某水库洪水溃坝分析

宁国锋

（晋中市水利勘测设计院 山西晋中030600）

大坝溃决是一种低概率、危害高的社会灾害。溃坝后，将对当地社会造成不可估量的损失。近年来，随着经济社会的不断发展。溃坝洪水越来越得到人们高度重视。本文对山西中部盆地地区某中型水库如果发生溃坝时的溃坝洪水进行计算。通过分析知，水库溃坝后将造成6 个乡镇，106 个村庄受灾，淹没面积186 km2，涉及人口达19.4 万人，耕地1.87 万hm2。因此，当地部门应根据实际情况，提前采取相关措施，避免灾害发生。

1 水库概况

1.1 水文概况

水库距某县城25 km，属于黄河流域汾河水系，水库控制流域面积576 km2。干流长56 km，纵坡13.7‰。其中：土石山区472 km2，占流域面积的82%。森林区104 km2，占流域面积的18%，平均宽10.3 km。水库总库容2 449.5 万m3。防洪标准为100年一遇洪水设计，1 000年一遇洪水校核。

1.2 工程概况

该水库是一座以防洪、灌溉、城市供水、农村人畜吃水、下游开发区供水及下游湿地注水为一体的中型水库。水库枢纽由大坝、输水洞、泄洪洞三部分组成。大坝为碾压均质土坝，坝高44 m，坝顶长502 m，顶宽6 m。

水库建成以来灌溉效益逐年增加，水库为下游灌溉、城市供水、农村人畜吃水、下游开发区供水总量58 222 万m3，累计水费1 437.03 万元。拦蓄大小洪水共21 次，1977年7月经受了历史上罕见的特大洪水袭击，入库洪峰达1 832 m3/s，而出库最大泄量仅为407 m3/s，消减洪峰78%，为下游人民避免了一场灾难性的损失，经济评价防洪总效益为71 176 万元。

2 大坝溃决分析

2.1 溃坝可能发生的原因

导致大坝发生溃决的主要因素是超标准地震及战争或恐怖活动，超标准洪水也是导致大坝溃决的主要因素。

2.2 假定溃坝的形式

水库的溃决形式一般从规模上分为全溃和局部溃决；从时间上分为瞬时溃和逐渐溃。大坝的溃决形式主要取决于坝的类型、坝的基础和溃坝的原因。

2.3 溃坝过程

瞬时溃坝最大流量出现在溃坝初瞬，其流量过程线呈下凹形退水曲线，溃坝洪水波向下游传播的总趋势是不断坦化。逐渐溃坝最大流量一般出现在最终溃口形成的瞬时。当溃口尺寸相等时，渐溃最大流量要小于瞬溃的数值，且洪水过程线较瞬溃的平缓。

3 溃坝洪水计算

该水库大坝为碾压均质土坝，溃决形式一般为逐渐局部溃决。溃坝洪水采用水力计算手册第二版（武汉大学水利水电学院水力学流体力学教研室主编）中公式进行计算。

1）土坝溃决口门平均宽度值采用下列公式[1]：

式中：b——土坝溃决口门平均宽度，m；

W——溃坝时库蓄水量，为2 115.5 万m3；

B0——溃坝时坝前水面宽度，为495 m；

H0——溃坝时坝前水深，为32.53 m；

k——与坝体土质有关的系数，壤土取1.3。

将参数代入式中，计算得溃决口门平均宽度为237.2 m。

2）水库溃坝坝址处最大流量值采用下列公式[1]：

式中：Qmax——溃坝时坝址处最大流量；

B——大坝断面平均宽度，为300 m；

H0——溃坝前坝前水深，为32.53 m；

g——重力加速度。

将参数代入式中，求得Qmax为43 311.49 m3/s。

水库遭遇特大洪水时输水洞、泄洪洞双洞最大下泄流量为550.6 m3/s，在坝址下游不远处注入河道，因此溃坝流量计算时应计入双洞最大下泄流量，即：水库溃坝坝址处最大流量QM＝Qmax+Q双洞＝43 311.49+550.6＝43 862.09 m3/s。

4 溃坝洪水演进

1）沿程洪峰流量计算。

溃坝洪水演进至下游断面时洪峰流量按下列公式[1]计算：

式中：L——距坝址距离，m；

W——水库溃坝时的库容，m3；

QM——坝址处的溃坝最大流量，m3/s；

K——经验系数，半山区河道取1.0；

v——河道洪水期断面最大平均流速，半山区采用2.0~3.0 m/s，本文根据实际情况取值；

QL——计算断面最大流量，m3/s。

计算求得水库溃坝洪水自坝址向下游共14 个断面处的最大流量，见表1。

2）水库泄空时间计算

库水泄完时间T 按下式[1]计算：

式中：K——经验系数，取4.5；

QM——坝址处的溃坝最大流量，m3/s；

W——水库溃坝时的库容，m3。

经试算，T=0.625 h，即37.5 min 库水泄完。

3）确定溃坝时泄流历时值计算公式[1]如下：

式中：L——距坝址距离，m；

W——可泄库容，m3；

t2——洪峰到达时间，s；

H0——坝上游水深，m；

hM——溃坝最大流量时平均水深；

K2——系数取值为0.8～1.2，本文根据实际情况取1.0。

水库溃坝洪水计算结果见表1。

表1 水库溃坝洪水计算成果表

5 影响范围内有关情况

水库溃坝后将造成6 个乡镇及一个乡镇的106个村庄受灾，淹没面积186 km2，涉及人口达19.4 万人，耕地1.87 万hm2。

6 结语

由于水库溃坝机理及情况复杂，资料又不完善，各种计算方法结果可能相差较大。此次水库溃坝洪水分析只是粗略估算，可为今后该水库溃坝洪水精确分析提供参考依据。