淺談石堡川水庫潰壩計算及影響范圍

趙勝利

（渭南市石堡川水庫灌溉管理局 陜西 澄城 715200）

在石堡川水庫防汛搶險預案中，潰壩洪水計算是其重要組成部分。水庫發生潰壩將會造成巨大損失，進行潰壩洪水計算，可預測潰壩時洪水淹沒范圍和程度，潰壩洪水計算成本將為水庫潰壩時下游受威脅地區人員及財產轉移提供重要依據，確保下游人民群眾生命財產損失，最大限度減少災害帶來的損失。

1 石堡川水庫概況

石堡川水庫位于洛河水系的石堡川河上，該河全長81.1km，流域面積959.8km2，河床比降8.3‰，徑流深78mm，入庫徑流量為2.4m3/s，Cv為0.9，Cs/Cv為2.5，多年平均入庫流量為2.03m3/s，平均入庫水量為7600萬m3，該流域年平均暴雨3～5場，多在50mm～125mm之間，降水面積較大，一般占到流域面積的1/2；石堡川水庫庫容6375萬m3。其中興利庫容4585萬m3，滯洪庫容1015萬m3，死庫容775萬m3；校核洪水位939.67m，設計洪水位936.31m，正常高擋水位936m，死水位905.7m，庫容系數50.5%，水量利用系數47.8%。水庫水面面積246.5萬m2，回水總長度7.6km。石堡川下游河道自石堡川水庫壩址至匯入洛河入口處長20km，同時在其下游還有盤曲河、聿津河、史家河、衣家河、成家河、劉家河、沙家河、馬家河、李家河和法家河等河流匯入到石堡川河。

2 石堡川流域暴雨和洪水特征

石堡川水庫地處黃龍山麓，該流域暴雨雨型主要為付熱帶西北氣流型和付熱帶西南氣流型，西北氣流型暴雨主要以雷陣雨形式出現，由于副熱壓脊線移動和黃龍山地抬升作用，往往造成暴雨，特點為歷時短，面積小，暴雨強度大，降雨不均勻，洪水陡漲陡落，峰高量??；而大暴雨形成主要受西南副熱氣壓影響，這種暴雨是南海和太平洋暖溫氣流與西伯利冷空氣強烈作用的結果。大洪水多由7月、8月份暴雨形成，但9月、10月份陰雨歷時長，籠罩面積大，強度小，森林水文效益明顯，洪水緩漲緩落，使土壤飽和，徑流系數相對較高，易產生徑流，形成較大洪水。

3 石堡川水庫突發事件危害性分析

根據水庫實際情況，由于超標準洪水、工程隱患、上游水庫潰壩可能導致水庫工程出現重大險情，經過近幾年水庫的運行情況及大壩存在的病害問題，在汛期壩體可能出現裂縫。石堡川水庫大壩自建成運行20多年期間，先后多次出現裂縫，多集中于大壩左右兩肩。大部分已做了開挖回填處理，部分做了臨時開挖封堵處理。因此，在汛期高水位運行期間，有可能因橫向裂縫造成壩體滲漏，導致壩體背水坡滑坡，或因滲漏出現管涌導致壩體失穩破壞。在壩肩結合處繞壩滲漏造成壩體滑坡、失穩；若水庫遭遇500年一遇以上特大洪水，浸溢壩頂、裂縫漏水形成管涌、因地質災害壩坡發生滑坡等因素都會造成水庫潰壩。

4 石堡川水庫潰壩洪水計算

4.1 石堡川水庫超設計（保壩）標準洪水演算

依據石堡川水庫72年對保壩洪水推演的計算方法，即采用遼寧院經驗公式計算，潰壩單寬流量，其中H為水位與下游河床高差，以壩頂高程941m潰壩高程做為計算值，即H=941-884=57m，經計算：q=392.5m3/s。

全潰壩流量Qm=qB+Q泄，其中B為潰壩長度，取平均值250m，Q泄為水庫泄洪設計流量取399m3/s，經計算：潰壩流量98524m3/s

表1 石堡川區域各河流洪水流量與高度計算成果表

表2 石堡川河下游淹沒范圍及撤離方案表

潰壩洪水向下游演進流量計算公式為∶

式中，Qn——潰壩演進到下游某處的潰壩最大流量；

W——為水庫潰壩時的庫容為6220萬m3；

Qm——為壩址處最大流量；

L——為下游某處距壩址的距離；

V洪——河道洪水期歷時最大流速，根據本工程擴大初設，采用6.5m/s；

K——為經驗系數，石堡川位于山區，采用1.1～1.5之間。

經計算，下游河道超設計即在保壩情況下，潰壩后區域內洪水最大流量與洪水高度的標準洪水演算結果見表1。

4.2 石堡川水庫設計標準潰壩演算

參照保壩洪水推演計算方法，即亦采用遼寧院經驗公式計算潰壩單寬流量：

石堡川水庫潰壩洪水推演，全潰壩流量Qm=qB+Q泄，其中Q泄取339m3/s，Qm=83589m3/s，全潰壩洪水向下游演進流量計算公式為∶Qn=W/(W/Qm+L/V洪K)，其中W取相應庫容4426萬m3，下游河道在設計標準情況下，潰壩后區域各河流潰壩洪水最大流量與洪水高度的標準洪水演算結果見表1。

5 石堡川水庫潰決影響范圍分析

石堡川下游河道自壩址至匯洛口處長20km，此段均系山區地帶，溝壑縱橫，地勢較陡，河谷狹窄，設計標準下潰壩和潰壩洪水淹沒水深均在8.5m以上，淹沒損失基本一致，故不再加以區別。據統計，潰壩后直接影響到各河流兩岸居住的村民生命財產安全，做好這些人的安全轉移是水庫潰壩時要做的重要工作，當石堡川河流域連降暴雨，水庫下泄流量大于399m3/s時，庫水位達到933m且不斷上漲，即石堡川水庫出現重大險情時，由渭南市防汛指揮部發布撤離命令，由洛川、白水縣人民政府組織石堡川河淹沒區人民群眾安全撤離；同時石堡川管理局組織專人沿村通知水庫下游淹沒區村組織群眾撤離。渭南市防汛辦向省防總匯報，督促組織延安市洛川、宜君兩縣沿石堡川河、洛河淹沒區群眾安全撤離。在撤離過程中，要做好群眾的思想教育工作，對個別不愿意撤離者，要強行撤離，對行動不便的老、弱、病、殘人員要落實協助撤離的負責人，首先撤離行動不便的老、弱、病、殘人員及婦女、兒童。具體撤離方案見表2。

同時也危及洛川、白水、宜君、蒲城、大荔等地群眾達上萬人，淹沒農田十多萬余畝，沖毀下游鐵路橋5座，公路橋12座，水電站3座，萬畝抽水站18處，臨時抗旱小型抽水站190處，造成經濟損失1.8億元以上。淹沒不僅造成以上的損失，對洛河流域也會造成很大的損失。其中匯洛口處超設計標準下的洪水流量為14567m3/s，設計標準下洪水流量12272m3/s，提請渭南市防汛辦同有關洛河沿岸洛川、宜君、白水、澄城、蒲城、大荔等縣政府取得聯系，做好洪水流經時兩岸群眾和建筑物的安全防范工作，確保洪水能安全流過。

6 結論

在全球氣候變暖的背景下，極端天氣事件有增多趨勢，局部暴雨頻發、單點暴雨突出、洪旱災害交錯等自然災害時有發生，所以說在水庫防汛期間，渠首管理站工作人員要加強流域雨情水情和險情監測巡視，做到早發現，早報告，不斷完善水庫搶險預案和人員轉移預案，提高渡汛預案可操作性，當出現洪水超標準設計時，采取正確應急搶險措施，做好水庫合理調度，加大洪水下泄流量，控制水庫險情，保障水庫安全運行。