩時(shí)壩前水深，為32.53 m；

k——與壩體土質(zhì)有關(guān)的系數(shù)，壤土取1.3。

將參數(shù)代入式中，計(jì)算得潰決口門平均寬度為237.2 m。

2）水庫(kù)潰壩壩址處最大流量值采用下列公式[1]：

式中：Qmax——潰壩時(shí)壩址處最大流量；

B——大壩斷面平均寬度，為300 m；

H0——潰壩前壩前水深，為32.53 m；

g——重力加速度。

將參數(shù)代入式中，求得Qmax為43 311.49 m3/s。

水庫(kù)遭遇特大洪水時(shí)輸水洞、泄洪洞雙洞最大下泄流量為550.6 m3/s，在壩址下游不遠(yuǎn)處注入河道，因此潰壩流量計(jì)算時(shí)應(yīng)計(jì)入雙洞最大下泄流量，即：水庫(kù)潰壩壩址處最大流量QM＝Qmax+Q雙洞＝43 311.49+550.6＝43 862.09 m3/s。

4 潰壩洪水演進(jìn)

1）沿程洪峰流量計(jì)算。

潰壩洪水演進(jìn)至下游斷面時(shí)洪峰流量按下列公式[1]計(jì)算：

式中：L——距壩址距離，m；

W——水庫(kù)潰壩時(shí)的庫(kù)容，m3；

QM——壩址處的潰壩最大流量，m3/s；

K——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，半山區(qū)河道取1.0；

v——河道洪水期斷面最大平均流速，半山區(qū)采用2.0~3.0 m/s，本文根據(jù)實(shí)際情況取值；

QL——計(jì)算斷面最大流量，m3/s。

計(jì)算求得水庫(kù)潰壩洪水自壩址向下游共14 個(gè)斷面處的最大流量，見表1。

2）水庫(kù)泄空時(shí)間計(jì)算

庫(kù)水泄完時(shí)間T 按下式[1]計(jì)算：

式中：K——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取4.5；

QM——壩址處的潰壩最大流量，m3/s；

W——水庫(kù)潰壩時(shí)的庫(kù)容，m3。

經(jīng)試算，T=0.625 h，即37.5 min 庫(kù)水泄完。

3）確定潰壩時(shí)泄流歷時(shí)值計(jì)算公式[1]如下：

式中：L——距壩址距離，m；

W——可泄庫(kù)容，m3；

t2——洪峰到達(dá)時(shí)間，s；

H0——壩上游水深，m；

hM——潰壩最大流量時(shí)平均水深；

K2——系數(shù)取值為0.8～1.2，本文根據(jù)實(shí)際情況取1.0。

水庫(kù)潰壩洪水計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 水庫(kù)潰壩洪水計(jì)算成果表

5 影響范圍內(nèi)有關(guān)情況

水庫(kù)潰壩后將造成6 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)及一個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的106個(gè)村莊受災(zāi)，淹沒面積186 km2，涉及人口達(dá)19.4 萬人，耕地1.87 萬hm2。

6 結(jié)語(yǔ)

由于水庫(kù)潰壩機(jī)理及情況復(fù)雜，資料又不完善，各種計(jì)算方法結(jié)果可能相差較大。此次水庫(kù)潰壩洪水分析只是粗略估算，可為今后該水庫(kù)潰壩洪水精確分析提供參考依據(jù)。