林口水库溃坝计算及影响范围分析[1]

摘　要:通过对林口水库大坝溃决计算及影响范围分析,为水库管理部门提高防范、处置水库溃决事件的应对能力,切实做好水库大坝溃决的险情抢护工作,最大程度保障人民群众生命财产安全,维护社会稳定,为实现风险危害最小化提供科学参考。

关键词:林口水库;溃决计算;影响分析;防范措施

1　水库概况

泼机河流域位于乌蒙山区东南部,地处云贵高原和四川盆地交接地带,全流域在云南省昭通地区镇雄县境内。

林口水库位于镇雄县塘房乡泼机河的支流林口河上(见图1),距镇雄县城20km。是云南华电镇雄坑口火电厂一期工程专用配套水库,其功能为单一的电厂供水。林口水库供水保证率为97%,年平均供水流量0.653m3/s,设计年供水量1603万m3。水库最大坝高74.00m,坝顶宽8m;死水位为1548.80m,死库容221.64万m3;正常蓄水位为1581.50m,正常库容1514.74万m3;设计洪水位1582.94m,校核洪水位1584.50m,总库容1725.38万m3。兴利库容1293.1万m3,设计洪水重现期为50年一遇洪水;校核洪水重现期为1000年一遇洪水。泄水建筑物消能防冲按30年一遇洪水设计,水库已于2010年3月下闸蓄水。

2　大坝溃决分析

2.1　溃决的主要因素与形式

导致水库大坝溃决的主要因素分别为发生超标准洪水、工程隐患(渗漏)、地质灾害。水库溃坝形式主要有大坝洪水漫顶、渗漏性破坏、建筑物破坏等3种形式。

2.2　溃坝洪水计算

溃坝洪水计算是指坝址溃坝洪水的计算,其目的是为了获得坝址的流量,为下游洪水演进计算提供基本资料。

溃坝洪水计算,由于不同坝型及溃决形式的不同,可大致分为瞬时溃坝洪水计算和逐步溃坝洪水计算两种。根据水库大坝特性,选用昭通地区水文特性研究成果中的下列公式对第一种情况进行计算。

(1)当大坝全部溃决时,坝址处最大流量采用下式计算:

式中:Qm为坝址处最大流量,m3/s;B为坝长,m;H为坝高,m;h为溃决后剩余坝高,如未剩余则h=0,m。

式(1)计算结果见表1。

(2)溃坝最大流量向下游河段的演算,计算公式为

式中:Qn为溃坝演进到下游某处的溃坝最大流量,m3/s;W为水库溃坝时的库容,m3;Qm为坝址处最大流量,m3/s;L为下游某处距坝址的距离,m;V为河道洪水期断面平均流速,有资料的V取最大实测值,无资料山区V取5.0～3.0m3/s,山丘区V取3.0～2.0m3/s,平原区V取2.0～1.0m3/s,本次计算V取3.0m3/s;K为经验系数,山区K取1.5～1.1,山丘区K取1.0,平原区K取0.9～0.8,本次计算中K取1.0。

将各种情况的溃坝最大流量分别演算到下游云南省内505m的林口河与白鸟河汇口、下游3.4km的长巷口、下游3.93km的河口取水坝、下游10.82km的泼机镇下游三河汇口处、下游15.8km二龙关青场河汇口,贵州省内下游24km拉落田坝汇口、下游31km苗寨沟汇口、下游42km后尾子村汇口,根据历年最大洪水调查及实地勘测,运用水力学公式推导出各特征断面最大流量、流速及到达所需时间。

3　溃决影响范围分析

3.1　影响范围内的人口、财产等情况

林口水库一旦发生溃坝,将给下游塘房、泼机两个乡镇带来巨大的洪水威胁。涉及人口近10202人,淹没总面积1.5km2,其中耕地面积1500余亩,林地400余亩,淹没各类房屋面积80000余m2。在林口水库坝址至泼机镇下游三条河汇口处约10.82km的范围内,水库溃坝洪水共涉及在建集镇熊家河坝、周家院子、杨家塘、土地岩、庙山村、小平坝、高家院子、冷子洞、王家树林、龙家沟、弯角塘、鉴槽弯、上院子、中院子、岩脚、箐门口下部。沿线河谷除泼机坝子河谷稍显开阔外,其余河谷大致呈U形分布,地理位置较高的村舍,不受其影响。

3.2　影响范围内的工程防洪标准以及下游河道安全泄量

根据国家防洪标准《防洪标准》(GB 50201—94)中乡村防护区的等级和防洪标准,确定林口水库坝址下游的具体防洪标准,塘房乡和泼机镇的政府所在地的防洪标准为20年一遇,其余村庄的防洪标准为10年一遇。

在水库溃坝洪水的影响范围内,只塘房乡至二龙关段有防洪堤,但由于运行时间长,无资金维护,河床抬高后原有河堤大部分已冲毁,河堤不能起到拦洪水、保护农田及村舍的作用。除此之外,下游再无其他防洪工程。根据西南电力设计院初步可行性研究报告的审查意见得知,云南华电镇雄有限公司取水方式为“支流蓄水,干流取水”,把水库水体通过引水隧洞放至下游取水坝(坝址方案比较中的河口水库位置),供电厂取水以满足电厂生产和生活用水。但取水坝的建设又影响下游河道安全泄量,应采用低坝取水方式进行,并在两岸修建防洪堤。泼机河流域没有实测洪水资料,林口水库坝址洪水主要通过暴雨资料及洛甸河站洪水资料来推求,计算时采用了多种方法,经综合分析比较,确定采用《云南省暴雨径流查算图表》的云南省等值线查算的相关参数计算出的洪水成果。另对大坝校核、设计洪水及下游防洪标准的洪水进行调洪计算,调洪成果见表2。

由表2可见,各种频率洪水下的最大泄量均不超过天然洪峰流量,水库对各频率洪水洪峰流量均有一定的削减能力,减轻了下游河道遭受洪灾的程度。林口水库建成后,滞蓄洪水,削减洪峰,对下游河道的防洪将起到极大的改善作用,从而减轻下游河道遭受高于5年一遇的洪水侵害。

4　紧急转移措施

根据实地勘测与调查,当林口水库遭遇各种溃坝险情时,应立即向下游发布洪水预报和紧急警报,通知下游淹没区各级政府和防汛部门,按预定转移方案采取紧急转移措施,把人群转移到事先准备好的临时居住地(见表3)。

在整个转移过程中,人民政府应全程监督,各乡、镇政府负责指挥,各村委会等负责实施、落实。以上部门的行政一把手为组织转移的第一负责人,负责按照转移方案进行转移,确保洪水来临之前,群众生命及财产安全转移。

撤离指令由各级政府逐级下达,通过有线或无线信息传递转移警报,雷闪特殊天气采用发射红色信号弹或播放空袭警报通知预定区域灾民转移,撤离方式、工具由当地政府负责。

图2(a)虚线内为塘房村熊家河坝在建集镇,占地约400亩,容纳人口1500人,当林口水库溃坝后,此集镇将被淹没,在被淹没前人口可沿撤离路线迁移到塘房村胡家院子社空地中临时居住,在救灾帐篷未到达之前也可先安置在中学和小学中居住。图2(b)虚线内为林口水库溃坝淹没的农民居住地,周家院子地势较低紧靠泼机河边,有居民300人,当洪水来时可向后山撤离;杨家塘有居民530人,小岩口有居民320人,王家海子有居民500人,土地岩有居民200人,长巷口有居民1200人,当洪水来时可按图上的撤离线路,转移到安置点。图2(c)虚线内为居民居住现状,小平坝村有居民2000人,地势较低紧靠泼机河而居住,由于河岸两边地势平坦,当洪水来时可按转移路线很快到达安置点。图2(d)虚线内为现状人群居住地,泼机河下段地势平坦,人口居住密集,沿河两岸涉及平天办事处9个社,共4252人。除岩脚社背靠悬崖洪水到来无法转移外,其他8个社均可按转移路线安全到达安置点。

参考文献

[1]国家防汛抗旱总指挥部办公室.水库防汛抢险应急预案编制大纲[S].2009.

[2]昭通市水文局.昭通地区水文特性研究[R].1997.

[3]张运凤,雷宏军,谷红梅,等.水库防洪应急体系及洪水预报理论与实践[M].郑州:黄河水利出版社,2009.

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[1]本文发表于《云南水利水电》,2010年第4期。