某水庫(kù)超標(biāo)準(zhǔn)洪水應(yīng)急防御預(yù)案研究

金 超,溫宗然

(河南靈捷水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司,河南 南陽(yáng) 473000)

0 引言

河南省處于南北氣候和山區(qū)向平原的兩個(gè)過(guò)渡帶,水旱災(zāi)害頻繁,水庫(kù)眾多,中小型水庫(kù)普遍老化,防洪安全問(wèn)題已成為防洪體系中的薄弱環(huán)節(jié)及重要隱患。需以大概率思維應(yīng)對(duì)小概率事件,遵循自然、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)規(guī)律,切實(shí)加強(qiáng)水利防洪工程建設(shè)管理,分類推進(jìn)除險(xiǎn)加固,提高防汛減災(zāi)能力?；谡邔?dǎo)向,在水庫(kù)防汛工作中制定一份科學(xué)、完善、實(shí)用的超標(biāo)準(zhǔn)洪水應(yīng)急防御預(yù)案。

某水庫(kù)位于河南省境內(nèi),是長(zhǎng)江流域唐白河水系一座中型水庫(kù),壩址以上干流長(zhǎng)度7.5 km,河道比降0.0041。該水庫(kù)于1979年8月投入使用,水庫(kù)等級(jí)為Ⅲ等,主要建筑物級(jí)別為3級(jí)。工程設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇設(shè)計(jì),1000年一遇校核。根據(jù)《2020年度超標(biāo)準(zhǔn)洪水防御工作方案》要求,結(jié)合水庫(kù)多年來(lái)運(yùn)行實(shí)踐,對(duì)水庫(kù)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題進(jìn)行分析,初步認(rèn)定大壩安全綜合評(píng)價(jià)工程質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)為基本合格,大壩運(yùn)行管理綜合評(píng)價(jià)為較規(guī)范,防洪安全綜合評(píng)價(jià)為A級(jí),滲流安全評(píng)價(jià)為B級(jí),結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)為A級(jí),抗震安全評(píng)價(jià)為A級(jí),金屬結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)為B級(jí),大壩安全綜合評(píng)價(jià)類別為二類壩。

該水庫(kù)作為河南省境內(nèi)的一座中型水庫(kù),位于低山丘陵區(qū),河流兩側(cè)無(wú)階地發(fā)育,兩岸均為沖刷岸。根據(jù)工程實(shí)際情況分析,可能導(dǎo)致水庫(kù)出現(xiàn)重大險(xiǎn)情的主要因素包括超標(biāo)準(zhǔn)洪水、潰壩等。

1 超標(biāo)準(zhǔn)洪水與潰壩分析

1.1 防洪標(biāo)準(zhǔn)

水庫(kù)監(jiān)測(cè)報(bào)告顯示,該水庫(kù)水位-面積-庫(kù)容曲線與水位-泄流量關(guān)系曲線如圖1、圖2所示,調(diào)洪演算成果見(jiàn)表1。

表1 調(diào)洪演算成果

圖1 水位-面積-庫(kù)容曲線Fig.1 Water level-area-capacity curve

圖2 水位-泄流量關(guān)系曲線Fig.2 Water level-discharge relationship curve of a reservoir

1.2 超標(biāo)準(zhǔn)洪水分析

超標(biāo)準(zhǔn)洪水計(jì)算采用《水力計(jì)算手冊(cè)》中推薦的圣維南經(jīng)驗(yàn)公式法進(jìn)行潰壩洪水計(jì)算[1],潰壩洪水演算成果見(jiàn)表2。

分析水庫(kù)現(xiàn)狀,結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)因素及潰壩洪水演算,設(shè)置了3類超標(biāo)準(zhǔn)洪水分析方案[2]。

超1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)洪水。當(dāng)水庫(kù)發(fā)生超1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí),洪水超過(guò)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn),庫(kù)水位加波浪高程超設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),未到達(dá)校核水位,水庫(kù)能正常泄洪。即水位超過(guò)50年一遇設(shè)計(jì)洪水位168.69 m,但低于校核水位169.53 m。

超2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)洪水。當(dāng)水庫(kù)發(fā)生超2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí),洪水超過(guò)校核標(biāo)準(zhǔn),未超過(guò)大壩防滲體頂高程,庫(kù)水位加波浪高程超校核標(biāo)準(zhǔn),波浪未漫壩頂或防浪墻,有可能出現(xiàn)管涌或滲漏造成潰壩。即水位超1000年一遇設(shè)計(jì)洪水位169.53 m,但低于壩頂高程170.90 m。

超3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)洪水。當(dāng)水庫(kù)發(fā)生超3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí),洪水超過(guò)校核標(biāo)準(zhǔn),庫(kù)水位超過(guò)大壩防滲體頂高程,庫(kù)水位加波浪超過(guò)壩頂或防浪墻頂高程,極有可能造成漫頂潰壩失事,即庫(kù)水位超過(guò)170.90 m。

1.3 潰壩淹沒(méi)分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)查勘,該水庫(kù)上游影響范圍內(nèi)主要為低山丘陵區(qū),庫(kù)區(qū)出露地層主要為寒武系白云質(zhì)灰?guī)r及元古界的角閃片巖等。水庫(kù)發(fā)生潰壩時(shí),大壩上下游水位有一定的落差,上游水位會(huì)瞬時(shí)出現(xiàn)一定幅度的下降,可能引起上游庫(kù)區(qū)局部岸坡出現(xiàn)滑坡,夾帶泥石隨洪水沖刷下游,造成下游良田房屋沖毀及河床淤積。

水庫(kù)潰壩下游影響范圍:多個(gè)村組,2000余名群眾需緊急轉(zhuǎn)移。根據(jù)潰壩洪水演算成果,當(dāng)發(fā)生超3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)洪水,壩前水位將達(dá)16.5 m深,潰壩時(shí)壩址的最大流量為6435 m3/s,洪水向下游擴(kuò)散,將造成大量農(nóng)田沖毀,部分道路交通中斷,眾多地勢(shì)較低的房屋被淹,造成嚴(yán)重的生命財(cái)產(chǎn)損失。

2 應(yīng)急防御預(yù)案

2.1 正常情況調(diào)度

水庫(kù)泄洪采用溢洪道及泄洪洞泄洪。當(dāng)一場(chǎng)洪水來(lái)臨時(shí),水庫(kù)壩前水位逐漸升高,超過(guò)汛限水位167.56 m時(shí),泄洪洞閘門全開(kāi)泄洪,溢洪道自由出流。

當(dāng)水庫(kù)發(fā)生超1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)洪水,壩前水位超過(guò)設(shè)計(jì)洪水位168.69 m,并有持續(xù)上升趨勢(shì)時(shí),水庫(kù)應(yīng)停止一切興利調(diào)度,泄洪洞及溢洪道泄洪,將水、雨情信息及時(shí)向市級(jí)防汛抗旱指揮部匯報(bào),指揮部領(lǐng)導(dǎo)、成員及各搶險(xiǎn)隊(duì)負(fù)責(zé)人食宿水庫(kù),通知下游校核水位淹沒(méi)區(qū)的群眾搬遷撤離。

2.2 非常情況調(diào)度

當(dāng)水庫(kù)發(fā)生超2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)洪水,壩前水位超過(guò)校核水位169.53 m 時(shí),水庫(kù)應(yīng)停止一切興利調(diào)度,溢洪道泄洪,最大泄流能力為137 m3/s。若壩前水位仍然上升,有超過(guò)壩頂?shù)内厔?shì)時(shí),應(yīng)臨時(shí)用土袋、沙袋堆筑升高壩頂,搶修防浪墻,增大水庫(kù)滯洪能力,防止洪水翻壩。及時(shí)將水、雨情信息及時(shí)向市級(jí)防汛抗旱指揮部匯報(bào),請(qǐng)求防洪力量的增援,做好人員及重要財(cái)產(chǎn)設(shè)備的疏散、轉(zhuǎn)移及保護(hù)工作。

2.3 極端情況調(diào)度

當(dāng)發(fā)生超3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)洪水,庫(kù)水位+波浪超過(guò)壩頂(170.80 m)高程,極大可能造成漫頂潰壩失事,應(yīng)提前通知淹沒(méi)區(qū)的人員撤離,對(duì)壩頂及背水坡加固,在征得上級(jí)部門防汛抗旱指揮部的同意后臨時(shí)炸開(kāi)副壩,拓寬溢洪道,加大水庫(kù)下泄流量。

該水庫(kù)上游淹沒(méi)范圍內(nèi)無(wú)居民無(wú)需撤離,下游居民由水庫(kù)管理所防汛辦公室安排,本著就近、迅速、安全、有序的原則進(jìn)行安全撤離。水庫(kù)下游安置區(qū)、轉(zhuǎn)移安置路線、防御物資儲(chǔ)備及調(diào)運(yùn)路線具體見(jiàn)圖3。

一旦大壩潰決,洪水將以較高水頭和洶涌水勢(shì)沖擊淹沒(méi)下游區(qū)域,對(duì)來(lái)不及撤離的群眾應(yīng)采取緊急救援措施:迅速切斷供電電源,避免人員觸電身亡。若在夜間,需向受災(zāi)區(qū)發(fā)射照明彈或用探照燈照明。調(diào)集部隊(duì)進(jìn)行救護(hù),配小型沖鋒艇、小型機(jī)動(dòng)船、皮劃船、救生圈等。

3 結(jié)束語(yǔ)

預(yù)案研究的實(shí)施可有效協(xié)調(diào)各項(xiàng)資源,統(tǒng)籌安排,合理調(diào)度搶險(xiǎn)物資,提高防汛抗災(zāi)工作效率,預(yù)案研究成果對(duì)我國(guó)防汛減災(zāi),開(kāi)展中小型水庫(kù)超標(biāo)準(zhǔn)洪水應(yīng)急防御具有借鑒意義。