黄泥坡水库溃坝洪水分析及水库应急管理工作探讨

唐世书

（利川市水利局,湖北 利川 445400）

0 引言

溃坝洪水分析是溃坝应急管理中的一项重要工作,当遇到水库坝体发生溃决,根据产生的洪水情况进行分析,当水库坝型不同,其溃决方式也不同,洪水产生的形式也不同。黄泥水库坝体为浆砌石刚性斜墙堆石坝,当发生溃坝时,溃决方式可能是瞬间溃决,也有可能是局部溃决；如果瞬间溃决时,坝体接受洪水冲蚀的抗冲击能力无法承受,最终会导致坝体的局部溃决,也会在很短的时间内增加溃决面积[1-2]。对此,要经过对水库溃坝洪水进行科学论证和分析,同时做好洪水应急调度管理。

1 黄泥坡水库溃坝洪水特点

（1）坝体出现溃坝时,洪水不是恒定流,所以产生的洪峰高,来水量也非常集中；

（2）溃坝产生时,洪水突发性比较强烈,从预测预警方面很难判断准确,溃坝的发生及形成都会在几分钟到几个小时之内,形成的最大流量会产生在坝址处,洪水冲击过程的变化也很急骤；

（3）坝体出现溃坝,瞬时洪峰很高、洪水量大、洪水曲线变化急剧,最高洪水量可达暴雨洪水的几倍乃至几十倍；

（4）发生溃坝的坝体处产生的洪水,在开始的时候常常以立波形式向水库下游以很快的速度推进,水流汹涌,水库下游村庄受威胁程度高,防护难,破坏性强。

2 黄泥坡水库溃坝洪水分析

2.1 水库概况

黄泥坡水库工程属小（1）型水库,坝址以上主河道长6.4 km,比降27.7‰,河槽坡度较陡,河床岩体坚硬完整,坝址以上控制来水面积9.7 km2。大坝为浆砌石刚性斜墙堆石坝,最大坝高28.0 m,坝顶长153.6 m,坝顶宽7.1 m~9.2 m,坝顶高程1062.81 m。大坝上游斜墙为浆砌块石,坡比为1∶1.0,下设干砌石垫层,下游堆石体表面采用干砌块石护坡,坡比自上而下分别为1∶1.24 和1∶1.63。马道设在高程1049.40 m 处,宽1 m ,斜墙顶部高程1062.1 m,顶宽1.5 m。

2.2 突发性洪水溃坝分析

2.2.1 溃坝流量过程线计算

根据《溃坝间断波特性及其计算》的里特（Rittter）经验公式进行水库溃坝洪水计算。

（1）坝址处的溃坝流量（计算结果见表1）：

表1 黄泥坡水库溃坝流量表

式中：Qm为坝址处溃坝最大流量,m3/s；B为坝顶长度,黄泥坡水库坝顶长度为158 m；b为局部溃坝缺口宽度,b=,V为水库总库容（514.056 万m3）,k取1.12；经计算b为59.85 m；H为坝高,黄泥坡水库坝高29.7 m；H0为溃坝前上游水深（溃坝时上游平均水头）,m；g为重力加速度,取9.8 m/s2。

（2）水库泄空时间T 计算

根据水力计算手册集散公式如下：

式中：K取5；W为水库总库容,m3；Qm为坝址处的溃坝流量, m3/s。

计算得到黄泥坡水库泄空时间为1084 s。

（3）溃坝流量过程线计算

根据水力计算手册,流量过程线计算采用概化典型流量过程线法计算,选取四次抛物线表计算。

黄泥坡水库的总库容514.056 万m3。在对该水库的演进流量计算断面布置时,考虑到周边居民集中点,通过计算,黄泥坡水库溃坝坝体Qmax=23700 m3/s；影响下游五个村的断面演进流量和溃坝计算结果用表格反应出来,其结果见表2。

表2 黄泥坡水库溃坝泄流过程表

2.2.2 溃坝洪水演进分析

（1）水流运动控制方程。

在黄泥坡水库溃坝分析计算中,用水动力学模型公式进行计算,方程式如下：

式中：Z表示水位；n表示糙率系数；H表示水深；u、v~x、y表示方向的流速；, cf=0.003,vT=aou*H,ao=0.2表示水流综合扩散系数；u*为摩阻流速；g表示重力加速度。

（2）计算数值的方法介绍。当水库溃坝时,计算公式在直角坐标系中用水流运动控制方程形式表示出来：

式中：S表示源项；Γ表示广义扩散系数；φ表示通用变量。

计算过程用SIMPLE 算法进行模型演算：

在水库计算中,用离散方程组进行演算,同时采用Gauss 迭代法求解线性方程组,求解黄泥坡水库溃坝洪水线性方程组的迭代步骤由以下几个步骤完成：①用死水位对溃坝洪水分析计算；②用求解公式,验算方程式；③修正方程的系数以及更新流速和水位；④按照流量判断洪水推进过程;⑤计算。溃坝结果见图1、图2。

图1 溃坝形成结果图

图2 溃坝30分钟洪水趋势图

2.2.3 水库溃坝洪水的危害分析

黄泥坡水库发生溃坝时,由于流量极大,全部溃坝Q=23700 m3/s,将对洪水淹没区内的人和物造成重大破坏,淹没下游村庄有黄泥坡村、朱砂屯村、野猫水村、大坝村、长槽村。

结合以上分析结果,当黄泥坡水库遭遇超标准洪水时,应加强水库调度,加大巡查力度,提高巡查频次,加强水雨情监测,必要时采取启动应急预案。

3 黄泥坡水库溃坝调度应急管理工作探讨

3.1 应急组织体系框架（见图3）

图3 利川市应急组织体系结构图

当黄泥坡水库坝体发生溃坝洪水时,应急调度的组织和执行部门由利川市人民政府、团堡镇人民政府、应急管理部门和水利部门及其它相关部门组成[3]。当发布Ⅰ级响应时,根据利川市防汛抢险应急预案中落实的指挥系统,按照指挥权限由利川市人民政府分管应急管理部门的领导担任指挥长,防汛部门（应急局、水利局）局长任副指挥长,其他防汛成员单位担任成员。当发布Ⅱ级响应时,根据团堡镇防汛抗旱指挥部的应急指挥系统,由团堡镇人民政府主要领导担任指挥长,镇直相关单位为成员。

3.2 应急抢险调度工作

（1）当黄泥坡水库遭遇30 年一遇的洪水时,通过山洪灾害监测系统监测到降雨未停时,水库在线监测系统监测到库水位有上涨趋势,视频监测系统发现水库上游来水流量增加时,通过敲锣、鸣号、喊喇叭等预警方式向水库下游沿河两岸受洪水影响的五个村发出洪水警报,同时按照有关要求启动应急预案。

（2）当黄泥坡水库遭遇超标准洪水和出现险情时,要立即根据黄泥坡水库水位情况,按水库管理规定开闸放水,控制库水位在正常蓄水位1059.71 m以下,必要时降至死水位1055.00 m以下甚至放空,以减小大坝失事造成的溃坝洪水淹没影响。

4 结语

综上所述,黄泥坡水库是团堡镇集镇的饮用水和水库下游五个村的灌溉用水,如果水库大坝发生溃决,将形成极具破坏性的溃坝洪水,危及水库下游的五个村的村民生命财产安全。为切实增强水库突发事件的应对能力和提高水库安全管理水平,落实防洪调度、应急管理工作,对该水库的溃坝分析和应急调度管理工作探讨十分重要。