邻水县关门石水库溃坝洪水分析

吴丛剑

【摘要】根据《水利水电工程设计洪水规范（SL44-93）》规定，超过1000年一遇的洪水为超标准洪水。在超标准洪水情况下，水库主坝在高水位作用下，有可能发生溃决失事。通过溃决分析计算，探讨溃决洪水流量变化及其到达下游邻水县城的时间、淹没深度和宽度范围，为下游防洪减灾决策提供技术支撑。

【关键词】关门石水库；溃坝；洪水分析

1、前言

随着经济社会的发展，关门石水库下游邻水县城规模不断扩张，县城人口急剧增加，沿河两岸房屋密集，水库大坝安全越来越重要。基于现在的管理技术水平，水库溃坝失事的机率极小。但根据国家有关法律、法规等有关规定，为了加强洪水风险管理，最大限度地防御、减轻洪涝灾害，最大限度地保障下游人民群众生命安全，做到有备无患，加强水库大坝极端情况的洪水分析，指导防汛抢险工作有着重要指导作用。

2、工程概况

2.1地理位置

关门石水库位于邻水县城北镇境内，水系属芭蕉河流域的一级支流即芭蕉河中段右岸小西河支流上游源頭，坝址位于城北镇朱家村境内应青石河段上。地理坐标为东径106°56′，北纬30°23′。

2.2工程等级

关门石水库是一座以防洪、灌溉、供水为主，兼有其他综合利用的中型水利工程。水库正常蓄水位398m，总库容2318.6万m3。死水位379.5m，灌溉农田面积6.03万亩。初设时，工程按《DJ12-78》规定确定等级，现根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）进行复核，工程亦为三等工程，大坝（含副坝）及泄洪建筑物为III级，引水建筑物为Ⅳ级，临时建筑物为Ⅴ级。

2.3设计洪水标准

根据工程等级及《防洪标准》GB50201—91规定，水库库容为中型，下游有邻水县城，大坝设计洪水重现期采用50年一遇，相应的洪峰流量为181.1m3/s；校核洪水重现期为1000年一遇，相应的洪峰流量为183.2m3/s。

2.4水库特征水位

正常蓄水位：398.0m

死水位：379.5m

汛期限制水位：396.0m

设计洪水位：398.8m

校核洪水位：399.46m

2.5地震烈度

基本地震烈度Ⅵ度

3、溃坝洪水分析

3.1溃决可能性条件

关门石水库1000年一遇设计洪峰流量655m3/s，3日洪水总量1410.3万m3，超标准洪水情况下，其洪峰流量和洪水总量将更大。

关门石水库设计泄洪方式采用闸门启泄洪洞方式，最大泄流量仅183m3/s ，在遭遇超标准洪水情况下，洪水入库流量远超出库流量，库水位猛涨达到或超过校核洪水位情况将导致溃决可能。

但根据水库工程实际情况，设计了非常保坝措施，采取爆破开挖副坝方案。副坝为风化泥岩心墙堆石坝，河床砼齿槽建基高程387.90m，坝顶高程400.8m，最大填筑体坝高12.9m，防浪墙顶高程401.7m，坝顶宽度6m，坝顶长度105.5m。上游坝坡1：1.7，下游坝坡1：1.8，最大坝底宽度47.29m。

副坝爆破开挖深度3.5m，开挖长度60m，采取明渠宽顶堰计算公式最大流量为668.24m3/s，满足出库流量大于入库流量。

3.2水库溃决形式分析

关门石水库主坝为泥岩心墙堆石坝，根据时间产生过程其溃决形式为逐步溃决，按产生的破坏方式分溃决形式为渗透溃决和漫坝溃决两种方式。水库在高水位情况下发生渗透溃决，在洪水漫坝形式下产生漫坝溃决，两种形式均可发生。

3.3溃决计算

1、渗透破坏分为管涌和流土两种形式。

（1）渗透溃口流量

管涌阶段：

式中，为流速系数，可取0.97；为上游水库与渗透通道出口处的水位差，估计25m；r为渗透通道半径。

经计算，当r=0.1m时，Qb=0.67m3/s，当r=0.2m时，Qb=2.70m3/s，当r=0.3m时，Qb=6.07m3/s，当r=0.4m时，Qb=10.79m3/s，当r=0.5m时，Qb=16.86m3/s。

表明渗透半径越大，流量越大，渗透破坏性越强。因此，加强大坝巡查，及时采取措施，严控渗流产生管涌破坏。

漫坝溃决

（1）溃口宽度计算

采用黄河水利委员会经验公式b=0.1KW1/4B1/4H1/2计算。式中b为溃口宽度（m），W为总库容2318.6万m3，采用校核洪水位库容，B为主坝长度203.4m，H最大坝高42.1m，K取经验系数为0.65。经计算，b=43.39m。

（2）溃坝坝址洪水计算

水库溃坝下泄流量由两部分组成，通过溃口下泄流量和通过泄水建筑物下泄的流量即

Q=Qb+QS

溃坝坝址最大流量采用肖克列奇经验公式：

Qbmax=8/27*g1/2（B/b）1/4bh03/2

式中：g为重力加速度，9.81m2/s，

B为主坝长度203.4m，

b为溃口宽度43.39m ，

h0为坝前水深40.76m。

经计算，Qbmax=15410.6m3/s。

泄洪洞最大下泄流量QS=146.1m3/s。

水库溃坝下泄流量Qmax=15556.7m3/s。

泄空总历时采用T=AW/Qmax公式计算，式中A取5。经计算，泄空总历时采用T=7452s=2.07h。

（3）水库溃坝最大流量沿程演进估算

洪水演算主要是分别提出水库下游各断面的洪水过程线、最大流量、最高水位、洪水波头及波峰的到达时间等特征数据，为下游的防洪措施提供依据。

①溃坝下游流量计算。當溃坝址处最大流量向下游演进至坝址流程时的最大流量采用下式估算。

QL=W/（W/Qmax+L/KVmax）

②溃坝洪水传播时间和流量过程线

洪水起涨时间及最大流量到达时间计算如下：

洪水起涨时间计算公式为：

t1=K1*L^1.75（10-h0）^1.3/（w^0.2*H0^0.35）

最大流量到达时间t2=K2L^1.4/（W^0.2H0^0.5hm^0.25）

③恢复初始流量历时t3=2W/QLM+t1

3.4溃坝洪水影响范围估算

根据水库下游典型控制断面处的溃坝最大流量和相应流速的估算QLM计算该断面的过流面积。再根据1：10000地形图估算该断面处的洪水淹没边界，从而得出水库溃坝影响范围，溃坝洪水演进成果详见表3-5。

4、溃决计算成果分析

从溃坝洪水演进成果表分析，一旦溃坝，将造成坝址下游城北镇、鼎屏镇主城区护城河沿河两岸100-500m范围，坝址至下游城郊段（桩号0+000-3+000段）即坝址至城北赵家桥段，淹没水深达11-6.9m，210国道与沿河两岸民房全部淹没，城区段（桩号3+000-6+500段）即赵家桥至曹家滩段，淹没水深达6.9-4.5m，区段内有从上游往下游有邻水五中、邻水县人民医院、邻水二中、县公安局、邻水县人民政府、县水务局、盐业分司、邻水中学等重要机关单位，以及沿河两岸密集的城镇居民。下游段（桩号6+500-15+000段）即曹家滩至罄滩芭蕉河入口处，淹没水深达4.5-2.5m，区段内一污水处理厂和二污水处理厂将全部进水淹没。

5、结论

本文从最不利情况分析了溃坝对下游产生的危害分析。但在实际水库运行管理过程中，一是加强天气预报信息收集，早知道，早预防，非常极端天气情况下，可以向县防办申请报告提前泄洪腾库，增大防洪预留库容。同时，加强水库大坝变形监测、渗流监测和巡视检查，发现问题及时报告处理，将隐患消灭于萌芽状态。

参考文献：

[1]谢任之溃坝水力学[M] 济南山东科学技术出版社1989；

[2]任超 郑永红 任意形状溃口无因次过程线计算法[J]水力学报1996.3

[3]李昌志 黄金池 何晓燕 马小杰 丹江口水库溃坝洪水分析 长沙理工大学学报 2008.9