天角潭水庫應(yīng)對上游沙河水庫潰壩采取應(yīng)急措施

符秋菊

（海南省水利水電勘測設(shè)計研究院有限公司,海南 ?？?570203）

黨的十八大以來,以習(xí)近平同志為核心的黨中央對保障水安全作出一系列重大部署。水利部針對新老問題,堅持節(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)濟安全。海南省境內(nèi)水庫眾多,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。近些年來針對水庫安全鑒定和除險加固的工作頗多,經(jīng)常遇到中型水庫上游有防洪標(biāo)準(zhǔn)較其低的小型水庫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,梯級水庫聯(lián)合調(diào)度對于發(fā)揮防洪效益最大化是有利的；但同時也存在另一種工況,即當(dāng)上游水庫發(fā)生潰壩或超過現(xiàn)狀防御標(biāo)準(zhǔn)的洪水,仍能嚴(yán)重影響經(jīng)濟社會發(fā)展甚至社會穩(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)計階段如何考慮上游中型水庫潰壩工況應(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——中型[1-2],這兩座水庫聯(lián)合調(diào)運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,正常蓄水位對應(yīng)庫容1.54 億m3,總庫容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——沙河水庫,沙河水庫壩址以上集雨面積83.7 km2,多年平均徑流量0.66 億m3,距天角潭水庫壩址約24 km。正常蓄水位136.78 m,正常蓄水位對應(yīng)庫容0.36 億m3,總庫容0.59 億m3,壩頂高程140.38 m,溢洪道為無閘控制實用堰,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,主要建筑物等級為2 級,次要建筑物為3 級。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,1000 年一遇校核；3 座副壩,均為土石壩按100 年一遇設(shè)計,2000 年一遇校核；消能防沖設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇。

沙河水庫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,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。

3 工況分析

在天角潭水利樞紐工程初步設(shè)計審查階段,相關(guān)專家在水文章節(jié)中提出“上游的沙河水庫校核標(biāo)準(zhǔn)為1000 年一遇,遇2000 年一遇的設(shè)計洪水時該水庫存在潰壩可能,應(yīng)按同頻率地區(qū)組成法進一步分析估算考慮沙河水庫潰壩后的天角潭壩址設(shè)計洪水過程?！?/p>

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

4 應(yīng)對上游潰壩分析及采取措施

根據(jù)初步設(shè)計審查專家提出意見,本文重點難點是如何考慮潰壩或超標(biāo)洪水演進至壩址洪水過程,以及水庫大壩設(shè)計是否需要考慮該種工況作為特征水位確定的依據(jù)。經(jīng)過相關(guān)論證,為避免為應(yīng)對“黑天鵝”事件造成不必要浪費,同時又要確保下游經(jīng)濟社會發(fā)展及社會穩(wěn)定,洪水過程以沙河水庫潰壩洪水與區(qū)間遭遇情況為下游天角潭水庫入庫洪水進行調(diào)洪演算,并提出相應(yīng)的應(yīng)急措施。

（1）潰壩洪水計算。本文計算沙河水庫潰壩洪水時,考慮現(xiàn)水雨情預(yù)報預(yù)警較及時,潰壩洪峰演進到天角潭壩址時洪峰接近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)計洪水過程線,以總量不變對最大6 小時流量過程適當(dāng)放大修均,作為沙河水庫潰壩工況與區(qū)間遭遇至壩址的入庫洪水。

（2）調(diào)洪演算。采用水量平衡法[4-5]。

（3）計算結(jié)果。根據(jù)泄洪建筑物泄洪規(guī)模,對上游沙河水庫潰壩和不潰壩兩種情況進行調(diào)洪演算,天角潭水庫在上游沙河水庫潰壩和不潰壩調(diào)洪演算成果見表1,調(diào)洪過程見表2,天角潭水庫入庫和出庫過程線見圖1 和圖2。

圖1 上游水庫潰壩和不潰壩入庫流量對比圖

圖2 上游水庫潰壩和不潰壩出庫流量對比圖

表1 天角潭水庫調(diào)洪成果

表2 天角潭水庫入庫和出庫流量過程（僅列洪峰和高水位幾個時段） 單位：m3/s

（4）應(yīng)急措施

根據(jù)上述計算成果,在上游沙河水庫潰壩時下游天角潭水庫不采取其他應(yīng)對措施進行調(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)。

考慮上游沙河水庫一旦潰壩,下游天角潭水庫存在安全隱患,為保大壩自身安全,水庫閘門已全部打開,同時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天角潭壩址入庫洪水過程,泄流按天角潭水庫的溢洪道和巴黎副壩共同下泄能力進行調(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 方案進行試算,當(dāng)調(diào)洪演算水庫高水位加上安全超高不超過壩頂高程62.00 m 時,作為巴黎副壩爆破缺口控制尺寸,計算出爆破口為150 m。此時,天角潭水庫最高洪水位60.86 m,最大下泄流量為4270 m3/s。

5 結(jié)語

本文所用的案例具有其特殊性,上下游水庫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,下游水庫為大壩自身安全考慮,在計算上游潰壩或超標(biāo)洪水演進至壩址時,僅按照上游發(fā)生2000 年一遇設(shè)計洪水與區(qū)間5 年一遇洪水疊加作為天角潭壩址入庫洪水過程,沒有對其更多工況進行計算。因此,建議在設(shè)計工作中遇到類似情況時,應(yīng)采用多種方法計算及工況進行對比分析,且該過程中要多個專業(yè)進行溝通協(xié)調(diào),必要時需對下游水庫、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)。