某水电站面板堆石坝溃坝分析初探与措施的研究

【摘要】本文从洪家渡溃坝洪水的原因分析入手，根据溃坝洪水常用的计算方法，结合洪家渡水电站水库大坝的实际情况，对假定的极端溃坝情况进行了计算，在此基础上估算了溃坝洪水在峡谷河道地段的演进过程。根据溃坝洪水的影响范围分析，提出了防溃坝洪水的应对措施。【关键词】溃坝洪水；影响范围；应对措施　　引言　　洪家渡水电站水库位于贵州西北部黔西、织金两县交界处的乌江干流上，电站枢纽工程为混凝土面板堆石坝，坝顶高程1147.50m，最大坝高179.50m，坝顶长427.79m，坝顶宽度10.95m，坝底宽度510m，上下游综合边坡1：1.4，大坝宽高比为2.5：1，属狭窄河床高面板堆石坝；电站总装机容量600MW，设计多年平均发电量15.59亿kw.h，水库正常高水位（正常蓄水位）1140m，相应库容44.97亿m3，死水位1076m，死库容11.36亿m3，总库容49.47亿m3，调节库容33.61亿m3，是乌江流域规划建设的十一个梯级水电站中唯一具有多年调节功能的“龙头”水库。　　1背景介绍　　在洪家渡水电站水库工程设计中，没有进行大坝溃决的研究设计和相关计算的分析，而洪家渡水电站水库大坝为混凝土面板堆石坝，属于当地材料坝的一种，在国内外溃坝类型中属于易发生溃坝灾害的大坝类型，溃坝原因主要为自然因素与人为因素两类。根据洪家渡水电站水库工程实际情况，可能导致水库大坝溃决的主要因素有：超过校核标准洪水或上游地质灾害使水库水位超过1145.40m导致洪水漫坝、紧急泄洪时溢洪道及泄洪洞启闭设备不动作使水库水位超过1145.40m导致洪水漫坝、强度超过7度的地震使大坝严重变形而溃决、工程隐患的渗漏性破坏及人为破坏和战争等导致大坝溃决。　　2溃坝洪水计算　　溃坝洪水计算是指坝址溃坝洪水的计算，其目的是为了获得坝址的流量，为下游洪水演进计算提供基本资料。溃坝洪水计算如下：　　2.1 溃坝洪水水位的确定。选择洪家渡水电站水库校核洪水位时（1145.40m）的水库溃坝情况。　　2.2 水库大坝可能溃口宽度选取。根据洪家渡水电站水库混凝土面板堆石坝当地材料坝的特点，属于逐渐溃决，溃口最大宽度b洪家渡水电站取50m，在面板堆石坝面板底部有保护层覆盖，因此计算水深H0取100m。　　2.3 坝址溃坝最大流量计算采用Ritter（里特尔）公式：　　Qmax=0.296bg0.5H01.5　　通过上式估算：洪家渡水电站坝址处的溃坝最大流量为46324 m3/s。　　2.4 水库溃坝最大流量沿程演进估算采用以下公式计算：　　QL=W/（W/Qmax+L/VmaxK）　　其中Vmax取4.0 m/s，K取1.3　　通过上式估算，洪家渡水电站坝址处下游1.5公里的六冲河大桥和岩脚寨最大溃坝流量为46199m3/s，下游49.6公里的东风水电站最大溃坝流量为42526m3/s。　　3水库溃坝对下、上游造成的破坏程度和影响范围　　3.1水库溃坝对下、上游造成的破坏程度　　洪家渡水电站水库工程的下游河道两岸没有重要的城镇、大中型工矿企业、主要交通干线，但下游49.6公里处有东风水电站和1.5公里处有六冲河大桥，另外下游与东风水电站之间有黔西县与织金县的部分村寨。对东风水电站可能造成水库严重淤积，大坝漫坝和水淹厂房；六冲河大桥将会被冲毁；下游两岸村寨的房屋及土地也将被冲毁。　　水库溃坝可能使水库上游近坝区两岸边坡产生滑坡崩塌，将造成水库和河道严重淤积或堵塞（特别是洪家渡水电站生

复合土工膜（复合防渗膜）分为一布一膜和两布一膜，宽幅4-6m，重量为200—1500g/平方米，抗拉、抗撕裂、顶破等物理力学性能指标高，产品具有强度高，延伸性能较好，变形模量大，耐酸碱、抗腐蚀，耐老化，防渗性能好等特点。能满足水利、市政、建筑、交通，地铁、隧道、工程建设中的防渗、隔离、补强、防裂加固等土木工程需要。常用于堤坝、排水沟渠的防渗处理，以及废料场的防污处理。

活营区软质土山体和断层地质山体）而使水位抬高，进而威胁到上游近坝库区两岸人民的生命和财产安全。　　3.2影响范围内有关损失情况　　洪家渡水电站水库溃坝将使坝址下游两岸的村寨受灾，根据调查下游两岸黔西县和织金县的支都村、化布村、民生村、菜河村、白马洞村、中大村、新庆村、新合村、中寨村、熊洞村、石林村、慕粟村、瓦房寨村、茅草坪村、屯上村、和平村、箐拢村共计17个村部分村民将受到影响，人口约1.63万人左右，土地约0.72万亩，房屋约3.5万间。　　下游造成国有财产损失的有：六冲河大桥被毁，王家渡水文站被毁，六冲河大桥右岸的煤管站被毁。最严重的将造成下游东风水电站漫坝，并波及到下游索风营水电站漫坝。估价损失的经济价值超过100亿元人民币。　　溃坝洪水淹没范围图　　水库溃坝将使洪家渡水电站水库上游库区部分滑坡，可能影响的乡镇有黔西县的锦星乡、五里乡和林泉镇及织金县的关寨乡、以那镇、八步镇、金龙乡和茶店乡的沿水库边缘村寨，估计受影响的人口在1000人左右，损失的财产主要是房屋和土地等，估计损失的经济价值约3000万左右，上游没有重大的国有财产损失。　　4溃坝后的应对措施　　为了能在大坝泄洪及可能发生或发生了漫坝溃决时，方便上、下游两岸人民群众和东风水电站人员快速撤离，洪家渡水电站根据上、下游不同的影响范围采取以下措施予以保障：　　4.1在水库上游可能发生地质灾害的库段，修建警示牌予以提示。　　4.2在下游河道两岸溃坝洪水淹没线、校核洪水和设计洪水下泄淹没线修建警示牌予以提示。　　4.3在下游河道两岸可能受溃坝影响的村寨确定了防汛联络员，并与其签订防汛协议，当洪家渡水电站大坝出现泄洪情况及可能出现溃坝或发生溃坝的险情时，方便以最快的通信方式通知两岸人民群众撤离河道相应水位淹没线。　　4.4与下游东风水电站建立多种无间断通信方式，当洪家渡水电站大坝出现泄洪情况及可能出现溃坝或发生溃坝的险情时，方便以最快的通信方式通知东风水电站进行相应的应对措施。　　5分析溃坝与应对措施研究的意义　　溃坝洪水灾害风险的分析是一种重要的防洪减灾非工程措施，水库大坝尤其是高坝的修建，对其下游地区安全无疑是一个令人无法忽视的安全隐患。尽管水库大坝发生溃决的概率是极其微小的，但考虑到该事件发生后所产生的危害巨大，因此有必要对其可能发生的后果进行一定的研究。当大坝突然溃决时，水体常以立波的形式向下游急速推进，水流汹涌湍急，水量集中，洪峰高，流速快，破坏力极大。另一方面，溃坝的发生和溃坝洪水的形成属于非正常和难于预测的事件，因而溃坝洪水造成的灾害往往是毁灭性的。但是，如果做好溃坝洪水的计算与分析，进而制定切实可行的防洪预案，就可以在灾害发生时大大减轻下游的损失。本文的研究能在发生溃坝时为洪家渡水电站管理者提供切实的决策依据和采取相应的措施，对降低溃坝可能造成的损失有现实实用的意义。