某水庫洪水潰壩分析

更新時(shí)間:2023-05-31 04:35:15 閱讀：評論：0

第1期（總第219期）

摘要?

文中通過利用我國中小型水庫常用的潰壩模型對某水庫如果發(fā)生潰壩時(shí)的潰壩洪水計(jì)算與洪水演進(jìn)分析，確定相關(guān)參數(shù)，計(jì)算得到最大洪峰流量為43862.09m 3/s ，泄空時(shí)間為0.625h ，潰

壩洪水量極大、洪水演進(jìn)迅速。通過分析潰壩洪水過程及其對下游的影響，為當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門采取措施，防止?jié)魏樗畬ο掠卧斐傻奈：μ峁┮罁?jù)。

關(guān)鍵詞：水庫；潰壩洪水；洪水演進(jìn)中圖分類號：TV122+.4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

Analysis on Flood Dam-break of a Rervoir

NING Guo-feng Abstract:In this paper ，the dam-break flood calculation and flood routing analysis of a rervoir are carried out by

using the dam-break models commonly ud in medium and small-sized rervoirs in China ，and the related parameters

are determined.The maximum peak discharge is 43862.09m 3/s ，and the discharge time is 0.625h ，the amount of dam-break flood is very large and the flood routing is rapid.Through the analysis of the process of dam-break flood and

its impact on the downstream ，the paper provides the basis for local departments to take measures to prevent the damage

caud by dam-break flood to the downstream.Key words ：rervoir ；dam-break flood ；flood routing

某水庫洪水潰壩分析

寧國鋒

（晉中市水利勘測設(shè)計(jì)院山西晉中030600）

收稿日期：2020-11-12

修回日期：2020-11-17

作者簡介：寧國鋒（1986-），女，2013年工程碩士研究生畢業(yè)于北京工業(yè)大學(xué)水利水電工程專業(yè)，

工程師。文章編號：1006-8139（2021）01-035-02

山西水利科技

大壩潰決是一種低概率、危害高的社會災(zāi)害。潰壩后，將對當(dāng)?shù)厣鐣斐刹豢晒懒康膿p失。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展。潰壩洪水越來越得到人們高度重視。本文對山西中部盆地地區(qū)某中型水庫如果發(fā)生潰壩時(shí)的潰壩洪水進(jìn)行計(jì)算。通過分析知，水庫潰壩后將造成6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，106個(gè)村莊受災(zāi)，

淹沒面積186km 2，涉及人口達(dá)19.4萬人，耕地1.87萬hm 2。因此，當(dāng)?shù)夭块T應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，提前采取相關(guān)措施，避免災(zāi)害發(fā)生。

水庫概況

1.1水文概況

水庫距某縣城25km ，屬于黃河流域汾河水系，水

庫控制流域面積576km 2。干流長56km ，縱坡13.7‰。其中：土石山區(qū)472km 2，占流域面積的82%。森林區(qū)104km 2，

占流域面積的18%，平均寬10.3km 。水庫總庫容2449.5萬m 3。防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇洪水設(shè)計(jì)，1000年一遇洪水校核。

1.2工程概況

該水庫是一座以防洪、灌溉、城市供水、農(nóng)村人畜

吃水、下游開發(fā)區(qū)供水及下游濕地注水為一體的中型水庫。水庫樞紐由大壩、輸水洞、泄洪洞三部分組成。大壩為碾壓均質(zhì)土壩，壩高44m ，壩頂長502m ，頂寬

6m 。

水庫建成以來灌溉效益逐年增加，水庫為下游灌溉、城市供水、農(nóng)村人畜吃水、下游開發(fā)區(qū)供水總量

2021年2月

58222萬m3，累計(jì)水費(fèi)1437.03萬元。攔蓄大小洪水共21次，1977年7月經(jīng)受了歷史上罕見的特大洪水襲擊，入庫洪峰達(dá)1832m3/s，而出庫最大泄量僅為407m3/s，消減洪峰78%，為下游人民避免了一場災(zāi)難性的損失，經(jīng)濟(jì)評價(jià)防洪總效益為71176萬元。2大壩潰決分析

2.1潰壩可能發(fā)生的原因

導(dǎo)致大壩發(fā)生潰決的主要因素是超標(biāo)準(zhǔn)地震及戰(zhàn)爭或恐怖活動，超標(biāo)準(zhǔn)洪水也是導(dǎo)致大壩潰決的主要因素。

2.2假定潰壩的形式

水庫的潰決形式一般從規(guī)模上分為全潰和局部潰決；從時(shí)間上分為瞬時(shí)潰和逐漸潰。大壩的潰決形式主要取決于壩的類型、壩的基礎(chǔ)和潰壩的原因。2.3潰壩過程

瞬時(shí)潰壩最大流量出現(xiàn)在潰壩初瞬，其流量過程線呈下凹形退水曲線，潰壩洪水波向下游傳播的總趨勢是不斷坦化。逐漸潰壩最大流量一般出現(xiàn)在最終潰口形成的瞬時(shí)。當(dāng)潰口尺寸相等時(shí)，漸潰最大流量要小于瞬潰的數(shù)值，且洪水過程線較瞬潰的平緩。3潰壩洪水計(jì)算

該水庫大壩為碾壓均質(zhì)土壩，潰決形式一般為逐漸局部潰決。潰壩洪水采用水力計(jì)算手冊第二版（武漢大學(xué)水利水電學(xué)院水力學(xué)流體力學(xué)教研室主編）中公式進(jìn)行計(jì)算。

1）土壩潰決口門平均寬度值采用下列公式[1]：

b=k（W

√×B

√×H）1/2

式中：b——

—土壩潰決口門平均寬度，m；

W——

—潰壩時(shí)庫蓄水量，為2115.5萬m3；

B0——

—潰壩時(shí)壩前水面寬度，為495m；

H0——

—潰壩時(shí)壩前水深，為32.53m；

k——

—

與壩體土質(zhì)有關(guān)的系數(shù)，壤土取1.3。

將參數(shù)代入式中，計(jì)算得潰決口門平均寬度為237.2m。

2）水庫潰壩壩址處最大流量值采用下列公式[1]：

Q max=827g√B b[]14bH3/20

式中：Q max——

—潰壩時(shí)壩址處最大流量；

B——

—大壩斷面平均寬度，為300m；

H0——

—潰壩前壩前水深，為32.53m；

g——

—

重力加速度。

將參數(shù)代入式中，求得Q max為43311.49m3/s。

水庫遭遇特大洪水時(shí)輸水洞、泄洪洞雙洞最大下泄流量為550.6m3/s，在壩址下游不遠(yuǎn)處注入河道，因此潰壩流量計(jì)算時(shí)應(yīng)計(jì)入雙洞最大下泄流量，即：水庫潰壩壩址處最大流量Q M=Q max+Q雙洞=43311.49+ 550.6=43862.09m3/s。

4潰壩洪水演進(jìn)

1）沿程洪峰流量計(jì)算。

潰壩洪水演進(jìn)至下游斷面時(shí)洪峰流量按下列公式[1]計(jì)算：

Q L=W

W/Q M+L/（vk）

式中：L——

—距壩址距離，m；

W——

—水庫潰壩時(shí)的庫容，m3；

Q M——

—壩址處的潰壩最大流量，m3/s；

K——

—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，半山區(qū)河道取1.0；

v——

—河道洪水期斷面最大平均流速，半山區(qū)采

用2.0~3.0m/s，本文根據(jù)實(shí)際情況取值；

Q L——

—計(jì)算斷面最大流量，m3/s。

計(jì)算求得水庫潰壩洪水自壩址向下游共14個(gè)斷面處的最大流量，見表1。

2）水庫泄空時(shí)間計(jì)算

庫水泄完時(shí)間T按下式[1]計(jì)算：

T=KW/Q M

式中：K——

—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取4.5；

Q M——

—壩址處的潰壩最大流量，m3/s；

W——

—水庫潰壩時(shí)的庫容，m3。

經(jīng)試算，T=0.625h，即37.5min庫水泄完。3）確定潰壩時(shí)泄流歷時(shí)值計(jì)算公式[1]如下：

t2=K2L1.4

W0.2H00.5h0.25

式中：L——

—距壩址距離，m；

W——

—可泄庫容，m3；

t2——

—洪峰到達(dá)時(shí)間，s；

H0——

—壩上游水深，m；

h M——

—潰壩最大流量時(shí)平均水深；

K2——

—系數(shù)取值為0.8~1.2，本文根據(jù)實(shí)際情況取1.0。

水庫潰壩洪水計(jì)算結(jié)果見表1。

寧國鋒：某水庫洪水潰壩分析

（下轉(zhuǎn)第39頁）36

第1期（總第219期）5

影響范圍內(nèi)有關(guān)情況

水庫潰壩后將造成6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)及一個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的106

個(gè)村莊受災(zāi)，淹沒面積186km 2，涉及人口達(dá)19.4萬人，耕地1.87萬hm 2。

6結(jié)語

由于水庫潰壩機(jī)理及情況復(fù)雜，資料又不完善，

各種計(jì)算方法結(jié)果可能相差較大。此次水庫潰壩洪水分析只是粗略估算，可為今后該水庫潰壩洪水精確分析提供參考依據(jù)。參考文獻(xiàn)：

［1］李煒.水力計(jì)算手冊第二版［M ］.北京：

中國水利水電出版社，2006.

表1

水庫潰壩洪水計(jì)算成果表土進(jìn)行堵漏處理。

2）

對待處理段管道（長度約1m ）表面的環(huán)氧煤瀝青涂料采取了打磨處理。

3）

在裂縫1下游側(cè)利用厚10mm 、寬度300mm 鋼板緊靠鎮(zhèn)墩打鋼抱箍，并在抱箍內(nèi)與鎮(zhèn)墩處預(yù)壓直徑30mm 的橡膠止水圈，其后先用油麻絲填充壓實(shí)約

30mm ，

再用環(huán)氧砂漿填充約240mm 。4）

在裂縫1上游側(cè)利用厚10mm 、寬度500mm 鋼板打鋼抱箍，并與下游300mm 寬的鋼抱箍焊接為整體。抱箍周圍（至少在頂部和底部）分別預(yù)留直徑

20~30mm 的灌漿和排水孔，數(shù)量根據(jù)現(xiàn)場滲漏排水量和灌漿確定。這樣將結(jié)合上游第二道裂縫的鋼包封處理對第一道滲漏裂縫周圈全部進(jìn)行封閉處理。

5）

對已包封管段底部采用臨時(shí)支護(hù)措施進(jìn)行支護(hù)。6）

對已包封段上游管體第二道裂縫（裂縫2）采用厚10mm 、寬度1250mm 鋼板打鋼抱箍，并與下游

800mm 寬的鋼抱箍焊接為整體。

在距鋼抱箍上游側(cè)350mm 處的里側(cè)位置預(yù)設(shè)直徑20mm 的鋼筋作為擋

塊使用，鋼筋外側(cè)預(yù)壓25mm ×30mm 的遇水膨脹橡膠條一圈，沿上游方向先用油麻絲填充壓實(shí)約50mm ，再用環(huán)氧砂漿填充約270mm 。抱箍周圍（至少在頂部和底部）分別預(yù)留直徑20~30mm 的灌漿和排水孔，數(shù)量根據(jù)現(xiàn)場排水量和灌漿確定。這樣既把第一、二道裂縫周圈全部進(jìn)行封閉止水，避免以后發(fā)生漏水隱患，同時(shí)還起到加固作用。

7）

對2050mm 段抱箍內(nèi)部間隙及裂縫采用微膨脹水泥砂漿進(jìn)行回填灌漿處理，灌漿壓力為0.4MPa 。灌漿從包封底部注漿，待頂部出漿孔出漿后，使灌漿壓力控制在0.4MPa ，持續(xù)穩(wěn)定5min 結(jié)束。

8）

為確保包封加固段管道與鎮(zhèn)墩整體結(jié)合，在鎮(zhèn)墩上游側(cè)面沿管道周圈，在鎮(zhèn)墩端面打錨桿，錨桿直徑為25mm ，間距400mm ，伸入鎮(zhèn)墩1000mm ，外露

150m ，

錨桿總長度為1150mm 。9）

管道局部基礎(chǔ)處理：對開挖段管道基礎(chǔ)鋪設(shè)級配碎石墊層，利用人工夯填處理，處理厚度為開挖基坑底部至管道外徑120°管基范圍，處理寬度為開挖底寬。10）

鋼筋混凝土包封：在鋼抱箍外側(cè)采用鋼筋混凝土進(jìn)行包封，混凝土強(qiáng)度為C25，抗?jié)BW6，鋼筋為

HRB335，

環(huán)向、縱向鋼筋直徑均為20mm ，環(huán)向鋼筋間距250mm ，縱向間距250mm ，縱向鋼筋與錨桿焊接。包封厚度為300mm ，外部采用圓形鋼模板，模板不再拆除。混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)應(yīng)執(zhí)行相關(guān)規(guī)范，并采取冬季施工措施。

11）

回填：溝槽回填不應(yīng)采用凍土，管身腰部以下壓實(shí)度不小于0.95，上部不小于0.90。3回填和耕地平整

最后確定可實(shí)施場區(qū)回填工作時(shí)，按照安裝

PCCP 管道回填的技術(shù)規(guī)范，

將施工范圍內(nèi)管線及原有耕地實(shí)施恢復(fù)，并進(jìn)行移交。

王國君：PCCP 標(biāo)準(zhǔn)管折裂漏水應(yīng)急處理施工工藝

（上接第36頁）

距大壩

L /m 流量Q /（m 3/s ）水深

h m /m 洪水傳播速度v /（m/s ）

洪峰到

達(dá)時(shí)間t 2/min 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)k 21480