天然氣管道穿越工程對(duì)上游水庫(kù)的防洪影響評(píng)價(jià)重點(diǎn)與方法

□孫蓬勃 吳亞娜

為加強(qiáng)河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目管理，應(yīng)對(duì)涉河建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行防洪影響評(píng)價(jià)。本文以冀南新區(qū)天然氣高壓輸配系統(tǒng)工程穿越滏陽(yáng)河為例，提出了緊鄰水庫(kù)工程的管道穿河項(xiàng)目的評(píng)價(jià)重點(diǎn)和方法，對(duì)工程建設(shè)運(yùn)行和防洪安全都具有重要的參考價(jià)值。

1.項(xiàng)目概況

冀南新區(qū)天然氣高壓輸配系統(tǒng)工程，位于邯鄲市磁縣、臨漳境內(nèi)，管道總長(zhǎng)度共計(jì)45 km。設(shè)計(jì)壓力6.3 MPa，運(yùn)行壓力2.2 MPa～5.2 MPa，管材選用L360M 螺旋縫埋弧焊鋼管，壁厚9.5 mm，輸送規(guī)模37.3×104 Nm/h。管道工程標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇，以定向鉆方式穿越滏陽(yáng)河，同時(shí)穿越東武仕水庫(kù)非常溢洪道，穿越長(zhǎng)度926 m。穿越位置位于東武仕水庫(kù)大壩下游402 m 處，距離南水北調(diào)總干渠最近距離為250 m。

2.技術(shù)路線(xiàn)

對(duì)輸氣管道工程進(jìn)行防洪評(píng)價(jià)，首先應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)查勘和基礎(chǔ)資料收集；根據(jù)工程和河道、水庫(kù)的特點(diǎn)確定評(píng)價(jià)方法；通過(guò)設(shè)計(jì)洪水、水位、沖刷等成果，分析工程與水庫(kù)、河道之間的相互影響；對(duì)項(xiàng)目自身防洪安全進(jìn)行評(píng)價(jià)；最后提出此類(lèi)防洪評(píng)價(jià)的結(jié)論建議。

3.分析計(jì)算

3.1 洪水分析

管道穿越滏陽(yáng)河位于東武仕水庫(kù)大壩下游402 m 處。交叉斷面以上流域面積為342 km2，其中水庫(kù)以上流域面積340 km2。區(qū)間無(wú)大的支流匯入，可直接采用東武仕水庫(kù)下泄洪水。

東武仕水庫(kù)位于滏陽(yáng)河干流，1958年興建，1970 年擴(kuò)建，是一座以防洪和城市供水為主并兼顧灌溉、發(fā)電等綜合利用的大（Ⅱ）型水利樞紐工程。水庫(kù)樞紐主體工程有攔河壩、泄洪洞、溢洪道。水庫(kù)防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為100 年一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)為2000 年一遇，總庫(kù)容1.615億m3，水庫(kù)以上流域面積340 km2。

東武仕水庫(kù)經(jīng)過(guò)60 多年的運(yùn)行，在防洪、供水、灌溉、發(fā)電等方面均發(fā)揮了較大作用。先后攔蓄了1963 年、1978 年、1982 年大洪水，起到了消峰減災(zāi)的作用。據(jù)實(shí)測(cè)資料，1963 年?yáng)|武仕水庫(kù)入庫(kù)洪峰流量達(dá)1920 m3/s，下泄流量?jī)H152 m3/s，消減洪峰92%。當(dāng)時(shí)京廣鐵路已大面積斷交，唯有東武仕水庫(kù)下游的邯鄲至安陽(yáng)段能正常運(yùn)行，水庫(kù)下游的9 萬(wàn)畝耕地和36 個(gè)村莊幸而免受洪水災(zāi)害。灌溉面積由建庫(kù)前的40 萬(wàn)畝增加到64 萬(wàn)畝，多年平均發(fā)電量為1900 萬(wàn)kW·h。此外東武仕水庫(kù)還擔(dān)負(fù)著調(diào)節(jié)岳峰渠引漳河水、為邯鄲市部分城市提供生活和工業(yè)用水的任務(wù)。

東武仕水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行原則為：汛限水位104 m；水位104 m～105.9 m（相當(dāng)于20 年一遇），泄洪洞限泄50 m3/s；水位105.9 m～107.27 m（相當(dāng)于100 年一遇），泄洪洞限泄450 m3/s；水位超過(guò)107.27 m，不限泄。

3.2 設(shè)計(jì)洪水位分析

由水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行方式得出，工程標(biāo)準(zhǔn)50 年一遇時(shí)，入庫(kù)洪峰流量為2080 m3/s，泄量450 m3/s；河道標(biāo)準(zhǔn)20 年一遇時(shí)，入庫(kù)洪峰流量為1220 m3/s，泄量50 m3/s。

采用恒定非均勻流進(jìn)行水面線(xiàn)推算，交叉位置50 年一遇設(shè)計(jì)洪水位為80.92 m，流速2.37 m/s；20 年一遇設(shè)計(jì)洪水位為78.7 m，流速為1.26 m/s。

3.3 沖刷分析

輸氣管道穿越河段覆蓋層主要由第四系沖洪積粉質(zhì)黏土、卵石及黏土組成，層位較均勻。交叉斷面附近河床底部河床質(zhì)主要成分為卵石，平均粒徑為20.0 mm。由《鐵路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10017-2020）計(jì)算，工程標(biāo)準(zhǔn)50 年一遇最大沖刷深為1.81 m。

4.安全評(píng)價(jià)

4.1 輸氣管道對(duì)東武仕水庫(kù)大壩的安全評(píng)價(jià)

輸氣管道對(duì)東武仕水庫(kù)大壩的安全評(píng)價(jià)主要從天然氣管道發(fā)生爆炸的條件、燃爆的影響范圍和發(fā)生概率、地層液化分析以及水庫(kù)的管理范圍和保護(hù)范圍幾個(gè)方面進(jìn)行分析。

4.1.1 天然氣管道發(fā)生爆炸條件

天然氣泄漏后與空氣混合，需到達(dá)其爆炸極限（5%～15%）；天然氣與空氣混合后需要形成密閉空間；需要明火（如靜電火花等）。

天然氣管道是埋地鋪設(shè)，埋置深度較大，不存在形成密閉空間的條件；同時(shí)天然氣密度比空氣小，天然氣會(huì)快速上升，從而稀釋泄漏點(diǎn)處天然氣濃度。因此不符合地下爆炸的條件。

4.1.2 天然氣泄漏定量分析

2014 年，冀南新區(qū)安監(jiān)局對(duì)石家莊常豐環(huán)境工程有限公司編制的《冀南新區(qū)天然氣高壓輸配系統(tǒng)工程對(duì)東武仕水庫(kù)大壩影響的分析報(bào)告》通過(guò)了審查，報(bào)告中指出，如在空氣中形成天然氣—空氣混合云團(tuán)，并達(dá)到天然氣爆炸極限，將產(chǎn)生爆燃現(xiàn)象，爆燃因在空氣中發(fā)生，會(huì)快速卸載爆燃威力。通過(guò)天然氣經(jīng)小孔泄漏事故后果模擬計(jì)算分析，發(fā)生最不利條件下爆炸的影響范圍為264 m，爆炸威力為10 kPa～20 kPa，將造成建筑物局部破壞，汽車(chē)、土方機(jī)械玻璃破壞，車(chē)身、駕駛室輕度撞陷。超過(guò)264 m 范圍時(shí)，爆炸威力將急劇減小。假設(shè)天然氣管線(xiàn)發(fā)生嚴(yán)重的泄漏事故，天然氣管道60%管徑尺寸破裂，裂縫寬度2 mm，在年平均風(fēng)速2.7 m/s時(shí)，大氣穩(wěn)定度等級(jí)為E 的較危險(xiǎn)的條件下，發(fā)生爆轟的概率為8×10-9。

輸氣管道工程距離東武仕水庫(kù)大壩最近距離402 m，天然氣管線(xiàn)正常運(yùn)行時(shí)對(duì)東武仕水庫(kù)大壩無(wú)影響，發(fā)生天然氣管道泄漏事故導(dǎo)致天然氣—空氣爆炸的沖擊波超壓對(duì)東武仕水庫(kù)大壩不產(chǎn)生明顯影響。

4.1.3 地層液化分析

水庫(kù)壩基地層從上至下依次為壩體土、黃土狀壤土、砂卵石、黏土和砂土。壩基下的砂土層為第三系上新統(tǒng)N2，可判別為不液化?？辈旆秶鷥?nèi)無(wú)飽和粉土及砂土，不符合發(fā)生液化的條件。

4.1.4 水庫(kù)的管理范圍和保護(hù)范圍

東武仕水庫(kù)管理范圍為壩腳線(xiàn)以下100 m，保護(hù)范圍為管理范圍以外300 m。輸氣管道距離東武仕水庫(kù)大壩最近距離402 m，在水庫(kù)的管理范圍和保護(hù)范圍之外。

綜上，輸氣管道工程對(duì)東武仕水庫(kù)大壩影響不大。

4.2 輸氣管道的自身防洪安全評(píng)價(jià)

根據(jù)《河北省河道管理范圍內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目防洪評(píng)價(jià)技術(shù)審查規(guī)定》，“建設(shè)項(xiàng)目采用定向鉆方式穿越河道主槽管頂埋深應(yīng)在最低沖刷線(xiàn)6 米以下”。本次工程管頂最淺點(diǎn)埋深14.4 m，滿(mǎn)足工程安全要求。

東武仕水庫(kù)目前已完成了除險(xiǎn)加固，大壩滿(mǎn)足100 年一遇設(shè)計(jì)、2000 年一遇校核防洪要求，并于2015 年和2018 年分別完成了蓄水安全鑒定和技術(shù)驗(yàn)收鑒定，大壩安全滿(mǎn)足國(guó)家規(guī)范要求。此次輸氣管道位于大壩下游管理范圍和保護(hù)范圍之外，而且水庫(kù)的現(xiàn)狀防洪標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)高于管道工程防洪標(biāo)準(zhǔn)，因此，輸氣管道工程滿(mǎn)足自身防洪安全要求。

5.結(jié)論與建議

緊鄰水庫(kù)的天然氣管道穿河工程防洪評(píng)價(jià)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下幾個(gè)方面：一是管道埋深必須滿(mǎn)足審查規(guī)定要求；二是位于水庫(kù)下游的穿越工程，應(yīng)著重分析水庫(kù)泄洪沖刷造成的不利影響；三是通過(guò)分析天然氣管道爆炸的條件，定量計(jì)算發(fā)生燃爆的影響范圍和發(fā)生概率，確保水庫(kù)工程位于影響范圍之外；四是進(jìn)行地層液化分析；五是分析水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)是否滿(mǎn)足工程標(biāo)準(zhǔn)，若不滿(mǎn)足，應(yīng)進(jìn)行水庫(kù)潰壩影響分析。