天角潭水库应对上游沙河水库溃坝采取应急措施

符秋菊

（海南省水利水电勘测设计研究院有限公司,海南 海口 570203）

党的十八大以来,以习近平同志为核心的党中央对保障水安全作出一系列重大部署。水利部针对新老问题,坚持节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力的治水水思路,着力保障防洪安全、供水安全、经济安全。海南省境内水库众多,绝大部分修建于二十世纪五六十年代,能够防御标准内的洪水。近些年来针对水库安全鉴定和除险加固的工作颇多,经常遇到中型水库上游有防洪标准较其低的小型水库以及因坝型的不同防洪标准不一致工况。当发生一般洪水时,梯级水库联合调度对于发挥防洪效益最大化是有利的；但同时也存在另一种工况,即当上游水库发生溃坝或超过现状防御标准的洪水,仍能严重影响经济社会发展甚至社会稳定。本文以儋州市在建大（2）型天角潭水利枢纽工程,在初步设计阶段如何考虑上游中型水库溃坝工况应急措施,作为警惕发生“黑天鹅”事件的可能性,以资为其他类似工程提供一定的参考。

1 工程概况

在建大（2）型天角潭水利枢纽工程坝址位于北门江流域干流中下游河段,北门江流域位于海南岛西北部儋州市境内,全流域集雨面积621 km2,多年平均径流量4.37 亿m3,流域范围内大中型水库仅有2 座,分别为在建大（2）型天角潭水利枢纽工程和已建沙河水库——中型[1-2],这两座水库联合调运灌溉下游的天角潭灌区,该灌区为海南省大型松涛灌区的22系统之一,设计灌溉面积7613.3 hm2。

天角潭水利枢纽工程坝址以上集雨面积400 km2,多年平均径流量2.93 亿m3,占全流域来水量的67%,距北门江流域汇入海口约28 km。正常蓄水位58.00 m,正常蓄水位对应库容1.54 亿m3,总库容1.94 亿m3,坝顶高程62.00 m,溢洪道为有闸控制,堰顶高程50.00 m,是一宗以工业供水、农业灌溉为主,兼顾发电等综合利用枢纽工程。

北门江流域上游有东西两源,西支沙河建有中型水库——沙河水库,沙河水库坝址以上集雨面积83.7 km2,多年平均径流量0.66 亿m3,距天角潭水库坝址约24 km。正常蓄水位136.78 m,正常蓄水位对应库容0.36 亿m3,总库容0.59 亿m3,坝顶高程140.38 m,溢洪道为无闸控制实用堰,堰顶高程136.78 m,是一宗以农业灌溉为主,兼有发电、防洪等综合效益工程[3]。

2 防洪标准

天角潭水库属于大（2）型水利枢纽工程,工程等别为Ⅱ等工程,主要建筑物等级为2 级,次要建筑物为3 级。枢纽工程永久性挡水建筑物的洪水标准按主坝和副坝坝型不同分两种情况,主坝为重力混凝土坝型,按100 年一遇设计,1000 年一遇校核；3 座副坝,均为土石坝按100 年一遇设计,2000 年一遇校核；消能防冲设计标准为50 年一遇。

沙河水库属于中型水利枢纽工程,枢纽工程为Ⅲ等工程,枢纽工程永久性挡水建筑物和泄水建筑物的洪水标准采用100 年一遇设计,1000 年一遇校核；溢洪道消能防冲建筑物的洪水标准按30 年一遇设计。

3 工况分析

在天角潭水利枢纽工程初步设计审查阶段,相关专家在水文章节中提出“上游的沙河水库校核标准为1000 年一遇,遇2000 年一遇的设计洪水时该水库存在溃坝可能,应按同频率地区组成法进一步分析估算考虑沙河水库溃坝后的天角潭坝址设计洪水过程。”

针对上述专家建议,初步设计阶段提出两种工况,第一种是下游天角潭水库应对上游沙河水库溃坝工况采取炸巴黎副坝应急措施；第二种是通过对沙河水库溢洪道改造,使得在遭遇2000 年一遇洪水时不因超标准洪水导致溃坝工况,在永久性水工建筑物级别不变的情况下,将上游沙河水库校核洪水提高至标准上限,即2000 年一遇校核。由于本文主要论述是应对上游沙河水库溃坝洪水对策,对第二种情况不进行重点论述。

4 应对上游溃坝分析及采取措施

根据初步设计审查专家提出意见,本文重点难点是如何考虑溃坝或超标洪水演进至坝址洪水过程,以及水库大坝设计是否需要考虑该种工况作为特征水位确定的依据。经过相关论证,为避免为应对“黑天鹅”事件造成不必要浪费,同时又要确保下游经济社会发展及社会稳定,洪水过程以沙河水库溃坝洪水与区间遭遇情况为下游天角潭水库入库洪水进行调洪演算,并提出相应的应急措施。

（1）溃坝洪水计算。本文计算沙河水库溃坝洪水时,考虑现水雨情预报预警较及时,溃坝洪峰演进到天角潭坝址时洪峰接近8000 m3/s,为坝址2000 年一遇洪水成果2 倍,故为突出溃坝洪水为主,采取沙河溃坝洪峰叠加天角潭坝址5 年一遇设计洪水过程线,以总量不变对最大6 小时流量过程适当放大修均,作为沙河水库溃坝工况与区间遭遇至坝址的入库洪水。

（2）调洪演算。采用水量平衡法[4-5]。

（3）计算结果。根据泄洪建筑物泄洪规模,对上游沙河水库溃坝和不溃坝两种情况进行调洪演算,天角潭水库在上游沙河水库溃坝和不溃坝调洪演算成果见表1,调洪过程见表2,天角潭水库入库和出库过程线见图1 和图2。

图1 上游水库溃坝和不溃坝入库流量对比图

图2 上游水库溃坝和不溃坝出库流量对比图

表1 天角潭水库调洪成果

表2 天角潭水库入库和出库流量过程（仅列洪峰和高水位几个时段） 单位：m3/s

（4）应急措施

根据上述计算成果,在上游沙河水库溃坝时下游天角潭水库不采取其他应对措施进行调洪演算,调洪最高水位为63.39 m 高于本工程确定坝顶高程62.00 m。该种工况属于超标准洪水,调洪成果不作为天角潭水利枢纽工程特征洪水位确定的依据。

考虑上游沙河水库一旦溃坝,下游天角潭水库存在安全隐患,为保大坝自身安全,水库闸门已全部打开,同时采取炸巴黎副坝作为应急措施。其中巴黎副坝爆破缺口确定,按照沙河水库溃坝洪水即发生2000 年一遇洪水与区间5 年一遇洪水叠加作为演进天角潭坝址入库洪水过程,泄流按天角潭水库的溢洪道和巴黎副坝共同下泄能力进行调洪演算,起算水位为溢洪道堰顶高程50.00 m,巴黎副坝缺口底高程为58.00 m,爆破缺口按每增加10 m 方案进行试算,当调洪演算水库高水位加上安全超高不超过坝顶高程62.00 m 时,作为巴黎副坝爆破缺口控制尺寸,计算出爆破口为150 m。此时,天角潭水库最高洪水位60.86 m,最大下泄流量为4270 m3/s。

5 结语

本文所用的案例具有其特殊性,上下游水库是由于坝型不同选取防洪标准不一致,即当上游发生超标准洪水或溃坝工况时,下游水库为大坝自身安全考虑,在计算上游溃坝或超标洪水演进至坝址时,仅按照上游发生2000 年一遇设计洪水与区间5 年一遇洪水叠加作为天角潭坝址入库洪水过程,没有对其更多工况进行计算。因此,建议在设计工作中遇到类似情况时,应采用多种方法计算及工况进行对比分析,且该过程中要多个专业进行沟通协调,必要时需对下游水库、村庄等影响具体分析后,决定是否作为工程特征洪水位确定的依据。