關于大渡河沙灣水電站樞紐工程的潰壩洪水分析

郭應杰

(貴州東方世紀科技股份有限公司，貴州 貴陽 550002)

1 沙灣水電站概況

大渡河流域面積77 400 km2，其中四川省境內70 821 km2，占全流域面積的91.5%。壩址控制流域面積76 479 km2，占全流域面積的98.9%。流域地勢西北高、東南低。

沙灣水電站的開發任務以發電為主，兼顧灌溉和航運功能。電站裝機容量480 MW，額定水頭24.5 m，正常蓄水位432.0 m，設計引用流量2203.2 m3/s，保證出力151 MW，年利用小時數5015 h，年發電量24.07億度。總庫容4867萬m3，正常蓄水位以下庫容4554萬m3。為一級混合式(河床式廠房加長尾水渠)開發。

2 分析形成潰壩原因

引起潰壩的原因有很多，通過總結分析，最終可以確定，導致潰壩的原因主要有以下幾點：

(1)特大洪水。發生特大洪水時，經常會伴隨著暴雨，暴雨對土地會產生較為強烈的沖蝕作用，這將會致使下游壩面出現沖坑[1]。這些小沖坑會在壩洪水沖蝕下快速擴大，在一段時間的作用后，將會逐漸發展到一定規模，此時，大壩在應用期間，局部會出現不穩，隨后將會發生潰決，對環境以及人們的生活及生命都會造成威脅。

(2)地震作用。攔河壩在地震和地震動水壓力作用下工作處于不利狀態，在其他因素促使下極易潰決。

(3)壩體質量。大壩施工期間，局部質量控制不到位，將會導致壩體的整體質量存在較為嚴重的問題。管涌和滲流的區域是大壩建設過程中經常出現質量問題的區域，大壩在應用過程中，在外部不利荷載作用下，會出現潰決事故。

(4)管理因素。大壩在應用期間，要安排專人對大壩的應用進行科學管理。在實際管理過程中，由于管理人員在工作上的疏忽，或者應用的儀器存在質量問題，在應用期間發生失靈的事故，這都會對監測壩體實際運行的具體監測狀態造成不良影響，監測存在問題，無法及時、準確反映壩體在具體應用過程中的實際狀態，從而導致壩體遭遇險情，或者出現潰決[2]。

(5)人為破壞。發生戰爭時，水利樞紐工程經常會成為敵人的首要破壞目標，雖然該情況在和平年代很少發生，但是，作為一項會導致潰決的因素，在問題分析過程中，也必須要對該項因素進行充分考慮。

3 潰壩洪水特點

通過對大量的壩體潰決實踐經驗進行總結可以發現，壩體潰決與壩體的具體類型有著密切關系。例如，拱壩、混凝土重力壩等類型的剛性壩在出現問題時，通常都是瞬時潰決，并且在發生壩體潰決時，經常會伴隨著局部潰決現象。而對于土壩、堆石壩等散粒體壩，因為其耐沖蝕能力相對較差，在實際應用過程中，如果洪水漫過壩頂，首先在壩頂上會出現沖坑，因為作用的時間較短，形成的沖坑規模相對較小，而隨著洪水作用時間的不斷延長，洪水的作用會逐漸變大，此時，沖坑的范圍則會在短時間內迅速擴大，進而將會對壩體的結構和力學性能造成沖擊，導致壩體的穩定性變弱，壩體局部區域則會出現潰決，并且會快速擴大，造成較為嚴重的破壞。針對散粒壩體，其在應用過程中，受水流侵蝕作用，會存在兩個損壞時間，但是，從實際情況來看，在一段時間后，潰決會發展到一定規模，此時，壩體則會在短時間潰決，通常都是一潰到底。潰壩洪水的破壞力巨大，其對環境造成的破壞要比暴雨洪水更大，潰壩洪水造成的危害也給人們留下了沉痛的教訓。通過對大量的潰壩洪水現象進行總結分析可以發現，潰壩洪水具有如下特點：

(1)潰壩洪水是一種非恒定流的不連續波運動。

(2)潰壩洪水具有較強的突發性，潰壩的出現，以及潰壩洪水的形成都是一項突發事件，因此，難以對其進行準確預測。從實際情況來看，大壩在具體應用過程突然失去阻攔的水體常以立波的形式向下游急速推進，潰壩的發生和潰壩洪水的形成通常只在幾分鐘至幾小時內，水流洶涌湍急，因此，針對下游臨近區域，難以采取有效的措施完成相應的保護[3]。

(3)潰壩洪水峰高量大，變化急劇。此類洪水以壩址處潰壩初瞬或稍后時刻洪量最大，庫內水體常常在幾小時內泄空，其峰量常高出暴雨洪水的數倍，甚至數十倍。如：1967年四川雅礱江唐古棟鄉垮山滑坡堵江潰決洪水，潰壩最大流量達57 000 m3/s，約為實測最大雨洪流量的10倍，使下游水位陡漲40 m。

(4)潰壩洪水在初始階段常以立波形式向下游急速推進，速度一般可達30～40 km/h，河槽內的水位在短期內會快速增多，同時，水流也將會變得更加湍急洶涌，具有較強的破壞力[4]。

4 潰壩洪水分析

沙灣電站在校核水位及校核來水條件下發生大壩漫頂1/2潰決，安谷電站工況為在建情況，壩址最大流量達到19 680 m3/s，大大超過校核洪水流量14 000 m3/s；洪峰約2 h演進至沙灣區，流量達到11 050 m3/s左右；洪峰到達安谷電站壩址斷面約3.7 h，流量衰減到10 670 m3/s，達到設計洪水標準，約6 h后洪水演進到樂山市，洪峰流量為10 100 m3/s，接近樂山市的設計洪水標準，約11 h后到達珉江河段石溪鎮，洪峰流量衰減到6900 m3/s，小于珉江20 a一遇洪水標準。按照安谷電站的運行調度情況來看，對1/2潰壩洪水總體上影響不大，與天然情況下基本一致。在庫校核水位條件下，全潰的壩址洪峰對比數據見表1。

表1 庫校核水位條件下全潰的壩址洪峰對比數據

另外，相關工作人員還要做好潰壩洪水校核工作，并運用先進的信息技術，構建水庫全潰方案，通過數值模型，繪制沙灣潰壩—壩址洪水流量過程線圖，如圖1所示。

在對潰壩發生的概率進行分析期間，采用事件樹方法，從閘門失效、壩頂高程不足、洪水漫頂、洪水不能安全下泄、大壩滑動、人工干預搶險、地震與戰爭等多方面對潰壩洪水發生概率進行了分析。結果表明，沙灣大壩發生漫頂聯合全潰、1/2潰決、1/3潰決、1/4潰決的可能性極小。盡管如此，相關責任單位切不可掉以輕心，應隨時進行雨水情和庫水位實時觀測，對大壩安全及隱患進行定期檢查，并建立相應的安全管理機制，最大程度的避免潰壩情況的發生。當沙灣大壩出現潰壩前兆或存在可能性較大的潰壩隱患時，應及時通知安谷電站做好防范，提前降低安谷庫水位，并通過各種媒體通知樂山市，做好人員撤離、物質轉移等工作，嚴格按照應急預案及時采用應急措施，以最大程度降低潰壩洪水造成的損失。

圖1 沙灣潰壩—壩址洪水流量過程線

5 結 語

做好大渡河沙灣水電站樞紐工程潰壩洪水分析，全面了解水電站樞紐工程在具體應用期間可能會出現潰壩洪水的幾率，做好相應的應急措施，在發生潰壩洪水時，可以將造成的破壞控制在一個合理的范圍內。