摘要：溃坝是水库大坝最严重的一种破坏形式，及时准确预判水库溃坝影响是赢得抢险时间减少溃坝损失的关键，本文首先开展岳坑水库险情调查和水文基础数据收集，进行水文分析，通过瞬时溃坝最大流量计算，运用 HEC-RAS 软件对溃坝后下游河道水力状况模拟，进行溃坝影响分析，根据分析结果提出科学运行控制建议，以预防水库溃坝，降低溃坝风险。
关键词：水库破坏；溃坝分析；运行控制；降低风险 1 水库险情概述 1.1 工程概况
岳坑水库位于石台县七都镇河口村，座落于青弋江水系清溪河支流毛坦河上游，距G530国道5.5km，是一座以防洪、灌溉为主，兼顾人畜供水的小（二）型水库，1966年10月开工建设，1975年2月完工蓄水，下游灌溉面积220亩，保护耕地900亩，人口1100人以及G530国道的防洪安全。
水库大坝为粘土心墙砂壳坝，枢纽工程包括大坝、岸边开敞式溢洪道、斜卧控制内衬φ315PE管圬工涵，坝址以上控制流域面积3.2km2，最大坝高15.44m，总库容18.8万m3，兴利库容8万m3。水库坝长53m，坝顶高程313.16m（1985国家高程，下同），溢洪道堰顶高程308.68m，死水位299.08m，20年一遇设计洪水位310.79m，300年一遇校核洪水位312.42m。
1.2 历史险情及处理
水库大坝自1975年建成蓄水后，大坝下游左侧坝脚出现清水漏水点，漏水点常年存在，且水量恒定，不因库水位变化而发生明显变化。水库平稳安全运行27年后，大坝便频繁发生险情，尤其近两年在大坝上游左侧涵洞进口附近连续发生跌窝险情。历次险情及处理情况见表1。
表1 历次险情及处理表
时间
险情类型
部位描述
险情描述 工程处理措施
2002年3月
坡
滑
溢洪道陡坡
滑坡块：长5.5m×宽3.5m×高2.7m
开挖并清理松动块石，滑动面置抗滑锚筋现浇混凝土抗滑坡处理
2009年4月
窝
跌
迎水坡底涵进口左侧
直径为1.5m，深1.0m，下游原漏水点水量加大且为浑水
跌窝井回填编织袋土填压实，上口采用加厚压盖处理
2019年4月
坑
塌
迎水坡底涵进
迎水坡底涵进口正上方
口附近直径约7m区域内蜂窝状，下游原漏水点水量加大且为浑水
迎水坡高程308.18以下全坝段开挖，采用非分散性土料掺量5～8%水泥土回填压实处理
1.3 险情发生及抢修
2020年7月2日08时-3日08时，石台县普降大雨，局部大暴雨，全县13个雨量监测站均超过100mm，岳坑水库雨量监测站降雨量166.5mm，最大小时降雨量77.56mm发生2日13-14时。
2日下午16时10分，岳坑水库水位达到本轮降雨过程第一波峰值309.48m，值班巡查人员暂未发现坝跌窝现象，7月3日早晨5时，库水位回落至308.88m，值班巡查人员及管理员发现底涵进口上方309.18m出现直径1.5m、深2m跌窝井险情，坝脚原漏水点水量加大且浑浊，跌窝井位置见图1。
图1 跌窝井位置图
鉴于当前降雨仍在持续，为控制跌窝险情进一步发展，确保大坝安全，采取如下紧急措施：跌窝井采取非分散性土料掺量5～8%水泥土回填夯实处理；为防止大坝其他部位跌窝再次发生，水面以上设计洪水位以下全坝段开展跌窝险情人工排查，排查完毕后采取挖掘机再压实临时加固措施处理；为确保水库大坝低水位运行，对溢洪道实施抽槽迅速降低库水位措施处理。
2 水库水力条件 2.1 库容曲线
水库建成运行以来，流域内植被良好，属少沙河流，库区泥沙淤积小，库容曲线仍采用档案水位库容曲线，水库水位～库容曲线见图2。
图2 库容曲线H-V
根据岳坑水库库容曲线H-V，确定其他特征水位对应库容，见表2。 表2 H-V库容表
库水位（m）
库容（万m）
3
库水位（m）
库容（万m3）
298.76 0 393.26 7.80
300.76 0.50 395.68 8.47
302.76 1.80 397.88 9.10
304.76 3.50 400.18 9.80
306.76 5.80 402.48 10.50
307.76 7.00 403.78 11.20
2.2 河道流域特性
根据水库除险加固续建工程初步设计，水库大坝以上河道流域特性见表3。 表3 流域特性表
流域
流域面积
F
河道长度
L
河道平均坡度
J（‰）
流域平均宽度
B（km）
流域形状系数
f
（km2） （km）
岳坑水库
3.2 1.7 109.6 1.88 1.10
2.3 降雨量与库水位关系
通过对本轮降雨过程（7月2日-7月11日）降雨量与水库溢洪道水深观测数据进行梳理，得到日降雨量与日溢洪最大水深关系曲线，见图3。
参数说明：降雨量为气象部门提供24h累计降雨量；溢洪水位指观察日中溢洪道最大溢流水位。
图3 库容曲线H-V
从降雨量-溢洪关系曲线，可以直观观察到：①降雨与库水位上涨几乎同时发生，时间差很小，主要由于河道流域特性所致（集雨面积大、主河道较短且坡降大）；②降雨量与库水位上涨成正向关系；③库水位陡涨陡落，具有典型山洪特性。
对降雨量-溢洪关系曲线加以分析，不难发现：降雨后期库水位上涨速度明显高于降雨初期，如7月6日（降雨中后期）虽然降雨量小于2日（降雨初期），但最高库水位却远高于2日水位，主要因为降雨中后期植被及土壤储蓄水能力达到饱和，拦蓄洪水能力明显减弱因素所致。
2.4 水库洪水演算
水库调洪演算直接采用岳坑水库除险加固工程初步设计洪水演算成果，其成果见表4。
表4 洪水演算成果表
来水流量（m/s）
3
3
泄水流量（m/s）
库水位（m）
库容（万m3）
0 0 308.68 8.47
5.6 2.3 308.88 9.10
6.4 6.4 309.18 9.80
14.5 12.3 309.48 10.50
23.5 20.5 309.78 11.20
3 溃坝影响分析 3.1 溃坝破坏机理
水库溃坝指大坝主体工程及附属工程完全破坏[1]，可分为瞬时全馈、部分溃和逐渐全溃。导致溃坝的因素甚为复杂，难于事先全预料，从最不利的结果着想，可以认为溃坝是瞬时完成的。
大坝溃坝瞬间，库内蓄水在水压力和重力作用下，奔腾而出，产生破坏力主要表现形式：一是房屋倒塌、人员伤亡。在坝前形成负波产生负压，逆水流方向向上游传播，产生落水逆波，周边形成高强气流冲击波，产生极大推力，所到之处推毁房屋，卷走人员；二是洪水淹没。在坝下形成正波，顺水流方向向下游传
播，产生涨水顺波，瞬时水位雍高，造成大面积淹没。三是冲刷破坏。由于产生瞬时洪峰，水流速加大，冲刷力强，致使所到之处农田、公路等严重冲刷破坏。
3.2 溃坝处最大流量
2019年大坝迎水坡308.18m以下全坝段开挖回填8%水泥土且通过高水位考验，结合本次跌窝井发生状况，推测高程308.68m最易发生溃坝，故将此高程水位假定溃坝临界水位，此时坝前最大水深10.46m，查阅H-V库容曲线，对应库容7.5万m3，假定溃坝是瞬时完成，按照以下计算公式[2]：
，
式中：
为坝址处溃坝最大流量，单位m3/s；
g为重力加速度，单位m/s2；
B为坝址处的库面宽，通常就等于坝长，单位m； H为坝前水深，对于设计条件可取坝高值，单位m；
L为库区长度，采用坝址断面至库区上游库面宽度突然缩小处的距离，单位m。
但实验证明，L＞5B后，其影响不再增加，故计算的L/B＞5时仍取L/B等于5；
b为溃口的平均宽度，m，最大（全馈时）等于坝长，此值可按以下计算方法估计:当溃坝时的蓄水量V≥100万m3时按
估计（为坝体材质系数，
对黏土类坝、黏土心墙或斜墙坝和混凝土坝取1.19，均质壤土坝取1.98）；当V＜100万m3时，按b=K2（VH）1/4估计（坝体施工和管理质量好的K2取6.6，差的取9.1），B、b、H的单位为m，V的单位为万m3。B/b一般不应超过l7；
h为溃口处残留坝体的平均高度，m，为安全计。对于设计条件可取h=0；K'不经验系数，近似按 K'=1.4（bh/BH）1/3估计。
代入参数计算得坝址处溃坝最大流量355.47m3/s，据此推算溃坝后，7.5万m3水3.5min内全部下泄。
3.3 溃坝影响范围
水库溃坝时，影响范围包括河口村岳坑、红庙、口上、康村、上保、下保、新河、河口、陈家9个自然村民组940人、760亩耕地和国道G530。
当库水位达到308.18m，大坝发生瞬间溃坝情况，通过对大坝下游居民户实地勘察，运用 HEC-RAS 软件[3]对大坝瞬间溃坝时下游河道水力模拟，根据模拟成果，经结合下游河道地形地貌，综合分析研判，对下游居民影响分析成果见表5。
表5 水库溃坝后果分析表
产生破坏因素
影响区域
距坝脚
洪宽
行
地面高程
最大流速
最大水头
冲
民
冲刷程
击波 房过水 度
（m） （m） （m） （m/s） （m）
岳坑片
00
45
778.1
2
94
5.
0.6
3
强 右侧
路
严重
口上片
00
63
777.7
2
7
59
1.0
3
强
较右侧
路
严重
红庙片
200
11
774.3
2
22
6.
4.4
3
般
一右侧
路
严重
上马石片
000
28
544.8
2
78
6.
3.9
6
般
一左侧
路
较重
康村片
400
316
124.0
2
19
4.
4.7
8
弱 左侧
路
较重
上下保畈片 900
423
202.6
2
66
3.
06.1
1
沿 弱
河两岸
一般
河口街片
500
589
196.3
1
95
3.
12.4
1
沿 弱
河两岸
一般
4 大坝运行工况评价
（1）大坝发生险情与底涵接触渗漏有关系，且与库水位及降雨强度密切相关；
（2）鉴于水库大坝多次发生险情，每次险情发生后虽经及时处理，险情发展得到有效控制，但乃属于应急处理措施，不够系统、全面，虽然7月6日21时30分水库大坝平稳度过本轮降雨第二波峰值308.18m高水位考验，但是由于缺乏专家论证，无法认定大坝此水位以下工况运行是安全的；
（3）本轮降雨持续时间长、降雨量大（累积过程降雨421.5mm），水库大坝上游河道植被及土壤储蓄水能力已经饱和，上游河道来水量较大且短期内持续，短期内难以控制水库低水位运行，降雨与库水位上涨几乎同时发生，若近期再次遭遇强降雨突然袭击，将可能留给转移群众的时间很短。
5 大坝运行控制建议
根据以上分析结果，结合水库大坝现在运行状况，对汛期水库大坝运行控制提出如下建议：
（1）放水涵洞持续开启最大化以满负荷泄水，确保控制水库低水位运行。 （2）库水位达涨到308.18m时，对水库坝脚下游0.66km范围内所有居民转移安置或就近转移至高处安全区域。
（3）库水位达涨到308.98m时，对水库坝脚下游2km范围内沿河低洼处群众，就近转移至高处安全区域。
（4）库水位达到309.48米或24小时降雨量达到200毫米以上或最大小时雨强达到50毫米时，对水库坝脚下游2km范围以外沿河低洼处群众进行转移避险。
［参 考 文 献］
[1]汝乃华,牛运光.大坝事故与安全[M].中国水利水电出版社, 2011（01）. [2]高兴舟,王贵.水库溃坝洪水计算研究[J].黑龙江水利科技, 2011（05）. [3]Hydrdogic Engineering
Center[EB/OL].https://www.hec.usace.army.mil/software/hec-hms/
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