某水庫超標準洪水應急防御預案研究

金 超,溫宗然

(河南靈捷水利勘測設計研究有限公司,河南 南陽 473000)

0 引言

河南省處于南北氣候和山區向平原的兩個過渡帶,水旱災害頻繁,水庫眾多,中小型水庫普遍老化,防洪安全問題已成為防洪體系中的薄弱環節及重要隱患。需以大概率思維應對小概率事件,遵循自然、社會和經濟規律,切實加強水利防洪工程建設管理,分類推進除險加固,提高防汛減災能力。基于政策導向,在水庫防汛工作中制定一份科學、完善、實用的超標準洪水應急防御預案。

某水庫位于河南省境內,是長江流域唐白河水系一座中型水庫,壩址以上干流長度7.5 km,河道比降0.0041。該水庫于1979年8月投入使用,水庫等級為Ⅲ等,主要建筑物級別為3級。工程設計防洪標準為50年一遇設計,1000年一遇校核。根據《2020年度超標準洪水防御工作方案》要求,結合水庫多年來運行實踐,對水庫現狀及存在問題進行分析,初步認定大壩安全綜合評價工程質量綜合評價為基本合格,大壩運行管理綜合評價為較規范,防洪安全綜合評價為A級,滲流安全評價為B級,結構安全評價為A級,抗震安全評價為A級,金屬結構安全評價為B級,大壩安全綜合評價類別為二類壩。

該水庫作為河南省境內的一座中型水庫,位于低山丘陵區,河流兩側無階地發育,兩岸均為沖刷岸。根據工程實際情況分析,可能導致水庫出現重大險情的主要因素包括超標準洪水、潰壩等。

1 超標準洪水與潰壩分析

1.1 防洪標準

水庫監測報告顯示,該水庫水位-面積-庫容曲線與水位-泄流量關系曲線如圖1、圖2所示,調洪演算成果見表1。

表1 調洪演算成果

圖1 水位-面積-庫容曲線Fig.1 Water level-area-capacity curve

圖2 水位-泄流量關系曲線Fig.2 Water level-discharge relationship curve of a reservoir

1.2 超標準洪水分析

超標準洪水計算采用《水力計算手冊》中推薦的圣維南經驗公式法進行潰壩洪水計算[1],潰壩洪水演算成果見表2。

分析水庫現狀,結合風險因素及潰壩洪水演算,設置了3類超標準洪水分析方案[2]。

超1級標準洪水。當水庫發生超1級標準洪水時,洪水超過設計洪水標準,庫水位加波浪高程超設計標準,未到達校核水位,水庫能正常泄洪。即水位超過50年一遇設計洪水位168.69 m,但低于校核水位169.53 m。

超2級標準洪水。當水庫發生超2級標準洪水時,洪水超過校核標準,未超過大壩防滲體頂高程,庫水位加波浪高程超校核標準,波浪未漫壩頂或防浪墻,有可能出現管涌或滲漏造成潰壩。即水位超1000年一遇設計洪水位169.53 m,但低于壩頂高程170.90 m。

超3級標準洪水。當水庫發生超3級標準洪水時,洪水超過校核標準,庫水位超過大壩防滲體頂高程,庫水位加波浪超過壩頂或防浪墻頂高程,極有可能造成漫頂潰壩失事,即庫水位超過170.90 m。

1.3 潰壩淹沒分析

根據現場查勘,該水庫上游影響范圍內主要為低山丘陵區,庫區出露地層主要為寒武系白云質灰巖及元古界的角閃片巖等。水庫發生潰壩時,大壩上下游水位有一定的落差,上游水位會瞬時出現一定幅度的下降,可能引起上游庫區局部岸坡出現滑坡,夾帶泥石隨洪水沖刷下游,造成下游良田房屋沖毀及河床淤積。

水庫潰壩下游影響范圍:多個村組,2000余名群眾需緊急轉移。根據潰壩洪水演算成果,當發生超3級標準洪水,壩前水位將達16.5 m深,潰壩時壩址的最大流量為6435 m3/s,洪水向下游擴散,將造成大量農田沖毀,部分道路交通中斷,眾多地勢較低的房屋被淹,造成嚴重的生命財產損失。

2 應急防御預案

2.1 正常情況調度

水庫泄洪采用溢洪道及泄洪洞泄洪。當一場洪水來臨時,水庫壩前水位逐漸升高,超過汛限水位167.56 m時,泄洪洞閘門全開泄洪,溢洪道自由出流。

當水庫發生超1級標準洪水,壩前水位超過設計洪水位168.69 m,并有持續上升趨勢時,水庫應停止一切興利調度,泄洪洞及溢洪道泄洪,將水、雨情信息及時向市級防汛抗旱指揮部匯報,指揮部領導、成員及各搶險隊負責人食宿水庫,通知下游校核水位淹沒區的群眾搬遷撤離。

2.2 非常情況調度

當水庫發生超2級標準洪水,壩前水位超過校核水位169.53 m 時,水庫應停止一切興利調度,溢洪道泄洪,最大泄流能力為137 m3/s。若壩前水位仍然上升,有超過壩頂的趨勢時,應臨時用土袋、沙袋堆筑升高壩頂,搶修防浪墻,增大水庫滯洪能力,防止洪水翻壩。及時將水、雨情信息及時向市級防汛抗旱指揮部匯報,請求防洪力量的增援,做好人員及重要財產設備的疏散、轉移及保護工作。

2.3 極端情況調度

當發生超3級標準洪水,庫水位+波浪超過壩頂(170.80 m)高程,極大可能造成漫頂潰壩失事,應提前通知淹沒區的人員撤離,對壩頂及背水坡加固,在征得上級部門防汛抗旱指揮部的同意后臨時炸開副壩,拓寬溢洪道,加大水庫下泄流量。

該水庫上游淹沒范圍內無居民無需撤離,下游居民由水庫管理所防汛辦公室安排,本著就近、迅速、安全、有序的原則進行安全撤離。水庫下游安置區、轉移安置路線、防御物資儲備及調運路線具體見圖3。

一旦大壩潰決,洪水將以較高水頭和洶涌水勢沖擊淹沒下游區域,對來不及撤離的群眾應采取緊急救援措施:迅速切斷供電電源,避免人員觸電身亡。若在夜間,需向受災區發射照明彈或用探照燈照明。調集部隊進行救護,配小型沖鋒艇、小型機動船、皮劃船、救生圈等。

3 結束語

預案研究的實施可有效協調各項資源,統籌安排,合理調度搶險物資,提高防汛抗災工作效率,預案研究成果對我國防汛減災,開展中小型水庫超標準洪水應急防御具有借鑒意義。