貴州省格八水庫潰壩洪水對下游梯級的影響分析

吳 昊，張 僑

（貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽 550002）

潰壩洪水是指堤壩或其他擋水建筑物瞬時(shí)潰決，發(fā)生水體突泄所形成的洪水，其破壞力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般暴雨洪水，一旦水庫發(fā)生潰壩，巨大的潰壩洪水瞬間宣泄，對下游重要的防護(hù)對象將造成毀滅性的災(zāi)害。本文以發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水導(dǎo)致的格八水庫潰壩事件為研究對象，分析探討格八水庫潰壩對下游黃家灣水庫的影響。

1 格八水庫潰壩洪水

貴州省格凸河上游右岸一級支流貓營河上已建有格八水庫，水庫壩址以上流域集水面積224 km2，水庫規(guī)模為中型；格八水庫壩址下游格凸河干流上擬建黃家灣水庫，水庫壩址以上流域集水面積969 km2，水庫規(guī)模為大（2）型，格八水庫壩址距黃家灣壩址約45 km。黃家灣水庫大壩校核標(biāo)準(zhǔn)為2000 年一遇（P=0.05%），上游格八水庫大壩校核標(biāo)準(zhǔn)為500 年一遇（P=0.2%），若格八水庫遭遇1000 年一遇洪水，溢洪道泄流能力不能滿足泄流要求，洪水將漫過壩頂溢流，可能導(dǎo)致潰壩，因此，計(jì)算格八水庫1000 年一遇設(shè)計(jì)洪水位為1157.57 m，潰口寬度取壩址河谷平均寬度113.254 m，考慮最不利的壩體瞬間全垮的工況，采用圣維南公式計(jì)算格八水庫壩址斷面潰壩最大流量。

圣維南公式（參考文獻(xiàn)3）（壩體瞬間全垮）：

計(jì)算得格八水庫壩址斷面潰壩最大流量Qm＝18000 m3/s。

2 潰壩最大流量傳播至黃家灣壩址斷面的流量及時(shí)間

格八水庫壩址至黃家灣壩址區(qū)間河段長約45 km，潰壩最大流量傳播至黃家灣壩址流量可以采用以下公式進(jìn)行計(jì)算。

公式[3]：Qm控=V/(V/Qm潰+L/（KVm)）

計(jì)算得格八水庫潰壩最大流量傳播至黃家灣壩址處最大流量：Qm控=1660 m3/s。

格八水庫潰壩最大流量傳播至黃家灣壩址的時(shí)間根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算。

公式[3]：t=Kt×L^1.4/V^0.2/h0^0.5/hm^0.25

計(jì)算得格八水庫潰壩最大流量傳播至黃家灣壩址的時(shí)間：t=3.5h。

3 格八水庫潰壩洪水到達(dá)黃家灣壩址處洪水過程線

3.1 格八水庫壩址潰壩洪水過程線

格八水庫壩址處潰壩洪水過程線根據(jù)《水利工程實(shí)用水文水力計(jì)算》中的概化過程線確定壩址斷面潰壩洪水過程線。通過潰壩洪水概化過程線可得到格八水庫壩址處潰壩洪水過程線，水庫泄空時(shí)間約為0.73h，即44 分鐘。

3.2 格八水庫潰壩洪水到達(dá)黃家灣壩址處洪水過程線

根據(jù)前述計(jì)算成果可知格八水庫潰壩后最大流量傳播至黃家灣壩址處流量為1660 m3/s，傳播時(shí)間為3.5 h，潰壩時(shí)蓄水庫容為1150 萬m3，可擬合得到格八水庫潰壩洪水到達(dá)黃家灣壩址處洪水過程線（如圖1）。

圖1 格八潰壩到達(dá)黃家灣壩址洪水過程線

3.3 到達(dá)黃家灣壩址潰壩洪水過程線與天然洪水過程線疊加

潰壩洪水過程線與黃家灣天然洪水過程線疊加（見圖2）需考慮洪水傳播時(shí)間[4]，確定疊加節(jié)點(diǎn)，考慮兩種不同情況，情況①：峰對峰疊加，洪峰出現(xiàn)時(shí)間第12 h；情況②：格八水庫洪峰出現(xiàn)時(shí)間為10 h，潰壩應(yīng)在此時(shí)潰壩，潰壩后洪水傳播時(shí)間為3.5 h，黃家灣壩址洪峰出現(xiàn)時(shí)間為第12 h，潰壩洪水到達(dá)黃家灣壩址時(shí)間約在第14 h。

圖2 黃家灣壩址洪水過程線

4 格八水庫潰壩后對黃家灣的影響分析

格八潰壩后，黃家灣水庫按兩種調(diào)洪方式進(jìn)行壩址洪水調(diào)節(jié)計(jì)算：（1）按水庫調(diào)度方式，即自正常蓄水位起調(diào)，逐步開啟閘門，直至全開。（2）開始預(yù)泄洪水，騰空部分庫容，按最大下泄能力下泄。根據(jù)格八潰壩后對黃家灣水庫影響情況[5]，對情況①和情況②的洪水過程線進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算，得出情況①：正常調(diào)度黃家灣水庫最高庫水位為1056.66 m，預(yù)泄調(diào)度黃家灣水庫最高庫水位1055.69 m；情況②：正常調(diào)度黃家灣水庫最高庫水位為1056.31m，預(yù)泄調(diào)度黃家灣水庫最高庫水位1055.52 m。影響分析見表1。

表1 格八潰壩后對黃家灣水庫調(diào)洪影響成果表（P=0.1%）

5 極端情況格八水庫潰壩后對黃家灣的影響分析

極端情況下，考慮格八水庫發(fā)生1000 年一遇洪水后潰壩，區(qū)間發(fā)生2000 年一遇設(shè)計(jì)洪水（黃家灣水庫校核標(biāo)準(zhǔn)），洪水疊加組合后，考慮兩種不同情況，情況①：峰對峰疊加，洪峰出現(xiàn)時(shí)間第12 h；情況②：黃家灣天然洪水主峰2 h 后出現(xiàn)潰壩洪峰,洪峰出現(xiàn)時(shí)間第14 h。

此時(shí)黃家灣水庫發(fā)生超標(biāo)洪水，黃家灣水庫按照預(yù)泄調(diào)度方式調(diào)洪，上述極端情況下調(diào)洪最高庫水位1056.98 m，比黃家灣水庫天然校核標(biāo)準(zhǔn)洪水位低0.26 m。影響分析如表2。

表2 極端情況格八潰壩后對黃家灣水庫調(diào)洪影響成果表

6 結(jié)論

從格八水庫潰壩后對黃家灣水庫的調(diào)洪成果來看，格八水庫、黃家灣水庫若同時(shí)遭遇1000 年一遇洪水，格八水庫發(fā)生潰壩后，潰壩洪水和區(qū)間相應(yīng)洪水組成黃家灣水庫入庫洪水，此時(shí)黃家灣水庫按照預(yù)泄方式或正常調(diào)度的調(diào)洪方式進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，調(diào)洪最高水位均未超過黃家灣水庫校核洪水位。

當(dāng)極端情況下，格八水庫按1000 年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生潰壩，而格八至黃家灣水庫區(qū)間發(fā)生2000 年一遇洪水，潰壩洪水和區(qū)間2000 年同頻洪水組成黃家灣水庫入庫洪水，該工況下黃家灣水庫調(diào)洪最高庫水位為1056.98 m，比黃家灣校核水位低0.26 m。

由于黃家灣水庫規(guī)模為大（2）型，庫容較大，有一定的削峰滯洪作用，且校核標(biāo)準(zhǔn)為2000 年一遇洪水，高于上游格八水庫1000 年一遇的校核標(biāo)準(zhǔn)，格八水庫若發(fā)生超標(biāo)洪水導(dǎo)致潰壩，并考慮各種洪水遭遇組合后，都將抬升下游黃家灣水庫洪水位。因此，黃家灣水庫通過預(yù)泄調(diào)度可降低潰壩洪水位，并保證潰壩洪水位低于黃家灣天然校核洪水位。對于潰壩洪水的應(yīng)急處理，還應(yīng)建立梯級潰壩洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)，便于下游梯級及時(shí)做好搶險(xiǎn)應(yīng)急及預(yù)泄調(diào)度措施。