吳淑艷

（山西省汾河一壩管理局）

1 水庫概況

龍王溝水庫地處陽曲縣黃寨鎮(zhèn)楊興河上，壩控流域面積17.3 km2，1972年建成投入使用。大壩為土壩，壩高10 m，壩長76 m，總庫容50萬m3，其中，防洪庫容30萬m3，興利庫容17萬m3，死庫容10萬m3。泄洪建筑物為岸坡式，泄洪能力為38.56 m3/s。屬?。?）型水庫，其主要功能是緩洪，并為農(nóng)田灌溉提供水源。工程等別為Ⅳ等，其主要建筑物級(jí)別為4級(jí)，次要建筑物級(jí)別為5級(jí)。壩控流域地勢(shì)北高南低，呈羽形，流域地貌以黃土丘陵階地為主，植被覆蓋稀疏，水土流失嚴(yán)重。流域下游為河谷階地，多為農(nóng)田，地勢(shì)平緩，排水不暢。水庫設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇，相應(yīng)洪峰流量為152 m3/s；校核標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇，相應(yīng)洪峰流量為263.9 m3/s。

2 水庫運(yùn)行管理及水情監(jiān)測(cè)

龍王溝水庫管理單位為黃寨村委，主管部門為黃寨鎮(zhèn)政府，水行政主管部門為陽曲縣水務(wù)局。水庫管理運(yùn)行調(diào)度由水庫管理單位報(bào)縣防汛抗旱指揮部辦公室批準(zhǔn)執(zhí)行。

目前，龍王溝水庫上游無水文測(cè)站，編制有龍王溝水庫防洪應(yīng)急預(yù)案。為確保汛期防洪安全，水庫制定了調(diào)度運(yùn)用計(jì)劃，對(duì)發(fā)生不同標(biāo)準(zhǔn)的洪水分別采取調(diào)度措施。

3 水庫突發(fā)事件分析

根據(jù)龍王溝水庫大壩現(xiàn)有工程情況及流域洪水特點(diǎn)、環(huán)境變化、工程地質(zhì)情況，結(jié)合工程安全現(xiàn)狀、水庫運(yùn)行管理水平、水庫功能以及區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展環(huán)境等綜合分析，水庫發(fā)生影響社會(huì)安全的突發(fā)性事件可能性較小，可能導(dǎo)致水庫出現(xiàn)重大險(xiǎn)情的種類有：溢洪道無法正常泄洪、下游河道無法安全宣泄水庫下泄洪水，以及壩體管涌和局部脫漏。

若出現(xiàn)以上險(xiǎn)情，可能導(dǎo)致壩體受損變的單薄，水庫蓄水位迅速升高，大壩本身無法承受巨大壓力而發(fā)生傾覆或潰決，從而致使水庫工程受損無法發(fā)揮其正常效益，同時(shí)也會(huì)對(duì)下游的城鎮(zhèn)、人民群眾的生命及財(cái)產(chǎn)安全、電力設(shè)施、通訊設(shè)施等造成不可估量的損失。

4 潰壩分析及計(jì)算

根據(jù)龍王溝水庫多年來的運(yùn)行情況，可能導(dǎo)致水庫大壩潰決的主要因素有：超標(biāo)準(zhǔn)洪水、工程隱患、地質(zhì)災(zāi)害、地震災(zāi)害等。根據(jù)實(shí)際情況，只考慮研究遇到超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)而造成的垮壩。

由于潰壩水流沖擊能力極強(qiáng)，從決口開始到基本形成最終穩(wěn)定斷面時(shí)為止，為時(shí)甚短（一般0.5 h左右）。一般峽谷區(qū)的土石壩水庫壩長較短，可能全部潰決；丘陵區(qū)或平原區(qū)水庫，壩長達(dá)幾公里，一般只潰主要部分，即橫向局部潰壩。

龍王溝水庫大壩為土壩，根據(jù)潰壩類型的分析，結(jié)合土壩的特點(diǎn)以及大壩潰壩對(duì)下游產(chǎn)生后果的嚴(yán)重性及影響的惡劣性，在計(jì)算分析時(shí)，按大壩瞬時(shí)橫向局部一潰到底情況考慮。

4.1 潰壩決口寬度

計(jì)算公式:

式中：b——潰壩決口平均寬度，m；

W——潰壩時(shí)蓄水量，萬m3；

B——潰壩時(shí)沿壩前水面寬度或壩頂長度，m；

H——潰壩時(shí)水頭或潰壩時(shí)壩前水深，m；

k——與壩體土質(zhì)有關(guān)的系數(shù)，黏土取0.65，壤

土取1.3。經(jīng)計(jì)算，b=21.32 m。

4.2 垮壩流量

根據(jù)《水力計(jì)算手冊(cè)》，大壩瞬時(shí)橫向局部一潰到底的最大流量Qm計(jì)算公式：

式中：Qm——潰壩最大流量，m3/s；

b——潰壩決口平均寬度，m；

H0——潰壩時(shí)水頭或潰壩時(shí)壩前水深，m。

由資料知：垮壩前的水位為853.46 m，上游庫區(qū)淤積高程849.8 m，H0=3.66 m。

經(jīng)計(jì)算：Qm=190.235 m3/s。

4.3 決口處水深

計(jì)算公式：

式中：hd——決口處水深，m。其他符號(hào)同前。

經(jīng)計(jì)算hd=3.015 m。

4.4 決口處流速

計(jì)算公式：

式中：vd——決口處流速，m/s。其他符號(hào)同前。

經(jīng)計(jì)算vd=2.955 m/s。

4.5 垮壩后泄空時(shí)間

計(jì)算公式：

式中：T——泄空時(shí)間，s；

K——系數(shù)，四次拋物線一般為4-5，2.5次拋物線為3.5；

W——水庫垮壩前的蓄水庫容，m3。

經(jīng)計(jì)算：T=13 062 s。

4.6 潰壩流量演進(jìn)

計(jì)算方法很多，如非恒定流的河道洪水演進(jìn)、馬斯京根法等。由于水庫潰壩的洪水過程線較陡，這些方法應(yīng)用有一定的限制，同時(shí)考慮與壩址處最大洪峰流量計(jì)算方法相銜接，選用目前常用的經(jīng)驗(yàn)公式—潰壩洪水演進(jìn)公式：

式中：QLM——演進(jìn)至距壩址L（m）處的潰壩最大流量，m3/s；

W——水庫潰壩時(shí)的庫容，m3；

QM——壩址處的潰壩最大流量，m3/s；

L——距壩址的距離，m；

v——河道洪水期斷面最大平均流速，一般山區(qū)取3-5 m3/s，半山區(qū)取2-3 m3/s，平原區(qū)取1-2 m3/s；

K——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般山區(qū)取1.1-1.5，半山區(qū)

取1.0，平原區(qū)取0.8-0.9。

黃河水利委員會(huì)水利科學(xué)研究所根據(jù)實(shí)際資料分析認(rèn)為，上式中的vK值應(yīng)取：山區(qū)7.15，半山區(qū)4.76，平原區(qū)3.13。據(jù)此，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 龍王溝水庫潰壩洪水演進(jìn)計(jì)算成果表

4.7 垮壩淹沒范圍

據(jù)測(cè)算，龍王溝水庫垮壩后的淹沒面積為0.6 km2，淹沒農(nóng)田266.7 hm2，受災(zāi)人口1.3萬人，工廠企事業(yè)單位6個(gè)，影響主要公路鐵路4條，房屋4 500間。涉及被淹沒村鎮(zhèn)有：黃寨鎮(zhèn)、園子村、河里村和青龍鎮(zhèn)。詳見表2。

表2 龍王溝水庫潰壩洪水淹沒估算表

5 水情工情監(jiān)測(cè)及應(yīng)急調(diào)度

5.1 水情工情監(jiān)測(cè)

按照“早發(fā)現(xiàn)、早報(bào)告、早處置”的原則，加強(qiáng)對(duì)壩體、壩基和壩肩滲漏點(diǎn)、溢洪道、放水涵洞等存在安全隱患的部位，每天進(jìn)行重點(diǎn)巡視檢查監(jiān)控，做好風(fēng)險(xiǎn)分析，對(duì)水庫大壩可能發(fā)生的突發(fā)事件進(jìn)行及時(shí)預(yù)警。由于龍王溝水庫大壩為均質(zhì)土壩，所以水庫管理人員應(yīng)配合專業(yè)技術(shù)人員在汛前和汛后對(duì)水庫建筑物進(jìn)行全面徹底的檢查，發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情后及時(shí)進(jìn)行整治。在汛期，要經(jīng)常巡回檢查觀察，具體時(shí)間、次數(shù)及內(nèi)容，根據(jù)水情工情具體情況合理安排。

5.1.1 壩體的觀察檢查

（1）壩體裂縫。壩體有無裂縫，裂縫是平行于軸線的縱縫，還是垂直于軸線的橫縫，或者是圓弧形縫，并度量縫寬、縫長及縫深。對(duì)于縱縫要注意其平面形狀及延展趨向，橫縫則應(yīng)著重查明其深度是否貫穿壩體，圓弧形裂縫要注意其延伸范圍及滑動(dòng)錯(cuò)落情況。對(duì)于可能導(dǎo)致重大險(xiǎn)情的裂縫，要加強(qiáng)觀察，分析和判斷發(fā)生的原因，密切注意其變化趨勢(shì)。

（2）滲水與塌陷。對(duì)背水坡、接合部、坡腳一帶注意觀察有無散浸、漏水、管涌、流土及地面凸起軟化等現(xiàn)象，并觀察壩頂及壩坡有無滑坍、塌陷。

5.1.2 放水涵洞的觀察檢查

（1）放水涵洞有無裂縫、滲漏、管涌、坍塌、傾斜、滑動(dòng)現(xiàn)象，表面有無脫殼松動(dòng)或侵蝕現(xiàn)象。

（2）放水涵洞與壩體結(jié)合部有無縫隙、滲漏、蟄陷、水溝等損壞現(xiàn)象。

（3）放水涵洞出口與下游河道銜接是否順暢。

5.1.3 溢洪道的觀察檢查

因溢洪道在2012年應(yīng)急除險(xiǎn)加固時(shí)對(duì)其進(jìn)行了改建完善，泄槽段為鋼筋混凝土斷面，出口設(shè)消能設(shè)施，因此，溢洪道的檢查重點(diǎn)是出口段與現(xiàn)狀河道的銜接，水流是否通暢。

觀察檢查的方式主要靠眼看、耳聽、手摸或借助簡單工具（人工或機(jī)械錐探）進(jìn)行，必要時(shí)采用電測(cè)法探測(cè)壩體內(nèi)部隱患。

5.2 應(yīng)急調(diào)度

黃寨村委應(yīng)加強(qiáng)水庫的日常管理和巡查，在巡查中發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，應(yīng)以最有效的方式向鎮(zhèn)防汛抗旱指揮部匯報(bào)。

當(dāng)入庫水位達(dá)851.7 m（正常蓄水位）時(shí)，溢洪道準(zhǔn)備泄洪，搶險(xiǎn)隊(duì)進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)，按責(zé)任地段實(shí)施巡壩查險(xiǎn)和出險(xiǎn)部位加固，0.5 h觀察1次，重點(diǎn)檢查壩頂、上下游壩坡、下游壩腳、溢洪道進(jìn)口等部位。

當(dāng)入庫水位達(dá)852.32 m（設(shè)計(jì)洪水位）時(shí)，溢洪道自由泄洪，搶險(xiǎn)隊(duì)進(jìn)入緊急防守狀態(tài)，按責(zé)任地段實(shí)施巡壩查險(xiǎn)和出險(xiǎn)部位加固，10 min觀察1次，重點(diǎn)檢查壩頂、上下游壩坡、下游壩腳、溢洪道進(jìn)口等部位。

當(dāng)入庫水位達(dá)853.46 m（校核洪水位）時(shí)，溢洪道自由泄洪（溢洪道堰頂高程854.54 m），搶險(xiǎn)隊(duì)進(jìn)入特別緊急防守狀態(tài)，按責(zé)任地段實(shí)施巡壩查險(xiǎn)和出險(xiǎn)部位加固，24 h不間斷循環(huán)觀察，重點(diǎn)檢查壩頂、上下游壩坡、下游壩腳、溢洪道進(jìn)出口等部位。同時(shí)鎮(zhèn)人武部指揮其他民兵協(xié)助鎮(zhèn)政府組織險(xiǎn)區(qū)群眾轉(zhuǎn)移、護(hù)廠以及搶救人民生命財(cái)產(chǎn)和國家財(cái)產(chǎn)。

6 結(jié)語

對(duì)陽曲縣龍王溝水庫潰壩計(jì)算分析與安全管理探討，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)解決水庫突發(fā)事件，并對(duì)潰壩的影響進(jìn)行評(píng)估，從而有效預(yù)防、規(guī)范處理險(xiǎn)情、減小造成重大經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)保證人民的生命財(cái)產(chǎn)安全具有重要的意義。