大连市朱隈水库超标准洪水应急方案的探讨

宋宪武 叶青 大连市水利建筑设计院 116021

大连市朱隈水库超标准洪水应急方案的探讨

宋宪武 叶青 大连市水利建筑设计院 116021

朱隈水库位于大连市庄河西支流上，是一座大（2）型水库，主坝为黏土心墙坝，水库下游河道穿越城市区。超标准洪水应急预案以保证主坝安全为前提，同时考虑尽量减少因提前启动而造成的水库经济效益损失。本文对朱隈水库的超标准洪水进行了分析计算，介绍了溃坝决口宽度的计算方法，并且对拟定的不同启动水位方案进行了溃坝调洪计算，选择了合理的溃坝时机。最后介绍了溃坝结构设计。

超标准洪水；应急方案；溃坝；决口宽度；设计

Excess of the standards flood; Emergency plan; Dam-break；Burst width; Design

1 前言

朱隈水库位于大连市庄河西支流上，水库坝址以上流域面积260.1km2，水库总库容1.66亿m3，水库下游河道穿越大连庄河市，城市人口18万人，如果发生超标准洪水导致水库大坝溃坝后将对下游广大人民造成巨大的生命财产损失。因此对朱隈水库的超标准洪水进行分析计算，提出适度可行的超标准洪水应急方案是十分必要的。

2 工程概况

朱隈水库建于1958年3月，1993年进行水库除险加固。水库总库容16562万m3，为大（2）型水库，主坝为黏土心墙土坝，最大坝高19.50m。水库共有四座副坝，副坝均为风化砂均质坝，水库除险加固时一、二、三副坝采用链条机开槽铺土工膜防渗，现状水库大坝特征值见表1。溢洪道为明渠引水式，闸室为平底无坎宽顶堰，堰顶高程37.50m，堰上设三扇弧形钢闸门，每孔闸门净宽7.0m，总净宽21.0m。

朱隈水库死水位为31.45m，正常高水位为43.26m，防洪限制水位为42.94m，设计洪水标准为100年一遇，设计洪水位44. 31m，校核洪水标准为2000年一遇，校核洪水位45.86m。

朱隈水库一、二副坝相距较近，溃坝水流容易引起相邻副坝的坝脚冲刷，三副坝所处位置相对独立，影响范围内没有重要建筑物，因此确定三副坝为溃坝首选，根据三副坝坝型及地形、地貌和地质等特点，采取在三副坝上增设闸门的方案，在超标准洪水发生后，水位超过现有校核洪水位继续上升到某个拟定危险高程时，启动应急预案，即开启三副坝闸门，通过自溃泄流来降低水库超标准洪水水位，以确保水库主坝的安全。

3 超标准洪水应急方案

3.1 水库现状超标准洪水分析

朱隈水库溢洪道净宽21.0m，堰顶高程37.50m，有闸门控制，起调水位即为汛期防洪限制水位42.94m，在整个调洪过程中保持库水位不低于起调水位，即当来水小于起调水位时闸门全开时的泄量时，用闸门控制泄量，使水位保持不变。水库现状发生超标准洪水时的调洪成果见表2，5000年一遇洪水最高水位为46.19m，10000年一遇洪水最高水位为46.43m。

表1 水库大坝主要特性表

根据《碾压式土石坝设计规范》，坝顶超高y=R+e+A，其中R为波浪爬高，e为风壅水面高度，A为安全加高。在超标准洪水的情况下可不计入安全加高，即最高洪水位加波浪爬高和风壅水面高度应小于现有防浪墙顶高程。经过计算当最高洪水位为46.25m时，坝顶超高为1.24m，低于现有防浪墙顶高程47.50m。由调洪成果可知当水库遭遇10000年一遇洪水时，最高水位46.43m加上坝顶超高后超过的防浪墙顶，越浪将造成坝体破坏，因此必须采取措施将超标准洪水的最高洪水位控制在46.25m以内。

表2 水库现状超标准洪水调洪成果表

3.2 溃坝决口宽度

由于溃坝水流冲击能力极强，从决口开始到基本形成最终稳定断面时为止，为时甚短，一般半小时左右，为安全计可考虑按瞬时溃坝处理。峡谷区的土坝可能全部溃决，丘陵区或平原区的坝体较长，一般只溃主要部分，即横向局部溃坝。土坝抗冲能力很差，已有实际资料证明决口冲刷到基础甚至形成局部冲刷坑。根据黄河水利委员会水利科学研究所实际资料分析求得的土坝溃坝决口宽度计算公式为：

式中：b ——溃坝决口平均宽度（m）；

W——溃坝时蓄水量（万m3）；

B——溃坝时沿坝前水面宽度或坝顶长度（m）；

H——溃坝时水头或溃坝时坝前水深（m）；

k——与坝体土质有关的系数，粘土约为0.65，壤土约为1.3。

通过计算，三副坝在洪水冲刷下决口宽度为80.0m，根据地形、地质条件推断平均底高程将达到42.00m。

3.3 溃坝启动水位的确定

水库选择合理的溃坝时机非常关键，首先要以保证主坝安全为前提，同时还要尽量减少因提前启动而造成的水库经济效益损失。

朱隈水库溃坝启动水位的确定是通过对拟定的不同启动水位方案进行调洪计算，得出相应的最高洪水位，然后判断选择合理的溃坝启动水位。

溃坝洪水调节计算原则如下：

a、当来水小于起调水位时闸门全开的泄量时，用闸门控制泄量，使水位保持不变。

b、当水库来水大于泄流能力时，闸门全开泄流，水位达到溃坝启动水位时提起三副坝自溃式闸门，并认为在1小时内三副坝在洪水冲刷下形成80.0m宽、平均底高程达到42.00m的缺口。

调洪采用如下公式：

图1 涵闸平面布置图

图2 涵闸纵剖面图

Q1、Q2——分别为计算时段初、末的入库流量（m3/s）；

q1、q2——分别为计算时段初、末的溢洪道下泄流量（m3/s）；

q′1、q′2——分别为计算时段初、末的溃坝下泄流量（m3/s）；

Δ t——计算时段的时间间隔（s）；

三副坝溃坝后的泄流量采用《水力计算手册》中宽顶堰计算公式：

式中：m——流量系数，取0.34；

b——溃坝决口宽度，取80m；

朱隈水库10000年一遇洪水溃坝调洪计算成果见表3，当溃坝启动水位设定在46.20m时最高洪水位为46.25m，满足水库主坝安全要求，而且最大程度地保证了水库经济效益。

表3 溃坝启动调洪计算成果表

4 溃坝结构设计

由于三副坝是为风化砂均质坝，在开闸泄洪之后将很快形成冲刷缺口，设计采用新建三个独立涵闸控制，各闸轴线间隔25.0m，布置在三副坝坝高较高的位置。闸门孔宽度0.60m，闸底板高程为溃坝启动水位46.20m，闸室及涵洞盖板顶高程与坝顶高程一致为47.50m。 闸室采用整体式砼结构，涵洞及进出口采用浆砌石结构。涵闸进口采用与原坝面一致的300mm厚干砌石护底，为了加快溃坝速度，闸室下游涵洞至出口采用风化砂回填夯实，不做防冲护底。闸门选用60mm厚松木闸门，闸门侧面和底面采用Ⅰ型橡胶止水，人工启闭。涵闸平面布置及纵剖面见图1、图2。

5 结语

朱隈水库下游河道穿越城市区，如果发生超标准洪水导致水库大坝溃坝后果将不堪设想，因此提出可行的超标准洪水应急预案是十分必要的。但是在保证主坝安全的前提下，还要尽量选择合理的溃坝时机，以减少因提前启动溃坝而造成的水库经济效益损失。本文以最高洪水位加波浪爬高不超过防浪墙顶高程为控制条件，确定了溃坝启动水位。溃坝决口宽度的计算方法是建立在实际资料分析总结基础上的经验公式，因此在溃坝涵闸的布置上考虑扩大其影响范围，在坝体上设三座涵闸，间距25.0m，以达到理论计算的决口宽度和溃坝泄流量，保证溃坝方案达到理想的效果。

[1]武汉水利电力学院水力学教研室.水力计算手册[Z].北京：水利电力出版社.1983.

[2]SL274-2001，碾压式土石坝设计规范[s]

A discussion on excess of the standards flood emergency plan of Dalian Zhuwei reservoir

SONG Xianwu YE Qing Dalian design institute of water conservancy & construction, Dalian 116021Liaoning

TV651.1+5

B

宋宪武（1968—），男，辽宁大连人，高级工程师，从事水利设计工作。