江西省某水電站潰壩洪水影響分析

摘 要：本文對(duì)江西省某水電站發(fā)生極端潰壩情況進(jìn)行預(yù)設(shè)，同時(shí)分析水電站下游發(fā)生的洪水過(guò)程，并對(duì)下游生命損失進(jìn)行估算。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)：電站潰壩洪水最大流量到達(dá)下游村莊的最短時(shí)間僅為2.85min，汛期水電站管理單位應(yīng)加強(qiáng)巡檢，由于群眾對(duì)潰壩事件和洪水嚴(yán)重性的理解程度難以改善，因此有效減少生命損失的方法是縮短警報(bào)時(shí)間。

關(guān)鍵詞：潰壩；洪水；生命損失

中圖分類號(hào)：TV 122" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

一旦水電站潰壩，就會(huì)直接影響電站下游人民群眾的生命及財(cái)產(chǎn)安全，導(dǎo)致下游交通、電力、通信中斷。特別是在極端降水頻發(fā)的情況下[1-3]，更應(yīng)該關(guān)注大壩下游的人口安全。潰壩分析一直受到眾多學(xué)者關(guān)注，例如，李雷等[4]利用洪水潰壩軟件分析了沙河電站潰壩的嚴(yán)重性，估算了風(fēng)險(xiǎn)人口。盛金保等[5]對(duì)我國(guó)歷史潰壩事件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，研究了潰壩的主要原因，并提出潰壩防范對(duì)策。本文假設(shè)在超標(biāo)準(zhǔn)洪水情況下，江西省某水電站發(fā)生極端潰壩事件，通過(guò)分析其對(duì)下游群眾造成的損失影響，為極端洪水情況提供決策支撐。

1 潰壩洪水分析

本電站位于低山丘陵區(qū)，永久性建筑物的擋水高度低于15m，且上下游水頭差小于10m，屬于低水頭河床式水電站工程。一般來(lái)說(shuō)，電站大壩潰壩前蓄水體、閘址水頭越高，破壞力也越大，其破壞能力與蓄水體、壩前上游水深、水頭、潰決過(guò)程以及閘址下游河道的兩岸地形密切相關(guān)。由于本電站水頭低，因此在正常運(yùn)行過(guò)程中，須根據(jù)水情變化及時(shí)啟閉閘門泄洪，通常不會(huì)發(fā)生電站突然被洪水沖垮的情況。這種壩的潰決屬于逐漸潰壩類型，引起潰壩的水流沖擊能力極強(qiáng)，從決口開(kāi)始時(shí)刻到基本形成穩(wěn)定的潰決斷面時(shí)，整個(gè)時(shí)間過(guò)程非常短暫，并可能會(huì)全部潰決。因此為了安全，當(dāng)計(jì)算壩址最大流量時(shí)，須考慮大壩可能瞬間全部潰決的情況。

1.1 潰壩斷面流量

經(jīng)分析，水電站潰壩決口后，潰壩洪水沿河道將到達(dá)人口密集區(qū)，附近有居民區(qū)、行政區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院等，本文在人口密集區(qū)及下游淹沒(méi)末端設(shè)立最大流量計(jì)算斷面。電站潰壩沿程所選斷面潰壩最大流量的計(jì)算過(guò)程如公式（1）所示。

（1）

式中：Q控M為控制斷面處潰壩最大流量（m3/s）；V為水電站潰壩時(shí)的蓄電站容（m3）；QM為壩址段面潰壩最大流量（m3/s）；L為壩址斷面至控制斷面的距離（m）；VM為洪水期河道斷面最大流速（m/s），在有資料的地區(qū)可采用特大洪水的最大流速，如無(wú)資料，那么山區(qū)可采用3.0m/s～5.0m/s，半山區(qū)可用2.0m/s～3.0m/s，平原區(qū)可采用1.0m/s～2.0m/s；K為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

1.2 潰壩洪水到達(dá)時(shí)間

本文分別計(jì)算了潰壩后不同斷面的洪水起漲時(shí)間和洪水到達(dá)時(shí)間，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。洪水起漲時(shí)間的計(jì)算過(guò)程如公式（2）所示。

（2）

式中：L為距壩址距離（m）；H0為壩上游水深（m）；V為電站潰壩時(shí)的蓄電站容（m3）；h0為潰壩洪水到達(dá)前下游計(jì)算斷面的平均水深（m）。

最大流量到達(dá)時(shí)間的計(jì)算過(guò)程如公式（3）所示。

（3）

式中：HM為最大流量時(shí)的平均水深，由已求出的最大流量和水位流量關(guān)系曲線求得。

從表1可知，離電站較近的斷面1的最大流量為4538m3/s，最大流量到達(dá)時(shí)間為2.85min。離電站較遠(yuǎn)的斷面4的最大流量為1841m3/s，最大流量到達(dá)時(shí)間為108min。當(dāng)電站遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水潰壩時(shí)，潰壩洪水將對(duì)下游產(chǎn)生重大經(jīng)濟(jì)損失。為了減少潰壩洪水產(chǎn)生的巨大損失，電站管理單位應(yīng)24h加強(qiáng)檢查工程運(yùn)行狀況，當(dāng)大壩發(fā)生滑坡潰決或壩體滑動(dòng)失穩(wěn)跡象時(shí)，立即報(bào)告防汛抗旱指揮部，爭(zhēng)取更多時(shí)間應(yīng)對(duì)潰壩洪峰，以最快速度將潰壩洪泛區(qū)內(nèi)的人員和重要財(cái)物轉(zhuǎn)移到安全地帶。

潰壩是毀滅性的洪水災(zāi)害，必須不惜一切代價(jià)避免這種重大事故的發(fā)生。如果發(fā)生了這種事故，就應(yīng)采取各種有效措施，努力減少災(zāi)害造成的損失。

當(dāng)電站有潰壩跡象或垮壩風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)立即采取以下措施。1）及時(shí)用電臺(tái)、電話分別向電站防汛領(lǐng)導(dǎo)小組、鎮(zhèn)防汛辦、縣水利局、縣防指匯報(bào)，并及時(shí)通知下游沿岸各單位，鄉(xiāng)鎮(zhèn)通知轄區(qū)有關(guān)行政村，由各行政村通知各自然村，立即組織村民和沿岸有關(guān)人員撤離到安全區(qū)。2）將老人、小孩安置到安全區(qū)域，告誡居民不要在低洼區(qū)活動(dòng)，轉(zhuǎn)移貴重財(cái)產(chǎn)、牲畜。由各社區(qū)（村）居民小組長(zhǎng)負(fù)責(zé)清查本社區(qū)（村）人員是否都撤離。3）轉(zhuǎn)移路線和地點(diǎn)可根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦翁攸c(diǎn)，以轉(zhuǎn)移方便、快速為原則，防洪搶險(xiǎn)隊(duì)伍、安全保衛(wèi)工作人員幫助沿途居民、群眾進(jìn)行疏散轉(zhuǎn)移。

2 損失估算

2.1 潰壩洪水嚴(yán)重性

潰壩洪水嚴(yán)重性Sd是一個(gè)表示洪水對(duì)居民等毀損程度的參數(shù)，Sd=水深（D）×流速（V）。可用計(jì)算斷面的潰壩洪水峰值流量與最大水面寬度之比DV值和某個(gè)斷面的最大水深（Dmax）與最大流速（Vmax）的乘積來(lái)綜合判定潰壩洪水嚴(yán)重性。

本次潰壩下游河段評(píng)價(jià)長(zhǎng)度共16.2km，淹沒(méi)面積共6.418km2，潰壩受影響人口總計(jì)3145人。電站下潰壩游洪水嚴(yán)重性見(jiàn)表2。

2.2 生命損失估算

潰壩生命損失估算應(yīng)考慮風(fēng)險(xiǎn)人口PAR、潰壩洪水嚴(yán)重性Sd、警報(bào)時(shí)間 WT、風(fēng)險(xiǎn)人口對(duì)潰壩洪水嚴(yán)重性的理解程度Ud等主要影響因素。可用Graham法計(jì)算潰壩生命損失，如公式（4）所示。

LOL=PAR·f" " （4）

式中：PAR為潰壩洪水淹沒(méi)范圍內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)人口；f為風(fēng)險(xiǎn)人口死亡率。

本次采用Graham法估算了在不同警報(bào)時(shí)間下（Wr=0h，0.25h，0.5h，1.0h，2.0h）的生命損失LOL，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。從表3可以看出，潰壩洪水嚴(yán)重性相對(duì)固定，群眾對(duì)潰壩事件和洪水嚴(yán)重性的理解程度在短時(shí)間內(nèi)難以改變，風(fēng)險(xiǎn)人口固定不變，變化最大的是警報(bào)時(shí)間。如果警報(bào)時(shí)間為0，那么將會(huì)有958人死亡；如果警報(bào)時(shí)間為2h，那么只會(huì)有1人死亡。生命損失隨著警報(bào)時(shí)間增加而迅速減少，如圖1所示。

上述分析的前提是電站必須具有較為完備且操作性較強(qiáng)的應(yīng)急預(yù)案，一旦警報(bào)發(fā)出，應(yīng)急指揮機(jī)構(gòu)就可以立即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，并有序地組織群眾有效撤退，否則生命損失將會(huì)增加。

3 潰壩應(yīng)急響應(yīng)

3.1 應(yīng)急響應(yīng)分類

應(yīng)急指揮機(jī)構(gòu)根據(jù)事件報(bào)告、降雨量、庫(kù)水位、出庫(kù)流量、工程險(xiǎn)情以及下游災(zāi)情等情況，組織應(yīng)急會(huì)商，分析研判事件性質(zhì)、發(fā)展趨勢(shì)、嚴(yán)重程度、可能后果等，確定預(yù)警級(jí)別和響應(yīng)措施，并適時(shí)向下游公眾、參與應(yīng)急響應(yīng)和處置的部門和人員發(fā)布預(yù)警信息。

發(fā)布事件預(yù)警級(jí)別根據(jù)可能后果劃分為Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)。

3.2 應(yīng)急響應(yīng)啟動(dòng)

應(yīng)急響應(yīng)級(jí)別對(duì)應(yīng)預(yù)警級(jí)別，相應(yīng)啟動(dòng)Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)響應(yīng)，并根據(jù)事態(tài)發(fā)展變化及時(shí)調(diào)整響應(yīng)級(jí)別。應(yīng)根據(jù)突發(fā)事件預(yù)警級(jí)別確定應(yīng)急響應(yīng)級(jí)別。Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)響應(yīng)由縣防汛抗旱指揮部啟動(dòng)，Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)響應(yīng)由縣防汛抗旱指揮部或由其授權(quán)啟動(dòng)。

突發(fā)事件警報(bào)和預(yù)警信息發(fā)布后，啟動(dòng)相應(yīng)級(jí)別應(yīng)急響應(yīng)。預(yù)案啟動(dòng)后，應(yīng)急組織體系開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，相關(guān)人員在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)就位，應(yīng)急處置隨即開(kāi)始，同時(shí)，向公眾發(fā)布預(yù)警信息，做好應(yīng)急撤離準(zhǔn)備。

3.3 應(yīng)急響應(yīng)終止

Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)響應(yīng)降級(jí)或終止是由縣防汛抗旱指揮部發(fā)布，Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)響應(yīng)降級(jí)或終止是由縣防汛抗旱指揮部或由其授權(quán)發(fā)布。

當(dāng)嚴(yán)重的洪水災(zāi)害趨勢(shì)減緩，工程險(xiǎn)情得到有效控制且完成災(zāi)區(qū)衛(wèi)生防疫工作后，結(jié)束相應(yīng)應(yīng)急響應(yīng)，同時(shí)縣防指協(xié)助進(jìn)一步恢復(fù)正常生活、生產(chǎn)、工作秩序、修復(fù)水毀基礎(chǔ)設(shè)施，盡可能減少突發(fā)事件帶來(lái)的損失和影響。

按照有關(guān)緊急防汛、防汛期間規(guī)定，在汛期結(jié)束后應(yīng)及時(shí)歸還征調(diào)的物資、設(shè)備和交通運(yùn)輸工具等。如果造成損失或者無(wú)法歸還，就按照國(guó)家有關(guān)規(guī)定給予適當(dāng)補(bǔ)償或作其他處理。取土占地，砍伐林木的物品，在汛期結(jié)束后依法向有關(guān)部門補(bǔ)辦手續(xù)并對(duì)取土后的土地進(jìn)行復(fù)墾，對(duì)砍伐的林木進(jìn)行補(bǔ)種。

4 潰壩應(yīng)急處置

針對(duì)極端潰壩事件帶來(lái)的巨大損失，需要采用以下7種應(yīng)急處置方案。1）根據(jù)電站大壩工程實(shí)際與突發(fā)事件分析結(jié)果，建立必要的水情測(cè)報(bào)、工程安全監(jiān)測(cè)與報(bào)警設(shè)施，并結(jié)合人工巡視檢查，建立突發(fā)事件預(yù)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)。每次洪水來(lái)臨前，檢查電站防汛計(jì)劃工作和安全檢查的落實(shí)情況，各種防范制度和措施執(zhí)行情況，特別是抗洪搶險(xiǎn)物資的準(zhǔn)備情況，對(duì)查出的問(wèn)題，以整改通知書(shū)的形式下達(dá)給責(zé)任單位，立即整改。2）應(yīng)急搶險(xiǎn)隊(duì)下設(shè)后勤保障組組長(zhǎng)，負(fù)責(zé)各類監(jiān)測(cè)儀器安全保障，巡視檢查的責(zé)任人需要及時(shí)掌握并記錄雨情、水情、工情、險(xiǎn)情和有關(guān)防汛應(yīng)急工作情況，加強(qiáng)溝通，做好信息上傳下達(dá)。巡視檢查人員應(yīng)密切監(jiān)視汛情發(fā)展動(dòng)態(tài)，做好預(yù)警工作。后勤保障組可提前在廠房門口，準(zhǔn)備好一定數(shù)量的泥砂袋和防雨布，以阻擋洪水進(jìn)入廠房，并按照發(fā)電廠房搶險(xiǎn)方案做好預(yù)防措施。3）巡視檢查責(zé)任人兼職電站突發(fā)事件信息報(bào)告員，在緊急情況下，可以通過(guò)電站設(shè)立的專用通信線對(duì)外通信，電站設(shè)有對(duì)外程控電話，當(dāng)專線出現(xiàn)故障時(shí)，可用外線聯(lián)系，滿足報(bào)汛報(bào)警需要。信息報(bào)告員應(yīng)當(dāng)及時(shí)向水電站項(xiàng)目部、應(yīng)急指揮機(jī)構(gòu)以及鎮(zhèn)人民政府報(bào)告突發(fā)事件信息。巡視檢查責(zé)任人應(yīng)對(duì)供電線路、通信線路進(jìn)行檢查清障，對(duì)設(shè)備接地進(jìn)行檢查，部分設(shè)備設(shè)置必要的避雷保護(hù)措施，保證供電和通信暢通。4）警報(bào)信號(hào)的發(fā)布條件為當(dāng)出現(xiàn)五十年一遇以上的洪水標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，除報(bào)告上級(jí)防汛部門和通知縣防汛和下游有關(guān)工程單位外，須緊急組織廠內(nèi)生產(chǎn)生活區(qū)向左岸山坡轉(zhuǎn)移，同時(shí)，做好壩下游群眾及時(shí)轉(zhuǎn)移工作。開(kāi)閘泄洪前30min鳴放泄洪警報(bào)。警報(bào)信號(hào)特別是人員撤離轉(zhuǎn)移信號(hào)應(yīng)事先約定，納入預(yù)案，并向公眾公布。應(yīng)急搶險(xiǎn)分隊(duì)隊(duì)員進(jìn)入戰(zhàn)備狀態(tài)，隨時(shí)聽(tīng)從指揮。5）當(dāng)預(yù)報(bào)有大暴雨經(jīng)過(guò)水電站流域時(shí)，水電站所有在職職工必須到崗，當(dāng)庫(kù)水位超過(guò)汛限水位時(shí)，全面啟動(dòng)《水電站防汛搶險(xiǎn)應(yīng)急預(yù)案》。6）應(yīng)急指揮機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)及時(shí)匯總分析突發(fā)事件隱患和預(yù)警信息，必要時(shí)應(yīng)組織專家組進(jìn)行會(huì)商，對(duì)發(fā)生突發(fā)事件的可能性及其可能造成的影響進(jìn)行評(píng)估。當(dāng)發(fā)生洪水時(shí)啟用洪水預(yù)案。7）應(yīng)根據(jù)事態(tài)的發(fā)展適時(shí)調(diào)整并重新發(fā)布預(yù)警級(jí)別。當(dāng)事實(shí)證明不可能發(fā)生突發(fā)事件或者危險(xiǎn)已經(jīng)解除時(shí)，應(yīng)當(dāng)立即宣布解除警報(bào)，終止預(yù)警期，并應(yīng)解除已經(jīng)采取的有關(guān)措施，洪水回落后，全力做好災(zāi)情的匯總、整理、上報(bào)工作。

5 結(jié)論

本文通過(guò)預(yù)設(shè)江西省某水電站發(fā)生潰壩，計(jì)算水電站下游發(fā)生的洪水過(guò)程，并對(duì)下游生命損失進(jìn)行估算，提出應(yīng)急處置方案。得出以下結(jié)論。1） 離電站較近的斷面1最大流量為4538m3/s，最大流量到達(dá)時(shí)間為2.85min。離電站較遠(yuǎn)的斷面4最大流量為1841m3/s，最大流量到達(dá)時(shí)間為108min。當(dāng)電站遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水潰壩時(shí)，潰壩洪水將對(duì)下游產(chǎn)生重大經(jīng)濟(jì)損失。為了減少潰壩洪水產(chǎn)生的巨大損失，電站管理單位應(yīng)24h加強(qiáng)檢查工程運(yùn)行狀況，當(dāng)大壩發(fā)生滑坡潰決或壩體滑動(dòng)失穩(wěn)跡象時(shí)，立即報(bào)告縣防汛抗旱指揮部。2）潰壩洪水嚴(yán)重性相對(duì)固定，群眾對(duì)潰壩事件和洪水嚴(yán)重性的理解程度在短時(shí)間內(nèi)難以改變，風(fēng)險(xiǎn)人口固定不變，變化最大的是警報(bào)時(shí)間。如果警報(bào)時(shí)間為0，那么將會(huì)有958人死亡。生命損失隨著警報(bào)時(shí)間增加而迅速減少。

參考文獻(xiàn)

[1]江志紅，丁裕國(guó)，陳威霖.21世紀(jì)中國(guó)極端降水事件預(yù)估[J].氣候變化研究進(jìn)展，2007，3（4）：202-207.

[2]王苗，郭品文，鄔昀，等.我國(guó)極端降水事件研究進(jìn)展[J].氣象科技，2012，40（1）：79-86.

[3]張小瑩.我國(guó)極端降水時(shí)空特征及風(fēng)險(xiǎn)分析[D].上海：上海師范大學(xué)，2015.

[4]李雷，彭雪輝，周克發(fā).溧陽(yáng)市沙河電站東副壩潰壩生命損失估算[J].水利水電科技進(jìn)展，2008，28（1）：46-49.

[5]盛金保，李宏恩，盛韜楨.我國(guó)電站潰壩及其生命損失統(tǒng)計(jì)分析[J].水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)，2023（1）：1-15.