天镇县孤峰山水库溃坝问题的探讨与研究

史鹏飞

（山西省防汛抗旱保障中心，山西 太原 043100）

孤峰山水库位于山西省大同市天镇县县城南约10 km 的孤峰山脚下，控制流域面积291.2 km2，总库容2 115 万m3，是一座以防洪为主，兼顾农业灌溉的中型水利枢纽工程。水库兴建于1958 年，1960 年大坝拦洪蓄水，投入运行，1961 年7 月完成左右坝端输水灌溉涵洞；1964 年完成溢洪道工程；1966 年改造东输水洞为有压输水洞，内砌钢板，直径1.5 m，出口设阀门；1975 年由于水库淤积严重，又兴建了冲沙闸。

为了提高孤峰山水库突发事件应对能力，针对因突发事件导致的影响孤峰山水库防汛安全的重大险情威胁，对水库溃坝问题进行研究。切实做好水库遭遇突发事件时的防洪、抢险、调度和险情抢护工作，力保水库工程安全，最大程度地保障人民群众生命财产安全。

1 工程概况

孤峰山水库枢纽由主坝、副坝、溢洪道、冲沙泄洪洞、深孔泄洪闸和东、西灌溉洞等六部分组成，工程等别为Ⅲ等，主要建筑物级别为3 级，防洪标准为100年一遇洪水标准设计，1 000 年一遇洪水标准校核。水库死水位1 072.204 m、正常蓄水位1 089.17 m，设计洪水位1089.91m，校核洪水位1 091.94 m。水库调度运行方式为：正常运行时坝前水位汛期不超过设计汛限水位1 087.93 m；目前由于库区淤积严重，近期汛限水位1 072.204 m，即空库度汛；非汛期坝前最高水位不超过正常蓄水位1 089.17 m。主坝为粘土斜墙土坝，最大坝高25.2 m，坝顶高程1 092.904 m，坝顶长507 m，坝顶宽8.9 m，坝顶设防浪墙，防浪墙顶高程1 093.904 m。副坝为粘土斜墙土坝，最大坝高8.0 m，坝顶高程1 093.805 m，坝顶长80 m，坝顶宽8.9 m。在除险加固中，水库坝基、坝肩及建筑物结合处未进行防渗、防漏处理。目前坝后泄洪洞冲坑处依然有涌水现象。

溢洪道位于大坝左岸，为开敞式宽顶堰，无控制设施，堰顶高程1 088.104 m，宽50 m，长123 m，纵坡为11.3%，末端为差动式挑流鼻坎，高低齿挑射角分别为25°和35°，底板为混凝土衬砌，侧墙为浆砌石，设计泄量459 m3/s，最大泄量583 m3/s。

2 工程运行特性

冲沙泄洪洞位于溢洪道右侧80 m 处，是一座直径为3.3 m 的钢筋混凝土压力圆洞，进口底高程1 072.204 m，进口设进水塔，装有4.28 m×3.7 m 的平面钢板工作闸门和检修闸门各一扇，工作门采用100 t单吊点卷扬式启闭机启闭，检修门采用2×40 t 双吊点卷扬式启闭机启闭，泄洪洞长66.7 m，纵坡1%，出口为挑流消能，设计泄量131.2 m3/s，最大泄量139.4 m3/s。

深孔泄洪闸位于大坝右坝肩，主要建筑物有闸室、泄槽、消力池、护坦、海漫等。进口底高程1 072.204 m，设6 m×6 m 潜孔弧形钢闸门控制，闸门采用2×40 t 双吊点卷扬式启闭机启闭。泄槽宽6～10 m，工程全长429 m，出口为底流消能。设计泄量487.8 m3/s，最大泄量524.35 m3/s。闸室段布置在坝轴线右端紧靠山体一侧，基础完全座于基岩上，安全可靠。

东灌溉洞位于大坝右岸，深孔泄洪闸左侧，进口设进水塔，装有1.5 m×1.5 m 铸铁平板工作和检修闸门各一扇，采用手电两用20 t 螺杆启闭机启闭。涵洞为直径1.5 m 的钢管压力圆洞，长92.8 m，进口底高程1 076.904 m，出口底高程1 075.704 m，纵坡1%，与东一干渠相接，设计流量19 m3/s，最大流量19.6 m3/s。

西灌溉洞位于大坝左端，冲沙泄洪洞右侧，洞径1.0 m。长118 m，进口底高程1 072.704 m，出口底高程1 070.124 m，纵坡1%，洞后设有直径1 m 的阀门控制，与西一干相接，设计流量6.4 m3/s，最大流量6.6 m3/s。

冲沙泄洪洞的进水塔内装有4.28 m×3.7 m 的平面钢板工作闸门和检修闸门各一扇，工作门采用100 t单吊点卷扬式启闭机启闭，检修门采用2×40 t 双吊点卷扬式启闭机启闭。

深孔泄洪闸设6 m×6 m 潜孔弧形工作门，设计水头19.73 m，操作方式为动水启闭，支铰高度7.5 m。闸门采用2×40 t 双吊点卷扬式启闭机启闭。

东灌溉涵洞进水塔塔筒内装有1.5 m×1.5 m 铸铁平板工作和检修闸门各一扇，最大工作水头15 m，采用手电两用20 t 螺杆启闭机启闭。西灌溉涵洞洞后设有直径1 m 的阀门控制。西灌溉涵洞未经改造建设，启闭设备严重老化失修。

3 溃坝计算

3.1 坝址最大溃坝流量

孤峰山水库为粘土斜墙土坝，溃决一般由漫顶或渗透破坏（管涌、接触冲刷）引起，溃决方式多为逐步溃决。但是为了安全，根据溃决原因，可分别采用瞬时全溃、瞬时横向局部一溃到底两种情况简化计算。水库大坝分为主坝和副坝，主坝坝顶高程1 092.904 m，最大坝高25.2 m，坝顶长507 m，防浪墙顶高程1 093.904 m。副坝坝顶高程1 093.805 m，最大坝高8.0 m，坝顶长80 m。坝前淤积面高程1 088.104 m，淤积厚度16 m 左右。坝址最大溃坝流量QM公式如下：

式中：B——坝顶长，m；

b——溃坝决口平均宽度，m；

W——溃坝时蓄水量，万m3；

H0——溃坝时坝前水深，m；

k——系数，粘土坝取0.65。

孤峰山水库主坝加副坝总坝长B=587 m，坝前水深按坝前淤积高程至坝顶高程计，溃坝时最大流量详见表1。

3.2 溃坝下游流量的计算

坝址下游任意断面最大流量采用以下经验公式计算：

表1 孤峰山水库溃坝流量计算表

式中：QLM——坝址下游任意断面最大流量，m3/s；

W——水库溃坝时库容，万m3；

QM——坝址最大溃坝流量m3/s；

L——距坝址的距离，km；

v——河道洪水期断面最大平均流速，m/s；

K——经验系数。

半山区河道vK 取4.76。

3.3 溃坝洪水传播时间

溃坝洪水比一般洪水的传播要快得多，其波速在坝址附近最大，距坝址越远，波速削减越快。黄河水利委员会水利科学研究所根据实验求得溃坝洪水传播时间计算公式如下：

式中：t1——洪水起涨时间，s；

t2——洪峰到达时间，s；

t3——洪水消落时间，s；

L——距坝址距离，m；

H0——坝上游水深，m；

W——可泄库容，m3；

h0——溃坝洪水到达前下游计算断面的平均水深，m；

K1——系数，取平均值值0.70×10-3；

K2——系数，取中间值1.0；

hM——溃坝最大流量时平均水深，m；

W——下泄总水量，m3；

QLM——坝址下游任意断面最大流量，m3/s。

表2 孤峰山水库坝址下游溃坝最大流量计算结果表

4 溃坝应急逃生方案

防汛指挥部根据天镇县人民政府指示，由指挥长发出撤离命令，利用各种新闻媒体和现代通信手段向社会公布灾情，紧急动员，引导和教育灾区群众自觉服从指挥顾全大局，积极配合和支持抢险救灾和紧急转移工作措施的落实。

当溃坝突发事件发生时，对群众生命构成严重威胁，立即向预先设定的淹没范围以外的临时安置地点，迅速有序地进行转移安置。由应急指挥部根据情况决定启用紧急转移分队，组织实施灾区群众安全转移。

表3 转移线路表