天然气管道穿越工程对上游水库的防洪影响评价重点与方法

□孙蓬勃 吴亚娜

为加强河道管理范围内建设项目管理，应对涉河建设项目进行防洪影响评价。本文以冀南新区天然气高压输配系统工程穿越滏阳河为例，提出了紧邻水库工程的管道穿河项目的评价重点和方法，对工程建设运行和防洪安全都具有重要的参考价值。

1.项目概况

冀南新区天然气高压输配系统工程，位于邯郸市磁县、临漳境内，管道总长度共计45 km。设计压力6.3 MPa，运行压力2.2 MPa～5.2 MPa，管材选用L360M 螺旋缝埋弧焊钢管，壁厚9.5 mm，输送规模37.3×104 Nm/h。管道工程标准为50 年一遇，以定向钻方式穿越滏阳河，同时穿越东武仕水库非常溢洪道，穿越长度926 m。穿越位置位于东武仕水库大坝下游402 m 处，距离南水北调总干渠最近距离为250 m。

2.技术路线

对输气管道工程进行防洪评价，首先应进行现场查勘和基础资料收集；根据工程和河道、水库的特点确定评价方法；通过设计洪水、水位、冲刷等成果，分析工程与水库、河道之间的相互影响；对项目自身防洪安全进行评价；最后提出此类防洪评价的结论建议。

3.分析计算

3.1 洪水分析

管道穿越滏阳河位于东武仕水库大坝下游402 m 处。交叉断面以上流域面积为342 km2，其中水库以上流域面积340 km2。区间无大的支流汇入，可直接采用东武仕水库下泄洪水。

东武仕水库位于滏阳河干流，1958年兴建，1970 年扩建，是一座以防洪和城市供水为主并兼顾灌溉、发电等综合利用的大（Ⅱ）型水利枢纽工程。水库枢纽主体工程有拦河坝、泄洪洞、溢洪道。水库防洪设计标准为100 年一遇，校核标准为2000 年一遇，总库容1.615亿m3，水库以上流域面积340 km2。

东武仕水库经过60 多年的运行，在防洪、供水、灌溉、发电等方面均发挥了较大作用。先后拦蓄了1963 年、1978 年、1982 年大洪水，起到了消峰减灾的作用。据实测资料，1963 年东武仕水库入库洪峰流量达1920 m3/s，下泄流量仅152 m3/s，消减洪峰92%。当时京广铁路已大面积断交，唯有东武仕水库下游的邯郸至安阳段能正常运行，水库下游的9 万亩耕地和36 个村庄幸而免受洪水灾害。灌溉面积由建库前的40 万亩增加到64 万亩，多年平均发电量为1900 万kW·h。此外东武仕水库还担负着调节岳峰渠引漳河水、为邯郸市部分城市提供生活和工业用水的任务。

东武仕水库调度运行原则为：汛限水位104 m；水位104 m～105.9 m（相当于20 年一遇），泄洪洞限泄50 m3/s；水位105.9 m～107.27 m（相当于100 年一遇），泄洪洞限泄450 m3/s；水位超过107.27 m，不限泄。

3.2 设计洪水位分析

由水库调度运行方式得出，工程标准50 年一遇时，入库洪峰流量为2080 m3/s，泄量450 m3/s；河道标准20 年一遇时，入库洪峰流量为1220 m3/s，泄量50 m3/s。

采用恒定非均匀流进行水面线推算，交叉位置50 年一遇设计洪水位为80.92 m，流速2.37 m/s；20 年一遇设计洪水位为78.7 m，流速为1.26 m/s。

3.3 冲刷分析

输气管道穿越河段覆盖层主要由第四系冲洪积粉质黏土、卵石及黏土组成，层位较均匀。交叉断面附近河床底部河床质主要成分为卵石，平均粒径为20.0 mm。由《铁路工程水文勘测设计规范》（TB10017-2020）计算，工程标准50 年一遇最大冲刷深为1.81 m。

4.安全评价

4.1 输气管道对东武仕水库大坝的安全评价

输气管道对东武仕水库大坝的安全评价主要从天然气管道发生爆炸的条件、燃爆的影响范围和发生概率、地层液化分析以及水库的管理范围和保护范围几个方面进行分析。

4.1.1 天然气管道发生爆炸条件

天然气泄漏后与空气混合，需到达其爆炸极限（5%～15%）；天然气与空气混合后需要形成密闭空间；需要明火（如静电火花等）。

天然气管道是埋地铺设，埋置深度较大，不存在形成密闭空间的条件；同时天然气密度比空气小，天然气会快速上升，从而稀释泄漏点处天然气浓度。因此不符合地下爆炸的条件。

4.1.2 天然气泄漏定量分析

2014 年，冀南新区安监局对石家庄常丰环境工程有限公司编制的《冀南新区天然气高压输配系统工程对东武仕水库大坝影响的分析报告》通过了审查，报告中指出，如在空气中形成天然气—空气混合云团，并达到天然气爆炸极限，将产生爆燃现象，爆燃因在空气中发生，会快速卸载爆燃威力。通过天然气经小孔泄漏事故后果模拟计算分析，发生最不利条件下爆炸的影响范围为264 m，爆炸威力为10 kPa～20 kPa，将造成建筑物局部破坏，汽车、土方机械玻璃破坏，车身、驾驶室轻度撞陷。超过264 m 范围时，爆炸威力将急剧减小。假设天然气管线发生严重的泄漏事故，天然气管道60%管径尺寸破裂，裂缝宽度2 mm，在年平均风速2.7 m/s时，大气稳定度等级为E 的较危险的条件下，发生爆轰的概率为8×10-9。

输气管道工程距离东武仕水库大坝最近距离402 m，天然气管线正常运行时对东武仕水库大坝无影响，发生天然气管道泄漏事故导致天然气—空气爆炸的冲击波超压对东武仕水库大坝不产生明显影响。

4.1.3 地层液化分析

水库坝基地层从上至下依次为坝体土、黄土状壤土、砂卵石、黏土和砂土。坝基下的砂土层为第三系上新统N2，可判别为不液化。勘察范围内无饱和粉土及砂土，不符合发生液化的条件。

4.1.4 水库的管理范围和保护范围

东武仕水库管理范围为坝脚线以下100 m，保护范围为管理范围以外300 m。输气管道距离东武仕水库大坝最近距离402 m，在水库的管理范围和保护范围之外。

综上，输气管道工程对东武仕水库大坝影响不大。

4.2 输气管道的自身防洪安全评价

根据《河北省河道管理范围内建设项目防洪评价技术审查规定》，“建设项目采用定向钻方式穿越河道主槽管顶埋深应在最低冲刷线6 米以下”。本次工程管顶最浅点埋深14.4 m，满足工程安全要求。

东武仕水库目前已完成了除险加固，大坝满足100 年一遇设计、2000 年一遇校核防洪要求，并于2015 年和2018 年分别完成了蓄水安全鉴定和技术验收鉴定，大坝安全满足国家规范要求。此次输气管道位于大坝下游管理范围和保护范围之外，而且水库的现状防洪标准远高于管道工程防洪标准，因此，输气管道工程满足自身防洪安全要求。

5.结论与建议

紧邻水库的天然气管道穿河工程防洪评价应重点关注以下几个方面：一是管道埋深必须满足审查规定要求；二是位于水库下游的穿越工程，应着重分析水库泄洪冲刷造成的不利影响；三是通过分析天然气管道爆炸的条件，定量计算发生燃爆的影响范围和发生概率，确保水库工程位于影响范围之外；四是进行地层液化分析；五是分析水库防洪标准是否满足工程标准，若不满足，应进行水库溃坝影响分析。