溧陽(yáng)市大溪水庫(kù)超標(biāo)準(zhǔn)洪水風(fēng)險(xiǎn)分析

韓 猛，周 穎，唐 穎

（1.江蘇省江都水利工程管理處，江蘇 揚(yáng)州 225200，2.江蘇省灌溉總渠管理處，江蘇 淮安 223200）

1 基本情況

1.1 工程概況

大溪水庫(kù)位于溧陽(yáng)市西南部低丘陵山區(qū)，始建于1958年，初步建成于1960年，是一座以防洪、灌溉、城鎮(zhèn)供水為主的國(guó)家大（二）型水庫(kù)。大溪水庫(kù)洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，洪水校核標(biāo)準(zhǔn)為2000年一遇，下游防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇（安全下泄流量為30 m3/s）。設(shè)計(jì)水位15.48 m（青島，下同），校核水位15.98 m，總庫(kù)容1.128億m3；水庫(kù)汛限水位12.00 m，調(diào)洪庫(kù)容0.66億m3；興利庫(kù)容0.36億m3；死水位8.20 m，死庫(kù)容0.11億m3。本庫(kù)樞紐工程有：主壩、副壩、溢洪閘各一座，輸水涵洞3座。

1.2 風(fēng)險(xiǎn)因素

大溪水庫(kù)庫(kù)區(qū)、大壩、下游地區(qū)在防洪安全中存在的主要風(fēng)險(xiǎn)因素如下：主壩溢洪閘最大設(shè)計(jì)泄流量為168 m3/s，下游溢洪河安全下泄流量為70 m3/s，超過(guò)此流量只能漫灘泄洪，影響溢洪道周邊及下游城鎮(zhèn)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。

2 高水位下大壩安全隱患分析

2.1 滲透破壞

根椐歷史洪水分析，大溪水庫(kù)遭遇洪水均未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，但在長(zhǎng)時(shí)間高水位尤其是12.00 m以上水位運(yùn)行中，壩體的浸潤(rùn)線會(huì)隨庫(kù)水位的升高而升髙。另外，當(dāng)水庫(kù)長(zhǎng)期高水位運(yùn)行時(shí)，會(huì)使壩體承受水壓力增大，從而導(dǎo)致水體滲透壓力增加，當(dāng)滲透水流的滲透坡降超過(guò)一定限度時(shí)，滲流將逐漸帶走壩體中的細(xì)小顆粒，致使土體產(chǎn)生管涌。

2.2 壩坡失穩(wěn)

大溪水庫(kù)主、副壩壩坡未見(jiàn)異常變形，各計(jì)算斷面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。但水庫(kù)長(zhǎng)期高水位運(yùn)行，將導(dǎo)致壩體浸潤(rùn)線偏高，增加下游壩坡滑塌風(fēng)險(xiǎn)，而壩體一旦發(fā)生滑坡將可能導(dǎo)致潰壩。

2.3 庫(kù)岸邊坡失穩(wěn)

大溪水庫(kù)周邊岸坡近壩區(qū)以基巖岸坡為主，多基巖裸露，自然岸坡穩(wěn)定；不存在岸坡再造和塌岸；遠(yuǎn)壩區(qū)岸坡平緩，水庫(kù)已運(yùn)行多年，未發(fā)生過(guò)較大岸坡穩(wěn)定問(wèn)題。但當(dāng)水庫(kù)遭遇超標(biāo)洪水，原先處于干燥狀態(tài)的庫(kù)岸土坡或巖質(zhì)邊坡裂隙因高水位時(shí)地下水位隨之升高而受到浸濕時(shí)，就會(huì)軟化、泥化，c，φ值都會(huì)降低，抗剪強(qiáng)度降低，易導(dǎo)致滑坡產(chǎn)生。而庫(kù)岸滑坡產(chǎn)生的涌浪會(huì)對(duì)壩體產(chǎn)生較大的沖擊壓力，涌浪漫壩淘刷壩體將可能造成潰壩。

3 分析計(jì)算原理

大壩漫頂潰壩過(guò)程是以表層沖刷為主，壩體漫頂破壞潰口發(fā)展過(guò)程主要由“水流沖蝕引起的連續(xù)縱向下切和橫向沖蝕”以及“潰口邊坡失穩(wěn)坍塌引起的間歇橫向大擴(kuò)展”組成。因此，采用可描述潰口發(fā)展與潰口洪水流量過(guò)程的數(shù)值模型對(duì)潰壩事件進(jìn)行數(shù)值模擬。

同時(shí)在計(jì)算上游庫(kù)水高程變化時(shí)，需同時(shí)考慮入庫(kù)流量、潰口流量、排洪系統(tǒng)下泄流量，整個(gè)過(guò)程要滿足水量平衡方程。對(duì)于壩頂潰口的發(fā)展，可以假設(shè)其為一個(gè)連續(xù)的過(guò)程，并且潰口邊坡在失穩(wěn)之前保持不變,隨著潰口深度的發(fā)展，潰口邊坡可能發(fā)生失穩(wěn)。

4 超標(biāo)準(zhǔn)洪水方案分析

4.1 超標(biāo)準(zhǔn)洪水方案設(shè)計(jì)

通過(guò)分析水庫(kù)歷年洪水情況、水庫(kù)防洪調(diào)度以及水庫(kù)工程存在的風(fēng)險(xiǎn)因素，設(shè)置了3類(lèi)超標(biāo)準(zhǔn)洪水分析方案，方案設(shè)置見(jiàn)表1。

表1 大溪水庫(kù)洪水分析方案

4.2 水庫(kù)調(diào)洪演算

大溪水庫(kù)發(fā)生校核洪水（2000 年一遇）及以下洪水等級(jí)時(shí)，根據(jù)調(diào)洪規(guī)則進(jìn)行水庫(kù)調(diào)洪演算，水庫(kù)泄洪閘正常泄洪；當(dāng)水庫(kù)發(fā)生超校核洪水時(shí)，采取應(yīng)急扒口措施，水庫(kù)通過(guò)泄洪閘和應(yīng)急扒口泄洪，通過(guò)水庫(kù)調(diào)洪演算得到庫(kù)水位、泄洪閘和應(yīng)急扒口下泄流量過(guò)程。

應(yīng)急扒口流量采用寬頂堰公式計(jì)算，寬頂堰泄流公式如下：

式中，B為應(yīng)急扒口寬度，m為寬頂堰流量系數(shù)，與相對(duì)上游堰高及堰頭形式有關(guān)；H為不計(jì)入行進(jìn)流速水頭的堰上水頭，即庫(kù)水位與堰頂高程間的水位差；ε為閘墩側(cè)收縮系數(shù)。本次計(jì)算綜合流量系數(shù)取0.365。大溪水庫(kù)各頻率洪水調(diào)洪演算成果見(jiàn)表2。

表2 大溪各頻率洪水調(diào)洪演算成果表（汛限水位12.0 m）

5 風(fēng)險(xiǎn)分析

5.1 校核洪水庫(kù)區(qū)上下游風(fēng)險(xiǎn)情況

根據(jù)大溪水庫(kù)調(diào)度預(yù)案，大溪水庫(kù)泄洪主要從太湖沖副壩溢洪河泄洪，通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，大溪水庫(kù)發(fā)生2000年一遇校核洪水時(shí)，主壩溢洪道下游沒(méi)有淹沒(méi)，但是溢洪道高水位會(huì)造成下游圩區(qū)高水位頂托，造成大圩地區(qū)內(nèi)澇。

5.2 應(yīng)急扒口下游淹沒(méi)方案

當(dāng)大溪水庫(kù)發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)（5000年一遇）洪水，在太湖沖副壩主動(dòng)扒口下泄洪水，設(shè)定扒口方案分別為寬度50 m、100 m、150 m 3種，大溪水庫(kù)5000年一遇洪水過(guò)程見(jiàn)圖1。

圖1 大溪水庫(kù) 5000 年一遇入庫(kù)洪水

當(dāng)大溪水庫(kù)遭遇5000年一遇洪水時(shí)，不同扒口尺寸的扒口流量過(guò)程見(jiàn)圖2。可以發(fā)現(xiàn)，隨著扒口寬度增加，扒口下泄流量增大，應(yīng)急扒口寬150 m時(shí)，最大扒口流量達(dá)到2 377.27 m3/s。

圖2 水庫(kù)發(fā)生5000年一遇洪水時(shí)，太湖沖通過(guò)副壩應(yīng)急扒口流量過(guò)程

6 結(jié)語(yǔ)

本文分析了溧陽(yáng)市大溪水庫(kù)遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水的風(fēng)險(xiǎn)情況，當(dāng)水庫(kù)遇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)洪水時(shí)，合理控制下泄流量，保障下游防洪安全；遇超設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，優(yōu)先保障水庫(kù)大壩安全，盡量減少下游災(zāi)害損失；遇超校核標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，按照全力保障水庫(kù)大壩安全的原則實(shí)施調(diào)度。同時(shí)，管理人員應(yīng)加強(qiáng)大壩和泄洪建筑物滲流監(jiān)測(cè)，水位監(jiān)測(cè)，庫(kù)區(qū)氣溫和雨量監(jiān)測(cè)。本文對(duì)于提高大溪水庫(kù)應(yīng)對(duì)超標(biāo)準(zhǔn)洪水突發(fā)事件的應(yīng)對(duì)能力，做好應(yīng)急處置工作具有一定的參考意義。