丰满重建对桦甸大堤防洪安全影响分析

刘玉青

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021）

1 丰满水电站概况

丰满水电站是我国第一座大型水电站，位于吉林省吉林市第二松花江干流上，距离吉林市16 km，上游距离白山水电站210 km，是以发电为主，兼有防洪、灌溉、航运、城市及工业用水，养殖和旅游等综合效益的电站。水库正常蓄水位263.50 m，总装机容量1002.5 MW，枢纽工程由挡水坝、泄水和引水发电等建筑物组成，最大坝高91.7 m。

电站建设于特殊历史时期，限于当时的历史条件，设计水平低，施工质量差，建设管理混乱，造成诸多先天性缺陷。比如，大坝整体性差；混凝土强度低，抗渗、抗冻等指标不满足规范要求；混凝土冻融冻胀和溶蚀破坏较严重，大坝整体安全裕度不足；个别坝段受断层带影响，抗滑稳定安全性不满足规范要求；大坝防洪能力不足，不能满足校核洪水标准要求；坝后电站厂房机电设备陈旧老化，厂房结构、引水钢管、金属结构等隐蔽工程材质低劣，存在安全隐患。自大坝建成以来，虽然持续的补强加固和精心维护维持着运行，但其固有缺陷无法彻底消除。目前大坝可靠性水平低，抵御风险能力差，与我国经济社会发展水平对工程安全的要求不相适应。

鉴于丰满水电站在流域和地区经济社会发展中的重要地位与巨大作用，为更好地保证公共安全，达到“彻底解决、不留后患”的全面治理目标，2010年2月，国家发展和改革委员会以发改办能源〔2010〕356号文复函，同意以重建方案作为丰满水电站全面治理工程方案并开展前期工作。重建方案按恢复电站原任务和功能，在原丰满大坝下游120 m处新建一座大坝。重建工程水库正常蓄水位263.50 m，总库容103.77亿m3，具有多年调节性能。电站总装机容量1480 MW，多年平均发电量约17.09亿kW·h。枢纽工程由碾压混凝土重力坝、坝身泄洪系统、坝后式厂房、左岸泄洪兼导流洞、过鱼设施及原有三期引水发电系统等建筑物组成，最大坝高94.5 m。

2 桦甸大堤概况

位于丰满水库回水末端的桦甸市主城区，是库区影响范围内最大的市区，也是桦甸市政府所在地，城区位于辉发河畔，距离辉发河河口约40 km，市区地势平坦，周围群山环绕，交通方便，是全市政治、经济、文化中心。

桦甸市辉发河古河道西侧城区高程在261.0～263.0 m之间，古河道东侧的城区为桦甸市的古城区，也是桦甸市的主城区，其高程在263.0～266.0 m之间。如果考虑一定的回水顶托，几乎整个桦甸市城区都在淹没线之下，因此，在丰满水库建设之初，为避免淹没桦甸市城区，在辉发河左侧沿河修建桦甸大堤，桦甸大堤属于丰满水库的副坝，是丰满水库的配套工程。

桦甸大堤始建于1943年日伪时期，1955年建成，桦甸大堤将原辉发河游荡河谷分成南北两部分：北侧开发扩建为桦甸市区，南侧河谷形成新的辉发河河道。大堤西起大头山，距离辉发河河口约44.8 km，东至北山屯，距离辉发河河口约32.1 km，全长12.7 km。大堤下游段约有6.4 km长的堤段迎水侧堤脚高程低于丰满水库正常蓄水位263.5 m，平时这部分堤段就成了水库的一部分。

1995年7月下旬，辉发河流域连降暴雨，致使辉发河发生历史上罕见的大洪水，洪水历时10 d，桦甸大堤从4+200～12+600段有近2/3的堤段漫堤，7月31日大堤决口两处，总长度达到358 m，形成的冲坑低点高程255.20 m，比原地面还低5～6 m。全市被淹，水深达1.2～9.0 m，洪水持续了2 d才开始回落，损失高达53亿元，死亡13人。

由此可见，桦甸大堤对桦甸市人民生命财产起着至关重要的防护作用。大堤作为丰满大坝的副坝工程，受到丰满水库水位的影响，回水顶托与洪水相互作用，一旦漫堤、决口，将造成较大的经济损失和人员伤亡。

3 工程建设对桦甸大堤防洪安全影响分析

3.1 原设计成果

桦甸大堤的设计和施工建设几经变动，设计标准和设计水面线也在变动。根据1996年吉林省水利水电勘测设计研究院编制的《吉林省桦甸市防护大堤工程除险加固初步设计报告》，防护大堤为三级建筑，考虑到桦甸大堤原本是丰满水库副坝，以及1995年发生的历史上有记载以来的最大洪水等情况，将设计标准确定为防御1995年洪水（设计当时相当于110年一遇），相应的设计流量9804 m3/s。

在《桦甸大堤除险加固初步设计报告》中，通过对丰满水库不同坝前水位（1995年实际水位260.4 m，1995年型洪水辉发河洪峰出现时坝前相应265.53 m，最高水位为267.02 m）方案的回水计算成果的比较，推荐了一条设计水位最低的水面线，作为桦甸大堤的设计水面线，即当辉发河发生洪峰流量9804 m3/s，丰满水库的坝前水位为260.4 m相应水面线成果。堤顶高程达到271.71～275.17 m，最大堤高12.61 m，堤顶宽8.0 m。由于桦甸大堤大部分堤段为均质土堤，加之建设初期施工质量较差，存在基础渗漏问题，2009年10—12月又对其进行了防渗处理。

1995年辉发河洪水洪峰值相当于超百年一遇，洪峰发生时丰满水库实际蓄水位为260.4 m，按照此边界条件计算的水面线时未考虑极端情况，即同时发生百年一遇洪水时，丰满水库出现最高库水位，辉发河出现洪峰情况。即桦甸大堤未达到百年一遇设计标准。1996年确定的桦甸大堤的设计水面线成果，见表1。

3.2 复核1995年洪水的回水

按典型年法，1995年型1%频率洪水的干流最大入库流量14576 m3/s，辉发河洪峰流量9804 m3/s（相当于超百年一遇洪水），相对应丰满水库坝前水位260.4 m，对1995年洪水的回水进行复核计算，复核的回水水位与桦甸大堤设计水位比较，见表2。

由表2可知，全堤段只有2.99 km大堤的复核回水水位低于大堤原设计水位。大堤尾端回水位高于大堤设计水位0.22 m，大堤首端回水位高于大堤设计水位0.30 m，整个堤段回水位最高超过设计水位0.92 m。分析原因：一是原大堤设计未充分考虑丰满水库回水影响，导致大堤设计水位偏低；二是原设计采用断面为1995年测量，此次复核采用2010年测量断面，15年的泥沙淤积也会造成一定程度的水面壅高。而大堤作为丰满水库的副坝工程，必然要将丰满水库回水顶托作用考虑在内。

3.3 丰满水电站大坝全面治理工程水库回水

由于洪水地区组成及放大方法不同，该工程考虑了 4 个年型：1953，1960，1991，1995 年型；2 种洪水放大方法：同频率法和典型年法。由此组合成8条洪水过程线。考虑到桦甸大堤回水主要受典型年法1995年型1%频率洪水回水控制，仅对该洪水进行回水计算分析。计算方案采用坝前最高洪水位与相应入库流量、最大入库流量与相应坝前水位两种组合推算回水水面线，取其外包线作为回水成果。辉发河洪水设计值采用9630 m3/s。

表2 1995年洪水复核回水位与桦甸大堤设计水位比较表

表3 计算回水成果与大堤原设计水面线成果对比表

此次回水成果与设计水面线成果对比见表3。分析表明，该工程回水水位基本全堤段均超过大堤原设计水位。其中，大堤尾端回水水位超过0.50 m，大堤首端回水水位超过0.31 m，最高超过0.98 m。

4 结论与建议

1）桦甸大堤1996年除险加固设计按照防御1995年洪水标准设计。作为丰满水库的副坝工程，由于未充分考虑丰满水库回水影响，认为大堤的设计不满足原设计标准。

2）此工程百年一遇洪水回水水位超过大堤设计水位。原因在于大堤未达到百年一遇设计标准所致，不是由丰满水电站大坝重建造成。

3）作为丰满水库的配套工程，建议尽早对桦甸大堤实施加高、加固等工程措施，使其达到防洪标准，以充分发挥其防洪作用，保障桦甸市经济及人民生命财产安全。

[1]吉林丰满水电站大坝全面治理（重建）工程可行性研究报告[R].2011，12.

[2]张铭，范子武.水利不确定性因素对堤防防洪风险效益的影响[J].水利水运工程学报，2011（1）：71-75.

[3]胡朝阳，刘建卫，朱林.糙率改变对城市河道水位及堤防防洪能力的影响[J].水电能源科学，2012，30（10）：47-50.