技术交流 ＳＭＡＬＬ ＨＹＤＲＯ ＰＯＷＥＲ ２０１１Ｎｏ２，Ｔｏｔａｌ Ｎｏ１５８ 中小型水库溃坝洪水估算 李庆华（云南省水文水资源局临沧分局 云南临沧６７７０００） 【摘要】对水库溃坝洪水进行估算，可预测洪水对下游造成的淹没范围和程度，以便做出防范措施和编制应急计划。 介绍了溃坝洪水估算的方法，对于在溃坝数据不足及计算工具不完善情况下的溃坝洪水计算有一定的帮助。图２幅，表４个。 【关键词】中小型水库渍坝 洪水估算 表１ 瞬时全溃情况下几种河槽溃坝最大流量计算公式 修建大坝、利用水库蓄水调节天然流量是综合 利用水资源的主要手段，也是优化水资源配置的主 要方法。但是如果因某些偶然因素导致坝体突遭破 坏溃决，水库蓄水和上游入库洪水经溃口下泄就会 形成骤发性的洪水，给下游人民的生命财产带来严 重危害。因此，有必要分析计算溃坝洪水，预估大 坝一旦失事后溃坝洪水对下游造成的危害，以便做 出防范措施和编制应急计划。 注：式中，曰为坝址断面的平均宽度（ｍ）；Ｈ为溃坝 前的坝前水深（ｍ）；Ｑ 为溃坝时坝址处最大流量（ｍ３／ｓ）； ｈ为坝下游恒定流水深（ｍ）。 １计算方法 １．１坝址溃坝最大流量计算 水库大坝可分为混凝土坝和土石坝，混凝土坝 又可分为重力坝、拱坝和支墩坝３种类型；土石坝 １．１．２横向局部溃决情况 在瞬时全溃情况计算公式的基础上考虑大坝溃 口的宽度，即为横向局部溃决情况下的计算公式。 根据不同断面情况其计算式也不同（见表２）。 表２横向局部溃决情况下几种河槽溃坝最大流量计算公式 则包括土坝、堆石坝、土石混合坝等。根据大坝的 坝型、筑坝材料、基础条件、溃坝原因等因素，大 坝溃决可分为瞬时全部溃决、横向部分溃决到底及 横向和纵向均为部分溃决３种类型。不同类型有不 同的计算方式，在实际应用中应选取最不利情况进 行分析计算。 １．１．１瞬时全溃情况 瞬时全溃情况主要是根据不稳定流基本方程 式，在假定河床底坡为０且忽略阻力的基础上，针 对河槽的各种不同断面形状又有不同的计算方式 （见表１）。 注：式中，ｂ为溃口宽度（ｍ），小型水库取ｂ为 ， 中型水库ｂ为０．６Ｂ一０．７Ｂ；其余各符号意义同表１。 １９４９年，肖克利奇又根据试验提出了１种经 验公式： Ｑｍ＝ （鲁） ／２ １．１．３横向和纵向均为部分溃决情况 １）这种情况下多采用此经验公式 Ｑｍ＝ （ ）６ （日 ） 收稿日期：２０１１一Ｏｌ一２６ 作者简介：李庆华（１９８０一），男，助理工程师，主要从事 式中，ｈ 为坝残留高度（ｍ）；其余各符号意 义同表１。 水文水资源规划设计、水情预报等工作。 Ｅｍａｉｌ：ｌｑｈ１９８２３６＠１２６．ｔｏｍ ・ ２）铁道科学院提出的经验公式 ８ ・ 小水电２０１１年第２期（总第１５８期） ｑｍ＝０．２７ Ｌ） （ ） Ｂｈ（Ｉｔ一技术交流 ） ／２ 水库水量泄空时间（ｓ）； 为溃坝时水库人流量 式中， 为水库长度（ｋｍ）； 为系数。 ３）美国水道实验站公式 （ｍ３／ｓ）；Ｋ为系数，与溃坝流量过程线线型有关， 对４次抛物线来说，Ｋ一般为４～５，对２．５次抛物 线来说， 为３．５。 １．３渍坝流量过程线推求 ｑｍ＝ 丽ＢＨ）。＿２８Ｂｈ ／２ １．２水库泄空时间计算 Ｔ＝ＫＷ／（Ｑ—ｑｏ） 溃坝流量过程采用表３所列无因次概化过程 线，根据已计算出的Ｑ 和７１便可求得概化溃坝流 量过程线的纵横坐标为：ｔ＝ａＴ；ｑ＝ （见表３）。 式中， 为水库溃坝后下泄水量（ｍ３）；Ｔ为 表３无因次概化溃坝泄流过程线 注：式中，ｔ为水库溃坝后泄流时间（ｓ）；Ｑ 为水库泄流时间ｔ时的流量（ｍ３／ｓ）；Ｑｏ为人库流量（ｍ］／ｓ）。 １．４坝下游断面最大流量计算 后，将断面流量过程线概化为三角形，从而求得 。 Ｔ３＝ 当溃坝址处最大流量向下游演进至距坝址￡ （ｍ）流程时的最大流量，采用下式估算： ｎＶＬ—Ｗ／Ｑ ＋Ｌ／（一一一 ． ） ２实例计算 某拟建水库位于云南山区，工程区河谷呈ｖ 字型。根据设计，水库为１座以发电为主兼顾防洪 式中，ｐＩ 为距坝址 （ｉｎ）控制断面溃坝最大 流量（ｍ３／ｓ）；Ｖ为洪水期河道断面的最大流速 （ｍ／ｓ）；Ｋ为经验系数。 的中型水库，大坝为混凝土双曲拱坝，顶拱最大中 心角１０１．６。，大坝顶拱弧长２７４．８ ｍ，最大坝高为 ６７ ｉｎ。大坝洪水设计标准为１００年一遇，校核洪水 有流量与断面资料时， 可采用特大洪水的最 大流速。无资料时，山区一般可采用３～５ ｍ／ｓ；半 山区一般可采用２ ３ ｍ／ｓ；平原区可采用１—２ ｍ／ｓ。 一标准为５００年一遇，水库校核洪水位下对应库容为 ７ ４００万ｍ３。由于水库下游１４ ｋｍ为１个重要集镇， 对溃坝洪水进行估算对下游集镇的防洪减灾具有重 要意义。 般情况下，山区 可采用１．１—１．５，半山 区采用１．０，平原区采用０．８～０．９。 １．５洪水传播时间计算 １）洪水起涨时间 。 ２．１坝址溃坝最大流量计算 该水库大坝型式为混凝土双曲拱坝，为刚性 坝，考虑为瞬时全部溃决，按圣维南公式计算。由 为起涨时间（ｓ）；ｈ０为下游断面初 为系数，取（０．５～７．５）×１０～。 ，１．４ 式中， 于坝下游恒定流水深未知，只能从工程区河道河槽 断面形状来选择计算公式。工程区河道河槽呈Ｖ 字型，故从表１中选择断面形状为等腰三角形的公 始水深（ｍ）； ２）最大流量到达时间 ７１２＝ ２—Ｗ—０２ Ｈ ｏ．５—ｈ—０．２５ ．式计算，通过计算，坝址溃坝最大流量为８５ ４００ ｍ３／ｓ。 ｍ２．２水库泄空时间计算 式中， （ｍ）。 为最大流量到达时间（ｓ）； ２为系 与溃坝流量相比，溃坝时入库流量显得很小， 故忽略溃坝时入库流量，根据１．２节公式，得水库 泄空时间为３ ９００ ｓ。 ２．３溃坝流量过程线推求 数，取０．８～２．０；ｈ 为最大流量时的平均水深 ３）溃坝下游断面流量过程线 一般说来，溃坝洪水起涨陡，峰值到达快，峰 忽略溃坝时入库流量，根据１．３节公式，得水 库溃坝流量过程线（见图１、表４）。 ・后流量下降比较慢，根据上述公式求得 ｌ及 ９・ 技术交流 ＳＭＡＬＬ ＨＹＤＲＯ ＰＯＷＥＲ ２０１１Ｎｏ２，Ｔｏｔａｌ Ｎｏ１５８ 图２溃坝洪水达到下游集镇处的概化洪水过程线 图１ 水库溃坝泄流过程线 ２．４溃坝洪水到达下游集镇最大流量计算 该工程位于山区，根据１．４节公式，相关系数 ３结语 溃坝研究的目的是确定危害范围和洪峰的传播 时间，以便做出防范措施和编制应急计划。 溃坝洪水的计算由于情况复杂，资料又往往不 足，各种方法的计算成果可能相差较大。目前对于 按山区河道情况选取，计算得溃坝洪水到达下游集 镇最大流量为１９ ６００ ｍ３／ｓ。 ２．５溃坝洪水到达下游集镇时间计算 根据１．５节公式计算。由于无实测资料，溃坝 十分重要的水库，都倾向于用物理模型结合详细算 法进行，而简化公式仅作为粗估之用。 ■ 洪水到达集镇时对应的平均水深ｈ 假定为９ ｍ， 汁算得洪水起涨时间 为９８８ Ｓ，最大流量到达时 间 为１ ２００ ｓ，退水时间 为８ ５５５ Ｓ（见图２）。 责任编辑—吴昊 Ｓ屯．；｜Ｌ ． Ｌ —喜屯 ； ．喜屯 舢 ．喜 ．５止．址．Ｓ ．址．Ｓ屯 ．工ＩＬ．ｊ Ｌ．Ｓ＾Ｌ （上接第２６页）较差。 裂隙作为滑裂体的底裂面 （摩擦系数 ：０．３，凝聚力Ｃ ＝０．０５ ＭＰａ），在拱 不得超过１％ｅ。基岩钻￣Ｌ：ｆＬ深５．２ ｍ，加长杆（声２６ 钢管）长５ ｍ，底环采用ｊ５８０法兰接头。底环以上 ０．４ ｍ及底环以下０．２ ｍ用膨胀水泥砂浆填塞。 加长杆顶部连接ＣＦ＿１２测缝针（规格为拉 １２ Ｉｎｌｎ，压１ ｍｌｎ），外套保护管（声１８Ｏ钢管，长 ２６９ １ＴＩＩＴＩ）与基岩锚固。保护管顶端加盖板（马蹄 形钢板），引出观测电缆进入设置在坝后桥的集线 箱内，通过数字比例电桥进行变形观测。 坝平面布置时尽量使拱端上移，使Ｉ＿２裂隙在拱槽 出露点位于坝体上部；同时，在满足坝肩稳定的前 提下，确定拱端开挖深度（开挖深度达１５ ｍ）。在 采取上述措施后，还有必要在 裂隙附近上下 ３０ ｍ范围内进行基岩变形观测。 ２．２坝肩变形观测设计 沿左坝肩４４２ ｍ、４５７ ｍ、４７２ ｍ高程等高线距 ３结语 左坝肩拱端下游１０ ｍ、３０ ｍ、５０ ｍ基岩表面布置测 点，共计９个测点，用以观测左坝肩的位移。采用 坝体位移结合库前水位、坝内温度的实测值， 相对封拱灌浆时的测时，通过逐步回归分析，可建 立回归方程。根据水位、温度的变化以及观测的时 三角控制网（与坝体表面测点采用同一控制网）进 行左坝肩位移观测。为了更加直观、精确观测左坝 肩的位移，在左坝肩拱槽４４２ ｍ，４５７ ｍ，４７２ ｍ高 程布置３只基岩变形仪。 基岩变形仪埋设在１／２拱端坝厚处，与水平面 夹角为３００。钻机造孔，孔径 １００ １Ｔｌｌｎ，最大孑Ｌ斜 ・ 间，即可计算坝体的位移，可以长期监视大坝的安 全运行。 ■ 责任编辑吴昊 １ ０・