天角潭水庫應對上游沙河水庫潰壩采取應急措施

符秋菊

（海南省水利水電勘測設計研究院有限公司,海南 海口 570203）

黨的十八大以來,以習近平同志為核心的黨中央對保障水安全作出一系列重大部署。水利部針對新老問題,堅持節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力的治水水思路,著力保障防洪安全、供水安全、經濟安全。海南省境內水庫眾多,絕大部分修建于二十世紀五六十年代,能夠防御標準內的洪水。近些年來針對水庫安全鑒定和除險加固的工作頗多,經常遇到中型水庫上游有防洪標準較其低的小型水庫以及因壩型的不同防洪標準不一致工況。當發生一般洪水時,梯級水庫聯合調度對于發揮防洪效益最大化是有利的；但同時也存在另一種工況,即當上游水庫發生潰壩或超過現狀防御標準的洪水,仍能嚴重影響經濟社會發展甚至社會穩定。本文以儋州市在建大（2）型天角潭水利樞紐工程,在初步設計階段如何考慮上游中型水庫潰壩工況應急措施,作為警惕發生“黑天鵝”事件的可能性,以資為其他類似工程提供一定的參考。

1 工程概況

在建大（2）型天角潭水利樞紐工程壩址位于北門江流域干流中下游河段,北門江流域位于海南島西北部儋州市境內,全流域集雨面積621 km2,多年平均徑流量4.37 億m3,流域范圍內大中型水庫僅有2 座,分別為在建大（2）型天角潭水利樞紐工程和已建沙河水庫——中型[1-2],這兩座水庫聯合調運灌溉下游的天角潭灌區,該灌區為海南省大型松濤灌區的22系統之一,設計灌溉面積7613.3 hm2。

天角潭水利樞紐工程壩址以上集雨面積400 km2,多年平均徑流量2.93 億m3,占全流域來水量的67%,距北門江流域匯入海口約28 km。正常蓄水位58.00 m,正常蓄水位對應庫容1.54 億m3,總庫容1.94 億m3,壩頂高程62.00 m,溢洪道為有閘控制,堰頂高程50.00 m,是一宗以工業供水、農業灌溉為主,兼顧發電等綜合利用樞紐工程。

北門江流域上游有東西兩源,西支沙河建有中型水庫——沙河水庫,沙河水庫壩址以上集雨面積83.7 km2,多年平均徑流量0.66 億m3,距天角潭水庫壩址約24 km。正常蓄水位136.78 m,正常蓄水位對應庫容0.36 億m3,總庫容0.59 億m3,壩頂高程140.38 m,溢洪道為無閘控制實用堰,堰頂高程136.78 m,是一宗以農業灌溉為主,兼有發電、防洪等綜合效益工程[3]。

2 防洪標準

天角潭水庫屬于大（2）型水利樞紐工程,工程等別為Ⅱ等工程,主要建筑物等級為2 級,次要建筑物為3 級。樞紐工程永久性擋水建筑物的洪水標準按主壩和副壩壩型不同分兩種情況,主壩為重力混凝土壩型,按100 年一遇設計,1000 年一遇校核；3 座副壩,均為土石壩按100 年一遇設計,2000 年一遇校核；消能防沖設計標準為50 年一遇。

沙河水庫屬于中型水利樞紐工程,樞紐工程為Ⅲ等工程,樞紐工程永久性擋水建筑物和泄水建筑物的洪水標準采用100 年一遇設計,1000 年一遇校核；溢洪道消能防沖建筑物的洪水標準按30 年一遇設計。

3 工況分析

在天角潭水利樞紐工程初步設計審查階段,相關專家在水文章節中提出“上游的沙河水庫校核標準為1000 年一遇,遇2000 年一遇的設計洪水時該水庫存在潰壩可能,應按同頻率地區組成法進一步分析估算考慮沙河水庫潰壩后的天角潭壩址設計洪水過程。”

針對上述專家建議,初步設計階段提出兩種工況,第一種是下游天角潭水庫應對上游沙河水庫潰壩工況采取炸巴黎副壩應急措施；第二種是通過對沙河水庫溢洪道改造,使得在遭遇2000 年一遇洪水時不因超標準洪水導致潰壩工況,在永久性水工建筑物級別不變的情況下,將上游沙河水庫校核洪水提高至標準上限,即2000 年一遇校核。由于本文主要論述是應對上游沙河水庫潰壩洪水對策,對第二種情況不進行重點論述。

4 應對上游潰壩分析及采取措施

根據初步設計審查專家提出意見,本文重點難點是如何考慮潰壩或超標洪水演進至壩址洪水過程,以及水庫大壩設計是否需要考慮該種工況作為特征水位確定的依據。經過相關論證,為避免為應對“黑天鵝”事件造成不必要浪費,同時又要確保下游經濟社會發展及社會穩定,洪水過程以沙河水庫潰壩洪水與區間遭遇情況為下游天角潭水庫入庫洪水進行調洪演算,并提出相應的應急措施。

（1）潰壩洪水計算。本文計算沙河水庫潰壩洪水時,考慮現水雨情預報預警較及時,潰壩洪峰演進到天角潭壩址時洪峰接近8000 m3/s,為壩址2000 年一遇洪水成果2 倍,故為突出潰壩洪水為主,采取沙河潰壩洪峰疊加天角潭壩址5 年一遇設計洪水過程線,以總量不變對最大6 小時流量過程適當放大修均,作為沙河水庫潰壩工況與區間遭遇至壩址的入庫洪水。

（2）調洪演算。采用水量平衡法[4-5]。

（3）計算結果。根據泄洪建筑物泄洪規模,對上游沙河水庫潰壩和不潰壩兩種情況進行調洪演算,天角潭水庫在上游沙河水庫潰壩和不潰壩調洪演算成果見表1,調洪過程見表2,天角潭水庫入庫和出庫過程線見圖1 和圖2。

圖1 上游水庫潰壩和不潰壩入庫流量對比圖

圖2 上游水庫潰壩和不潰壩出庫流量對比圖

表1 天角潭水庫調洪成果

表2 天角潭水庫入庫和出庫流量過程（僅列洪峰和高水位幾個時段） 單位：m3/s

（4）應急措施

根據上述計算成果,在上游沙河水庫潰壩時下游天角潭水庫不采取其他應對措施進行調洪演算,調洪最高水位為63.39 m 高于本工程確定壩頂高程62.00 m。該種工況屬于超標準洪水,調洪成果不作為天角潭水利樞紐工程特征洪水位確定的依據。

考慮上游沙河水庫一旦潰壩,下游天角潭水庫存在安全隱患,為保大壩自身安全,水庫閘門已全部打開,同時采取炸巴黎副壩作為應急措施。其中巴黎副壩爆破缺口確定,按照沙河水庫潰壩洪水即發生2000 年一遇洪水與區間5 年一遇洪水疊加作為演進天角潭壩址入庫洪水過程,泄流按天角潭水庫的溢洪道和巴黎副壩共同下泄能力進行調洪演算,起算水位為溢洪道堰頂高程50.00 m,巴黎副壩缺口底高程為58.00 m,爆破缺口按每增加10 m 方案進行試算,當調洪演算水庫高水位加上安全超高不超過壩頂高程62.00 m 時,作為巴黎副壩爆破缺口控制尺寸,計算出爆破口為150 m。此時,天角潭水庫最高洪水位60.86 m,最大下泄流量為4270 m3/s。

5 結語

本文所用的案例具有其特殊性,上下游水庫是由于壩型不同選取防洪標準不一致,即當上游發生超標準洪水或潰壩工況時,下游水庫為大壩自身安全考慮,在計算上游潰壩或超標洪水演進至壩址時,僅按照上游發生2000 年一遇設計洪水與區間5 年一遇洪水疊加作為天角潭壩址入庫洪水過程,沒有對其更多工況進行計算。因此,建議在設計工作中遇到類似情況時,應采用多種方法計算及工況進行對比分析,且該過程中要多個專業進行溝通協調,必要時需對下游水庫、村莊等影響具體分析后,決定是否作為工程特征洪水位確定的依據。