南水北調(diào)中線工程的初步設(shè)計已基本完成,開工在即。此項工程不僅僅是跨流域大規(guī)模調(diào)水的輸水工程,更重要的是一項宏偉的生態(tài)環(huán)境工程、經(jīng)濟工程和社會工程,是京、津及華北地區(qū)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要保障,也是2008年奧運會的綠色希望。具有巨大的生態(tài)、經(jīng)濟和社會效益。對于如此重大的建設(shè)工程其風(fēng)險問題是不容忽視的,總干渠一旦出現(xiàn)問題,影響著下游京、津、冀地區(qū)的千家萬戶?偢汕颖笔《尉路全長461.14 km,與237條大小河流交叉,交叉河流上游分布著眾多的中小型水庫?偢汕髠(cè)太行山迎風(fēng)區(qū)為華北暴雨多發(fā)區(qū),該區(qū)暴雨情勢復(fù)雜,洪水問題突出。著名的“63·8”暴雨洪水發(fā)生時,在該區(qū)域曾有5座中型水庫和314座小型水庫潰壩,給下游造成了很大的損失。目前總干渠左側(cè)交叉河流上游有許多中小型水庫現(xiàn)狀防洪標準偏低或工程存在質(zhì)量問題,不能滿足總干渠100年一遇防洪的要求,一旦發(fā)生潰決,將對總干渠及交叉工程的安全運行構(gòu)成一定的威脅。筆者對在詳細調(diào)查總干渠河北省南段左側(cè)區(qū)域中小型水庫的基礎(chǔ)上,研究了水庫可能潰壩的方式和標準,分析了水庫潰壩洪水對總干渠的影響,并提出有關(guān)預(yù)防措施和建議。
1 水庫篩選
建國以來,隨著工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的不斷發(fā)展,在滏陽河流域上游修建了眾多大、中、小型水利工程,在興利和防洪方面都起到了不可忽視的作用。與南水北調(diào)中線總干渠河北省南段交叉的河流上游共有注冊水庫135座,其中大型水庫3座,中型水庫8座,小(一)型水庫23座,小(二)型水庫101座。
根據(jù)水庫的基本資料,技術(shù)指標,目前存在的問題以及距總干渠的距離等因素,對所有水庫進行摸底。在粗略篩選的基礎(chǔ)上,對選定的水庫進行了現(xiàn)場查勘與調(diào)查,注重客觀實際,并與地方和管理單位進行協(xié)調(diào),綜合確定可能潰壩的水庫。分析主要遵循以下原則:1)現(xiàn)狀防洪標準小于或等于100年的水庫;2)無現(xiàn)狀防洪標準和校核防洪標準,且通過估算和分析認為水庫現(xiàn)狀防洪標準低于100年的水庫;3)大壩有較嚴重質(zhì)量問題的水庫。4)存在上游水庫潰壩洪水威脅的下游水庫。同時還要考慮距總干渠的距離,一般情況。ǘ┬退畮煸20 km以內(nèi),中型和小(一)型水庫在50 km以內(nèi)。對于控制面積較小或庫容較小,并且處于100 km2以上河流支流上的水庫,雖然符合上述幾個條件,由于潰壩流量相對河道100年設(shè)計流量相對較小,不再進行分析。根據(jù)水庫的現(xiàn)狀調(diào)查情況和上述原則,對水庫的防洪標準和存在的問題進行了細致的分析,確定了26座可能潰壩的水庫,涉及河流12條(表1)。
2 總體分析思路
由于水庫多及其情況各異,對其分析計算比較復(fù)雜,首先建立3個基礎(chǔ)庫,即基本資料庫、分析計算模塊庫、成果庫,以便在計算中隨時調(diào)取資料和計算程序并存放中間或最終計算成果。
整個分析過程包括:基礎(chǔ)資料分析和水庫的篩選排查、分析計算、影響分析及預(yù)防措施建議。1)在眾多的水庫中,根據(jù)水庫的基本情況、技術(shù)指標和存在問題,分析在總干渠防洪標準(100年)情況下有可能潰壩的水庫,確定潰壩形式;2)根據(jù)各水庫的具體情況,分析是否進行設(shè)計洪水計算和水庫調(diào)洪計算確定潰壩指標、水庫潰壩分析及洪水演進分析、區(qū)間洪水分析及洪水組合分析;3)潰壩洪水對總干渠影響分析、提出防護措施建議。詳見圖1。
由于河流大小不一,流域內(nèi)潰壩水庫的數(shù)量不同,處理的方法也不同,對于僅有一座水庫潰壩的河流,影響總干渠的洪水由單庫潰壩洪水和區(qū)間洪水組成。由于所分析水庫均在中小型河流上,沒有大中型水利工程,對于小型水庫,100年洪水基本不考慮削峰能力,單庫潰壩時水庫控制面積以外的流域均作為區(qū)間處理。對于有多座水庫潰壩的河流,同時進行單庫和不同組合的多庫串聯(lián)潰壩分析,分別于相應(yīng)的區(qū)間組合,綜合分析,按最有可能出現(xiàn)的較不利情況分析對總干渠的影響。鑒于各水庫的壩型、壩長、壩質(zhì)及與下游河道的關(guān)系等要素不盡相同,潰壩的形式與寬度也不一樣,分析時根據(jù)水庫的技術(shù)指標及實地勘察,考慮對總干渠的不利因素,確定其潰壩形式和寬度。大壩瞬時全潰的有:地處山勢險峻、壩體較高、壩長相對較短的土壩;壩長適中、與下游河道等寬且河道比較順直的土壩;有嚴重質(zhì)量問題的土壩;混凝土溢流壩。根據(jù)壩體的形狀,考慮選擇矩形公式或拋物線型公式。對于壩體較長的土壩及壩長適中但下游河道較窄的土壩,按大壩瞬時橫向局部一潰到底處理。對于局部潰壩的寬度,根據(jù)計算和現(xiàn)場查勘綜合分析確定。
對于串聯(lián)或并聯(lián)水庫群的潰壩分析,以最下游水庫為目標,按不同的潰壩組合進行分析,潰壩與演進的方法與單庫相同,但各個要素視不同的組合分析確定。
3 結(jié)果分析
通過對26座水庫不同條件下潰壩洪水、洪水演進、與區(qū)間洪水組合以及洪水到達總干渠洪水位的系統(tǒng)分析,并結(jié)合總干渠有關(guān)指標進行了對比(表2),在表2可以看出下列情況。
第一,流域面積大于100 km2的河流。1)白馬河、沁河,流域內(nèi)發(fā)生水庫潰壩后產(chǎn)生的洪峰流量均小于交叉河流100年洪峰流量和建筑物設(shè)計最大泄量,對總干渠沒有影響;2)七里河、李陽河,流域內(nèi)發(fā)生水庫潰壩后產(chǎn)生的洪峰流量大于交叉河流100年洪峰流量和建筑物設(shè)計最大泄量,但均小于交叉建筑物的校核流量,當流域內(nèi)發(fā)生水庫潰壩時,基本不會加重校核標準洪水時對總干渠的影響;3) 牛河南支上游分兩個大支,單支串聯(lián)潰壩影響不大,兩支同時發(fā)生潰壩的可能性很小,因此,對總干渠的影響甚微。
第二, 河一支、午河,在流域面積20~100 km2之間,與總干渠交叉建筑物按100年一遇洪水設(shè)計,300年一遇洪水校核。潰壩洪峰流量均大于該河300年一遇洪峰流量。尤其是午河,流域內(nèi)形成了水庫群,距總干渠的距離較近,一旦發(fā)生串聯(lián)或并聯(lián)水庫潰壩,洪水總量和水流流速都比較大,洪水出槽嚴重,對總干渠和交叉建筑物將構(gòu)成較大的危害。
第三,流域面積小于20 km2的河流有5條,它們是劉莊溝、東窯頭溝、渚河北支、前五郭店溝和五郭店溝,與總干渠交叉建筑物按50年一遇洪水設(shè)計,100年一遇洪水校核。水庫潰壩后的洪峰流量都遠遠大于該河流100年一遇校核流量,且洪水均已出槽。由于潰壩洪水流速較大,具有一定的沖擊力量,對總干渠和交叉建筑物都有一定的影響?傮w看,有11座水庫潰壩將對總干渠局部產(chǎn)生不同程度的影響,涉及河流7條(表3)。潰壩洪水對總干渠構(gòu)成危害具體表現(xiàn)在兩個方面:1)分析表明潰壩洪水的流速一般較大,大者可達10 m/s,小的也在4 m/s以上,對總干渠左堤將產(chǎn)生一定的沖擊力量。2)由于潰壩洪峰流量遠大于河道和交叉建筑物的泄流能力,洪水出槽后受總干渠的阻擋,無法向下游宣泄,全部積于左堤前,對左堤外坡面造成水侵,削弱大堤的穩(wěn)定性。
總干渠河北省南段受水庫潰壩洪水影響的渠段約11 km,具體位置在磁縣的7+000至11+000段、邯鄲縣的46+000至48+000段、內(nèi)丘縣的140+000至142+000段和臨城縣的165+000至168+000段共4段。劉莊溝、東窯頭溝、渚河北支、 河一支、前五郭店溝、五郭店溝和午河的交叉建筑物將受到一定的影響。
4 結(jié)語
(1)南水北調(diào)中線工程是解決京、津、冀地區(qū)水資源短缺、優(yōu)化水資源配置的戰(zhàn)略性工程,是百年大計。確?偢汕L期、安全、有效的運行具有十分重要的意義。總干渠任何局部出現(xiàn)問題都會影響全線輸水,造成一定的經(jīng)濟損失,因此水庫潰壩問題不容忽視,尤其是流域面積在20 km2以下的河流,水庫位置距總干渠都比較近,水庫標準較低或存在質(zhì)量問題,由于流域較小,易被人們所忽視,所以對總干渠永遠是潛在的危險。
(2)通過對南段水庫潰壩分析,潰壩洪水對總干渠有影響的水庫以。ǘ┬退畮炀佣啵嗵幱谛⌒秃恿髦,雖對總干渠局部有一定的影響,從全局分析影響不大。鑒于此,建議從兩個方面考慮采取預(yù)防措施:1)對總干渠有關(guān)渠段左堤加強防護,對相關(guān)建筑物應(yīng)提高抗水平?jīng)_擊的能力。2)與水庫管理部門協(xié)調(diào),對相關(guān)水庫進行加固除險,提高水庫的防洪能力,使水庫的防洪標準達到中華人們共和國國家標準GB 50201—94《防洪標準》規(guī)定的水庫校核防洪標準。根據(jù)壩型不同,。ㄒ唬┬退畮煨:藰藴试200~1 000年;小(二)型水庫校核標準在100~300年。最低標準要求要略高于總干渠100年防洪標準。
綜合分析兩種預(yù)防措施的利弊,筆者認為對總干渠和建筑物加強防護,雖然確保了渠道輸水的安全,但水庫潰壩將給國家和水庫下游的群眾帶來一定的經(jīng)濟損失。如果采取對水庫加固的預(yù)防措施,可以一舉兩得,既保障了總干渠的輸水安全,又避免了水庫潰壩帶來的損失。具體采用的工程措施還應(yīng)根據(jù)工程投資和水毀損失的大小綜合確定。