尖岗水库溃坝洪水计算与风险评估

３个行政村 、５个 自然村 ， 灾人 口 １ ５ 。设 计 水位 溃坝 的 ２ 受 ３５ ９ 采用英 国水利研究 院 Ｉｆ ｒｓＲ 河流 网络模 拟系统进行 ｌ ｎｏ ｋ Ｓ Ｗｏ
４ ３ ｍ 。尖 岗水库上游干 流长 ２ ． ｍ， ６ ３ｋ 两岸 陡 洪水演算 。利用圣维南方 程计算 下游河 道断 面流量 等 ， 果见 淹没面积为 １ ．４ ｋ 结
评估 。
１ 基本情况
尖 岗水库位 于淮河流域颖 河水系贾鲁河 干流上游 ， 是郑 州 市最大 的重点 中型水 库 ， 总库容 为 ６８０万 ｍ ， 主要 功 能为 ２ 其 防洪和城市应急供水 。按 １０年一 遇洪水设计 ，００ ０年一 遇 ０ １ ０
（） ４ 地质灾 害。尖 岗水库 地处嵩 山 山前 丘陵 地带 ， 流域 内 地形属切割堆积地 形 ， 山坡 、 山头岩石 裸露 ， 被稀 少 ， 植 水土 流 失严重 。当降雨量较 大 时 ， 可能 发生 山体 滑坡 、 有 泥石 流等 地 质灾害 ， 致 库 水 位严 重 壅 高 或 泄洪 洞 堵 塞 ， 而 危 及 大 坝 导 进
溃坝流量过程 线与溃坝最大流量 Ｑ 溃坝 时入 库流量 Ｑ 、 、 。 下游水位及溃坝洪量有 关 ， 其线型近似 于四次抛 物线 ， 即
式 中： ｂ为溃 口宽度 ； 为水库总库容 ； 曰为坝顶长 ； 日为 坝高 ；
为经验系数 ， 壤土取 １ ３ 。 ．０
溃坝最大流量采 用 肖克列奇经验公式计算 ：
（ ． 州市 尖 岗水库管理处 ， １郑 河南 郑州 ４０ ６ ； ． ５ ０ ２ ２ 华北水 利水 电学院 ， 南 郑州 ４ ０ １ ； 河 ５０ １ ３ 郑州 市防汛抗 旱指 挥部 办公室 ， ． 河南 郑州 ４ ００ ） ５ ０ ６
摘
要 ： 已有 溃坝洪水数学模型的基础上 ， 在 结合 Ｉｆｗ ｒｓ Ｓ河流网络模 拟软件 ， ｎｏ ｏｋ Ｒ 对尖 岗水库溃坝洪水向下游的演进过
溃坝。
法通过水 动力学模型计算 溃坝 处 的流量 ， 只好用经 验公 式 Ｊ ，
如波额 流量 法 、 宽顶堰流公式法 、 流与堰 流相交法 等。同时 ， 波 根据经验公 式计 算的坝址流量及上游来 流情况 ， 采用调 洪演算
（） ２ 工程 隐患 。尖 岗水 库大坝下 游 曾先 后 出现过 涌泉 、 沸 土、 轻微管涌翻沙 、 部岸 坡流 土和 大坝背 水坡抗 震 台坍塌 等 局
模 拟溃坝洪水 ， 准确预测溃 坝洪 水 的传播 、 推进过程 ， 防 对 灾 、 护人 民生命财产安全等具有 十分重要 的意义 。溃 坝洪水 保
影 响的河段 一般 较长 ， 多采 用 一维 非恒 定 流数 学 模 型进行 模 拟 。在模拟 溃坝水流时 ， 由于坝址 断面处 水流 的间 断 ， 因此无
【 责任编辑
翟戌亮】
程进 行 了动 力 学 模 拟 ， 果 表 明 ： 核 水位 条件 下 ， 坝 洪 水 的 淹 没 面 积 为 １． ６ｋ 涉及 １ 行 政 村 、５个 自然村 ， 结 校 溃 ７ ５ ｍ ， ３个 ２ 受
灾 １ ５ ３５９人 ； 水库 溃坝时库水位急剧 降低 ， 水库两岸 山体 出现滑坡 、 崩塌 的可能性极 大。建议 ： ①加 强水文、 形、 质、 地 地
基金项 目： 华北水利水 电学院高层 次人 才启动基金 资助项 目； 华北 水利水 电学
院科研 基金 资助项 目（ Ｓ Ｊ０ ６ ０ ） Ｈ Ｑ ２ ０ ０５ 。 作 者简介： 可友 国（９ ２ ， ， １７ 一） 男 湖北 浠永人 ， 工程师。
Ｅ— ｉ： ｙ ７ ７ １ ３ ｃ ｍ ｍａｌ ｋ ｇ ２ ＠ ６ ． ｏ
ｈ 在设计水位溃坝初期 ， （ 水库入库流量 ＝１２０ｍ３ｓ 。 ２ ／ ）根据 和 Ｑ 即可概化 出流量过程 线 ， ， 计算结果见表 ２ 。
表 ２ 设计 水 位 溃 坝 流 量 过 程 预 测
３ ３ 溃坝 洪 水演进 计 算 ．
下， 溃坝洪水 的淹没面积为 ｌ ．６ｋ１（ ７ ５ ｎ 估算 到南 阳坝处 ） 涉及 ２ ，
ｂ ＝ ＫＷ Ｂ Ｈ ｆ ） １
（） ２ 溃决流 量过 程推算 。根 据水 量平衡 原理 ， 岗水库 泄 尖
空 时 间应 满 足
Ｔ＝５ ／ Ｑ Ｗ （ 一Ｑ ） 。
（） ３
式 中： 为溃坝前的水库蓄水量 ； 。 Ｑ 为入库流量 。 校核水 位溃坝 初期 Ｑ ０＝３３０ｍ ／。 ４ ｓ
安全 。
洪水校核。于 １５ ９ ９年 开 始兴 建 ，９ ０年停 工 ；９ ５年再 次勘 １６ １６
测规划设计 ，９ ９年续建 ，９ ０年 １ １６ １７ ０月拦 河蓄水 。１７ ９ ５年 以
（） ５ 上游水库溃 坝。尖 岗水 库上游 有各 式塘 坝 、 型拦 河 小 坝， 它们 大部分 为均质 碾压 土坝 ， 排水 设施 。一 旦流 域 内发 无
震基本烈度 为 ６度 。由于坝体抗震 标准低 ， 且坝基 土壤为轻 粉 壤土 ， 因此存在液化 的可能 。ｉ ８ ９７年对 坝体进 行 了抗震 加 固， 现 大坝抗震 能力 标准达 ７级 ， 地震 烈度达 ７度 。一般情况下 地 震对水 库 的 危 害 在 可 控 范 围 内， 不 排 除 出 现 较 大 烈 度 的 但
洪水总历 时， ｉ。 ｍ ｎ 计算的坝址溃决 流量过程 见表 １ 。
（） ４
式 中： ｔ Ｑ 为 时刻 的流量 ，Ｉ ｓＱ １ ／ ；。为入库流量 ， ｓＴ为溃 坝 Ｔ ｍ／ ；
表 １ 校核 水 位 溃 决 流 量 过 程 预 测
３ ２ 设计 水 位非 正 常溃坝 ．
设计水位 １３ ７ ５ ． ５ｍ对应 的库容为 ４５０万 ｍ 采用上述方 ２ ， 法计算的坝址处溃坝最大 流量 为 ４ ９ １ ｓ泄空 时间为 １４ ５０ ２１。 ， ７／ ．３
来 先后 完成 了坝后导渗降压廊道 、 溢洪道 、 常溢洪道 、 非 坝体劈
裂灌浆和大坝抗震加固等工程。
生超标准洪水 ， 这些塘坝 及拦 河坝 溃坝 的可能 性极 大 ， 严重 威
胁水库安全 。
２ 工 程险情种类及成 因
收 稿 日期 ：０ ７ ９ １ ２０ —０ —２
险情的种类 主要 有 ： 坝身 大面 积散 浸 、 洞 、 涌、 漏 管 泄洪 洞 闸门启 闭失灵和大坝溃决 。导致 险情 的主要 因素包括 ： （） １ 超标 准洪水 。超标 准洪水 是指 超过校 核标准 的 洪水 。
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第 ７期
可友 国等 ： 岗水库溃坝洪水计算与风 险评估 尖
・３ ７・
力加速度 。 计算的坝址处 的溃坝最大流量为 ６ ５ １ ｓ ６０ ６Ｉ ／ 。 Ｉ
３ 水库溃坝计算
３ １ 校 核水 位 时溃坝 ．
（） １ 溃坝流量计算 。溃 口宽度采用黄委经验公式计算 Ｊ ：
［］ 李炜． ５ 水力 计算手册［ ． 版． Ｍ］２ 北京 ： 中国水利水 电出版社 ，０６ ２０ ．
根据推算 的下游各 断面洪水 水位 ， 以绘 出坝 址下 游河道 可 洪水 水位过程线及最大水 面 曲线 ， 坝址下游 地形 图和计 算水 按 位绘 制洪水淹没范 围及 淹没 区 ， 出淹没 范围 。校 核水位 条件 划
关 键 词 ： ｎｏ ｏｋ Ｓ Ｉｆｗ ｒｓ ；风 险 评 估 ；洪 水 演 进 ；溃 坝 ； 尖 岗 水库 Ｒ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ０ １７ （ ０ ８ ０ —０ ３－ ２ １０ — ３ ９ ２ ０ ） ７ ０ ６ ０ 中 图 分 类 号 ：Ｔ ２ ；３ ３ Ｖ１２ Ｐ ３
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第 ３ 第 ７期 Ｏ卷
２０ ０ ８年 ７月
人
民
黄
百度文库
河
Ｖｏ ． ０． ． １ ３ Ｎｏ ７
ＹＥ Ｌ Ｌ ＯＷ ＲＩ Ｒ ＶＥ
Ｊ１，０ ｕ ． ２ ０８
【 文 ・ 沙】 水 泥
尖 岗水库溃坝洪水 计算与风险 评估
可友 国 ， 雷宏 军２ 王 永 高２ 徐 建 新２ ， ，
建筑材料 的调查分析与勘测勘探试验 工作 ， 做好水库上游 雨情 、 汛情信息收集 以及 洪水 演算预报 工作 ， 为决 策、 险赢得 抢
宝贵时 间； 强化 工程管理 ， ② 优化 水库 洪水调 度方案 ， 充分发挥 水库工程 效益 ； ③加 强防汛抢 险队伍建设和 防汛抢险物 资 筹备 ； ④不 断完善 水库抢 险预 案和人 员转移预案 ， 高预案的可操作性 。 提
表 ３ 。
表 ３ 溃坝洪水演进计算结果
峭且为黏性壤 土。水 库溃坝 时库水位 急剧 降低 ， 水库两 岸山体
出现滑坡 、 崩塌的可能性极大 。
４ 防范措施及建 议
①加强水文 、 地形 、 质、 筑材 料的调查 分析 与勘测 勘探 地 建
试验工作 ， 做好水 库上游雨情 、 汛情信 息收集以及洪水演算预报 工作 ， 领导决 策 、 为 防汛抢险赢 得宝 贵时 问。② 强化工 程管理 ， 优化水库洪水调度方案 ， 分发挥水 库工 程效益 。③加强 防汛 充 抢险 队伍建设和 防汛抢 险物资筹 备 ， 为水库 安全度 汛做好 各项 准备工作 ， 确保 大坝万无一 失。④不 断完善 水库抢 险预案 和人
Ｑ ＝８ ２ ｇ （ ／ ）／ 硪／ ／７ Ｂ ｂ１６ ３ ４ （） ２ 式 中： 为坝址最大 流量 ， ｓＢ为坝顶 长度 ， ｂ为溃 口宽 Ｑ ｉ／； ｎ ｍ； 度 ， 为溃坝 时坝前水 深 ， ｍ； 等于校核水位 对应 的水深 ； ｇ为重
ｔＴ＝ ［ 一（ 。／ Ｑ ／ １ Ｑ 一Ｑ ）（ 一Ｑ ） 。］
水 库现时坝顶高程为 １８ ６ 校核 洪水 位为 １８ ６ ５ ．０ｍ， ５ ．０ｍ。当水 位超过校 核洪水 位时 ， 库水 面抬 高 ， 过构 筑 防浪墙 和水库 自 通 身调节可安全 泄洪 ， 对下游不会造成 危害性影 响 。但如果 水位 继续抬 高翻坝 ， 则可能 导致 水库 大坝 出现重 大险 情 ， 至造 成 甚
报 ，０ ２ ６ ：５ ３ ： ２ ０ （ ）３ — ９
［ ］ 谢任之． ３ 溃坝水力学 ［ ． Ｍ］济南 ： 山东科 学技术出版社 ， ９ １ ３ ９ ［ ｊ 美 国国家气象 局． ４ 溃坝 洪水预 报模 型 ［ ］ 水利 电力部 水利水 电规 划设计 ｚ．
院， ． 译 北京 ： 水利电力 部水利水电规划设 计院 ， ８ ． １ ４ ９
地震 。
何形状及其 随时间的变化 、 溃决 断面的泄流过 程和溃 坝洪水在 下游河道 中的推 进等 ３个模 块组 成 。笔 者在 已有溃 坝洪 水数
学模型基础上 ， 结合 Ｉｆｗ ｒｓＲ ｎｏ ｏｋ Ｓ河流 网络模拟软件 ， 对郑 州市
尖 岗水库 库 溃 坝洪 水 演进 情 况 进 行 了模 拟 计 算 与 洪 水风 险
法模拟水库 水位消落情况 。这类模型 的框架 ＿ 主要借 鉴美 国 ２
气象局提 出的 Ｄ ＭＢ Ｋ 模 型 ， 模 型主 要 由溃决 口门 的几 Ａ Ｒ 该
现象 。虽经 过处 理 ， 但未经大洪水 、 高水位 的考验 ， 若遇暴 雨或 高水位 ， 则依然存在坝基渗流破坏 、 大坝背水坡坍塌 的可能性 。 （） ３ 地震 。根 据河 南省地震 局鉴定 ， 岗水库 坝址 区 的地 尖
员转移预案 ， 提高 预案的可 操作性 。
参考 文 献 ：
［ ］ 赵太平 水电工程溃坝洪水计算［ ］ 泥沙研究 ，０ ３ ２ ：８ ５ ． １ Ｊ． ２０ （ ）４ — ３ ［ ］ 李杰友 ， ２ 吴永强 ， 杨树 滩 ， 泉 水水库 溃坝洪水 模拟 计算 ［ ］ 河海 大学 学 等 Ｊ．