某水库超标准洪水应急防御预案研究

金 超,温宗然

(河南灵捷水利勘测设计研究有限公司,河南 南阳 473000)

0 引言

河南省处于南北气候和山区向平原的两个过渡带,水旱灾害频繁,水库众多,中小型水库普遍老化,防洪安全问题已成为防洪体系中的薄弱环节及重要隐患。需以大概率思维应对小概率事件,遵循自然、社会和经济规律,切实加强水利防洪工程建设管理,分类推进除险加固,提高防汛减灾能力。基于政策导向,在水库防汛工作中制定一份科学、完善、实用的超标准洪水应急防御预案。

某水库位于河南省境内,是长江流域唐白河水系一座中型水库,坝址以上干流长度7.5 km,河道比降0.0041。该水库于1979年8月投入使用,水库等级为Ⅲ等,主要建筑物级别为3级。工程设计防洪标准为50年一遇设计,1000年一遇校核。根据《2020年度超标准洪水防御工作方案》要求,结合水库多年来运行实践,对水库现状及存在问题进行分析,初步认定大坝安全综合评价工程质量综合评价为基本合格,大坝运行管理综合评价为较规范,防洪安全综合评价为A级,渗流安全评价为B级,结构安全评价为A级,抗震安全评价为A级,金属结构安全评价为B级,大坝安全综合评价类别为二类坝。

该水库作为河南省境内的一座中型水库,位于低山丘陵区,河流两侧无阶地发育,两岸均为冲刷岸。根据工程实际情况分析,可能导致水库出现重大险情的主要因素包括超标准洪水、溃坝等。

1 超标准洪水与溃坝分析

1.1 防洪标准

水库监测报告显示,该水库水位-面积-库容曲线与水位-泄流量关系曲线如图1、图2所示,调洪演算成果见表1。

表1 调洪演算成果

图1 水位-面积-库容曲线Fig.1 Water level-area-capacity curve

图2 水位-泄流量关系曲线Fig.2 Water level-discharge relationship curve of a reservoir

1.2 超标准洪水分析

超标准洪水计算采用《水力计算手册》中推荐的圣维南经验公式法进行溃坝洪水计算[1],溃坝洪水演算成果见表2。

分析水库现状,结合风险因素及溃坝洪水演算,设置了3类超标准洪水分析方案[2]。

超1级标准洪水。当水库发生超1级标准洪水时,洪水超过设计洪水标准,库水位加波浪高程超设计标准,未到达校核水位,水库能正常泄洪。即水位超过50年一遇设计洪水位168.69 m,但低于校核水位169.53 m。

超2级标准洪水。当水库发生超2级标准洪水时,洪水超过校核标准,未超过大坝防渗体顶高程,库水位加波浪高程超校核标准,波浪未漫坝顶或防浪墙,有可能出现管涌或渗漏造成溃坝。即水位超1000年一遇设计洪水位169.53 m,但低于坝顶高程170.90 m。

超3级标准洪水。当水库发生超3级标准洪水时,洪水超过校核标准,库水位超过大坝防渗体顶高程,库水位加波浪超过坝顶或防浪墙顶高程,极有可能造成漫顶溃坝失事,即库水位超过170.90 m。

1.3 溃坝淹没分析

根据现场查勘,该水库上游影响范围内主要为低山丘陵区,库区出露地层主要为寒武系白云质灰岩及元古界的角闪片岩等。水库发生溃坝时,大坝上下游水位有一定的落差,上游水位会瞬时出现一定幅度的下降,可能引起上游库区局部岸坡出现滑坡,夹带泥石随洪水冲刷下游,造成下游良田房屋冲毁及河床淤积。

水库溃坝下游影响范围:多个村组,2000余名群众需紧急转移。根据溃坝洪水演算成果,当发生超3级标准洪水,坝前水位将达16.5 m深,溃坝时坝址的最大流量为6435 m3/s,洪水向下游扩散,将造成大量农田冲毁,部分道路交通中断,众多地势较低的房屋被淹,造成严重的生命财产损失。

2 应急防御预案

2.1 正常情况调度

水库泄洪采用溢洪道及泄洪洞泄洪。当一场洪水来临时,水库坝前水位逐渐升高,超过汛限水位167.56 m时,泄洪洞闸门全开泄洪,溢洪道自由出流。

当水库发生超1级标准洪水,坝前水位超过设计洪水位168.69 m,并有持续上升趋势时,水库应停止一切兴利调度,泄洪洞及溢洪道泄洪,将水、雨情信息及时向市级防汛抗旱指挥部汇报,指挥部领导、成员及各抢险队负责人食宿水库,通知下游校核水位淹没区的群众搬迁撤离。

2.2 非常情况调度

当水库发生超2级标准洪水,坝前水位超过校核水位169.53 m 时,水库应停止一切兴利调度,溢洪道泄洪,最大泄流能力为137 m3/s。若坝前水位仍然上升,有超过坝顶的趋势时,应临时用土袋、沙袋堆筑升高坝顶,抢修防浪墙,增大水库滞洪能力,防止洪水翻坝。及时将水、雨情信息及时向市级防汛抗旱指挥部汇报,请求防洪力量的增援,做好人员及重要财产设备的疏散、转移及保护工作。

2.3 极端情况调度

当发生超3级标准洪水,库水位+波浪超过坝顶(170.80 m)高程,极大可能造成漫顶溃坝失事,应提前通知淹没区的人员撤离,对坝顶及背水坡加固,在征得上级部门防汛抗旱指挥部的同意后临时炸开副坝,拓宽溢洪道,加大水库下泄流量。

该水库上游淹没范围内无居民无需撤离,下游居民由水库管理所防汛办公室安排,本着就近、迅速、安全、有序的原则进行安全撤离。水库下游安置区、转移安置路线、防御物资储备及调运路线具体见图3。

一旦大坝溃决,洪水将以较高水头和汹涌水势冲击淹没下游区域,对来不及撤离的群众应采取紧急救援措施:迅速切断供电电源,避免人员触电身亡。若在夜间,需向受灾区发射照明弹或用探照灯照明。调集部队进行救护,配小型冲锋艇、小型机动船、皮划船、救生圈等。

3 结束语

预案研究的实施可有效协调各项资源,统筹安排,合理调度抢险物资,提高防汛抗灾工作效率,预案研究成果对我国防汛减灾,开展中小型水库超标准洪水应急防御具有借鉴意义。