王力山水库溃坝研究及其应对措施分析

王力山水库溃坝研究及其应对措施分析

魏金胜

长沙县果园垸堤防管理所 湖南省410157

摘 要: 本文结合王力山水库进行实例分析，首先分析了王力山水库重大险情影响的一些因素，结合长沙县各大水库实际经验，将常见险情及成因进行了总结，然后重点分析了溃坝事故后果分析及应对措施分析，为王力山水库防汛应急抢险预案提供了支撑。

关键词：水库；溃坝；应对措施

1 工程概况

王力山水库位于长沙县果园镇新明村境内，水库控制流域面积0.33km2，干流长度0.92km，干流平均坡降为89‰。王力山水库设计总库容10.35万m3，水库大坝为均质土坝，属小Ⅱ型水库。枢纽主体工程永久性水工建筑物等级：主要建筑物为5级。设计洪水标准为30年一遇。枢纽工程主要建筑物由大坝、溢洪道和输水建筑物组成，大坝为均质土坝，坝顶高程为78.14m。

2 重大工程险情分析

2.1 主要因素

1、施工质量

王力山为土石坝。水库在建设期间，受当时条件制约。施工质量受以下原因制约：

（1）施工压实机具缺乏，采用人工夯压；

（2）坝体填筑土料大部分均为就近选材，施工选材质量大部分未达到要求；

（3）施工过程中坝体进行没有分层碾压；

2、工程遗留问题

（1）坝肩

①水库两岸山体岩石结构碎裂，伴随着日积月累的雨水侵蚀等自然作用，致使其破裂的岩体结构节理不断发展，造成坝体的透水性增强；②水库的土质坝体建造过程中，在坝肩与山体结合部位没有设置截水槽或者是截水槽的深度不足、碾压程度不够紧实，未形成良好的结合。导致形成绕坝渗漏的险情。

3、生物破坏

坝体可能出现白蚁巢穴、鼠洞等生物造成的潜在危害，容易造成坝体漏洞、坍塌等工程险情。

2.2 重大险情种类、发生成因分析和险情判别

根据水库实际运用经验，将水库常见险情及成因进行总结于下表。

水库常见险情及险情成因分析

2.3 大坝溃决分析

突发溃坝事件后果分析

瞬时全溃分析[1]

王力山水库主坝为均质土坝，本次实测，主坝最大坝高10.5m，坝顶高程78.14m，坝顶轴线长44m，坝顶宽5.5m，总库容为12.4万m3，正常蓄水位相应库容10.35万m3。

土石坝溃坝计算按照逐步溃坝的方式进行溃坝估算，计算模型采用DAMBRK模型估算。断面按矩形计算，采用黄河水利委员会经验公式进行计算。

溃坝洪水计算

工程等级及洪水标准

（1）王力山水库集雨面积0.33km2，干流长度0.92km，平均坡降89‰，工程等别为五等，主要建筑物级别为5级，洪水标准按20年一遇设计，200年一遇校核，由暴雨洪水查算手册得200年一遇洪水总量为7.69万m3。

（2）溃坝洪水的计算是假设在最大库容12.4万m3加入校核洪水总量7.69万m3的情况下，进行溃坝计算。

（3）王力山水库为土石坝，溃坝方式为逐步溃决的方式进行。其溃坝计算根据DAMBRK模型中确定溃口形状的算法，该模型是假定溃口纵向发展和横向发展的速度是一致的。

溃坝计算

（1）估算溃坝决口平均宽度和溃坝顶峰流量qm

式中：——溃坝缺口宽度，m；

K——与坝体土质有关的系数，对粘土取值约为0.65，对壤土取值约为1.3；

W——溃坝时蓄水量，万m³，取20.09；

B——坝前水面宽度或坝顶长度，m，取5.5；

H——溃坝时坝前水深，m，取10.5；

qm——坝址处最大溃坝流量，m³/s；

g——重力加速度，m/s2，取9.81。

通过计算，王力山水库大坝在超标准洪水情况下估算溃坝缺口宽度=6.83m，顶峰流量为qm=197.54m³/s。

（2）估算溃口形成历时（

）

W=1/2qmT

式中：W为总库容，m³

为溃坝顶峰流量，m³/s

T为总历时，s

通过计算，王力山水库溃坝得出总历时为T=678s。

根据经验，顶峰流量到达时间约总历时的三分之一，即：

通过计算，王力山水库溃坝顶峰流量到达时间为=226s。

（3）决口处水深和决口处流速

通过计算，溃口处水深，溃口处流速。

（4）由溃坝最大流量演算出下游各控制断面的流量及到达此断面所需的时间，后计算出下游各控制断面的水深及相应的水位。

溃坝下游的流量计算：

式中：Qlm——当溃坝最大流量进距坝址为L处时，在该处出现的最大流量。

W——水库溃坝时的库容

Qm——坝址处的溃坝最大流量

L——距坝址的距离

V——河道洪水期断面的最大平均流速，取V=2.5m/s

K——经验系数，取4.76

溃坝最大流量从坝址到下游某断面的传授时间

t=Kt×L1.4÷（W0.2×HO0.5×hm0.25）

t ——溃坝最大流量从坝址到下游某断面的传授时间

hm——最大流量时的平均水深

Kt——经验系数，取0.8~1.2

通过计算，溃坝洪水下游演进计算成果见表2-1。

表2-1　溃坝洪水下游演进计算成果表

2.4 应对措施分析

2.4.1抢险调度方案

1、王力山水库防洪调度要服从果园镇人民政府的统一指挥，必须按照汛期下达的控制运行计划科学调度，一旦发生险情，水库管理人员应及时上报新明村村委会，村委会立即派技术人员到现场进行观测，视险情发展和变化，上报果园镇人民政府，同时向县防办报告。险情上报同时，应急抢险队投入抢险救灾，确保灾区人民群众的生命安全，尽量减少财产损失。

2、在有发生溃坝灾情风险时，迅速按转移方案把影响范围内人员转移至村委会。

3、如有人畜伤亡，及时抢救受伤人员，清理、掩埋人畜尸体。

4、对紧急转移的人员作好临时安置，发放粮食、衣物，对灾区做好卫生防疫工作。

5、迅速组织力量抢修水、电、路、通信等基础设施。

2.4.2 应急转移

王力山水库下游地形是西南高、东北低，溃坝洪水只能自东北向西南方向下泄直达金井河。

当发生溃坝险情时，由果园镇人民政府通知淹没线以内的村民，再由村支书负责下游群众转移。

由镇民政办负责灾民临时安置及灾后重建，确保灾民有饭吃、有衣穿、有安身之地。

信号发送的手段和责任人。在防汛期间，水库管理人员必须及时到岗，严阵以待，坚守岗位，尽职尽责，实行全天监视汛情，及时准确作出洪水预报，报出有关水库的入库洪峰、洪量、历时水位等水情变化，发现情况利用有线电话、移动手机等形式，及时向果园镇人民政府和村委会汇报。

3 结论

本人以王力山水库为实例，采用黄河水利委员会水利科学研究院经验公式进行洪水溃坝演进过程进行分析，获得了顶峰流量、时间、水位等，为溃坝洪水影响评价提供了准确的依据，根据溃坝范围为水库转移人群提供了准确依据，尽量减少水库下游居民损失，为王力山水库防汛应急抢险预案提供了支撑。

参考文献

[1]李炜.水利计算手册[M].北京：中国水利出版社，2006