关于大渡河沙湾水电站枢纽工程的溃坝洪水分析

郭应杰

(贵州东方世纪科技股份有限公司，贵州 贵阳 550002)

1 沙湾水电站概况

大渡河流域面积77 400 km2，其中四川省境内70 821 km2，占全流域面积的91.5%。坝址控制流域面积76 479 km2，占全流域面积的98.9%。流域地势西北高、东南低。

沙湾水电站的开发任务以发电为主，兼顾灌溉和航运功能。电站装机容量480 MW，额定水头24.5 m，正常蓄水位432.0 m，设计引用流量2203.2 m3/s，保证出力151 MW，年利用小时数5015 h，年发电量24.07亿度。总库容4867万m3，正常蓄水位以下库容4554万m3。为一级混合式(河床式厂房加长尾水渠)开发。

2 分析形成溃坝原因

引起溃坝的原因有很多，通过总结分析，最终可以确定，导致溃坝的原因主要有以下几点：

(1)特大洪水。发生特大洪水时，经常会伴随着暴雨，暴雨对土地会产生较为强烈的冲蚀作用，这将会致使下游坝面出现冲坑[1]。这些小冲坑会在坝洪水冲蚀下快速扩大，在一段时间的作用后，将会逐渐发展到一定规模，此时，大坝在应用期间，局部会出现不稳，随后将会发生溃决，对环境以及人们的生活及生命都会造成威胁。

(2)地震作用。拦河坝在地震和地震动水压力作用下工作处于不利状态，在其他因素促使下极易溃决。

(3)坝体质量。大坝施工期间，局部质量控制不到位，将会导致坝体的整体质量存在较为严重的问题。管涌和渗流的区域是大坝建设过程中经常出现质量问题的区域，大坝在应用过程中，在外部不利荷载作用下，会出现溃决事故。

(4)管理因素。大坝在应用期间，要安排专人对大坝的应用进行科学管理。在实际管理过程中，由于管理人员在工作上的疏忽，或者应用的仪器存在质量问题，在应用期间发生失灵的事故，这都会对监测坝体实际运行的具体监测状态造成不良影响，监测存在问题，无法及时、准确反映坝体在具体应用过程中的实际状态，从而导致坝体遭遇险情，或者出现溃决[2]。

(5)人为破坏。发生战争时，水利枢纽工程经常会成为敌人的首要破坏目标，虽然该情况在和平年代很少发生，但是，作为一项会导致溃决的因素，在问题分析过程中，也必须要对该项因素进行充分考虑。

3 溃坝洪水特点

通过对大量的坝体溃决实践经验进行总结可以发现，坝体溃决与坝体的具体类型有着密切关系。例如，拱坝、混凝土重力坝等类型的刚性坝在出现问题时，通常都是瞬时溃决，并且在发生坝体溃决时，经常会伴随着局部溃决现象。而对于土坝、堆石坝等散粒体坝，因为其耐冲蚀能力相对较差，在实际应用过程中，如果洪水漫过坝顶，首先在坝顶上会出现冲坑，因为作用的时间较短，形成的冲坑规模相对较小，而随着洪水作用时间的不断延长，洪水的作用会逐渐变大，此时，冲坑的范围则会在短时间内迅速扩大，进而将会对坝体的结构和力学性能造成冲击，导致坝体的稳定性变弱，坝体局部区域则会出现溃决，并且会快速扩大，造成较为严重的破坏。针对散粒坝体，其在应用过程中，受水流侵蚀作用，会存在两个损坏时间，但是，从实际情况来看，在一段时间后，溃决会发展到一定规模，此时，坝体则会在短时间溃决，通常都是一溃到底。溃坝洪水的破坏力巨大，其对环境造成的破坏要比暴雨洪水更大，溃坝洪水造成的危害也给人们留下了沉痛的教训。通过对大量的溃坝洪水现象进行总结分析可以发现，溃坝洪水具有如下特点：

(1)溃坝洪水是一种非恒定流的不连续波运动。

(2)溃坝洪水具有较强的突发性，溃坝的出现，以及溃坝洪水的形成都是一项突发事件，因此，难以对其进行准确预测。从实际情况来看，大坝在具体应用过程突然失去阻拦的水体常以立波的形式向下游急速推进，溃坝的发生和溃坝洪水的形成通常只在几分钟至几小时内，水流汹涌湍急，因此，针对下游临近区域，难以采取有效的措施完成相应的保护[3]。

(3)溃坝洪水峰高量大，变化急剧。此类洪水以坝址处溃坝初瞬或稍后时刻洪量最大，库内水体常常在几小时内泄空，其峰量常高出暴雨洪水的数倍，甚至数十倍。如：1967年四川雅砻江唐古栋乡垮山滑坡堵江溃决洪水，溃坝最大流量达57 000 m3/s，约为实测最大雨洪流量的10倍，使下游水位陡涨40 m。

(4)溃坝洪水在初始阶段常以立波形式向下游急速推进，速度一般可达30～40 km/h，河槽内的水位在短期内会快速增多，同时，水流也将会变得更加湍急汹涌，具有较强的破坏力[4]。

4 溃坝洪水分析

沙湾电站在校核水位及校核来水条件下发生大坝漫顶1/2溃决，安谷电站工况为在建情况，坝址最大流量达到19 680 m3/s，大大超过校核洪水流量14 000 m3/s；洪峰约2 h演进至沙湾区，流量达到11 050 m3/s左右；洪峰到达安谷电站坝址断面约3.7 h，流量衰减到10 670 m3/s，达到设计洪水标准，约6 h后洪水演进到乐山市，洪峰流量为10 100 m3/s，接近乐山市的设计洪水标准，约11 h后到达珉江河段石溪镇，洪峰流量衰减到6900 m3/s，小于珉江20 a一遇洪水标准。按照安谷电站的运行调度情况来看，对1/2溃坝洪水总体上影响不大，与天然情况下基本一致。在库校核水位条件下，全溃的坝址洪峰对比数据见表1。

表1 库校核水位条件下全溃的坝址洪峰对比数据

另外，相关工作人员还要做好溃坝洪水校核工作，并运用先进的信息技术，构建水库全溃方案，通过数值模型，绘制沙湾溃坝—坝址洪水流量过程线图，如图1所示。

在对溃坝发生的概率进行分析期间，采用事件树方法，从闸门失效、坝顶高程不足、洪水漫顶、洪水不能安全下泄、大坝滑动、人工干预抢险、地震与战争等多方面对溃坝洪水发生概率进行了分析。结果表明，沙湾大坝发生漫顶联合全溃、1/2溃决、1/3溃决、1/4溃决的可能性极小。尽管如此，相关责任单位切不可掉以轻心，应随时进行雨水情和库水位实时观测，对大坝安全及隐患进行定期检查，并建立相应的安全管理机制，最大程度的避免溃坝情况的发生。当沙湾大坝出现溃坝前兆或存在可能性较大的溃坝隐患时，应及时通知安谷电站做好防范，提前降低安谷库水位，并通过各种媒体通知乐山市，做好人员撤离、物质转移等工作，严格按照应急预案及时采用应急措施，以最大程度降低溃坝洪水造成的损失。

图1 沙湾溃坝—坝址洪水流量过程线

5 结 语

做好大渡河沙湾水电站枢纽工程溃坝洪水分析，全面了解水电站枢纽工程在具体应用期间可能会出现溃坝洪水的几率，做好相应的应急措施，在发生溃坝洪水时，可以将造成的破坏控制在一个合理的范围内。