0引言
水庫(kù)在施工期間，由于遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水等原因
引起圍堰潰決，將給下游的防洪安全帶來(lái)嚴(yán)重威脅，為確保下游防洪安全，應(yīng)開(kāi)展水庫(kù)施工圍堰潰壩洪水分析。以馱英水庫(kù)施工圍堰潰壩洪水分析為例，分析計(jì)算施工圍堰遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水漫頂造成圍堰潰決后洪水的演進(jìn)過(guò)程，研究潰壩洪水對(duì)下游造成的影響，為編制水庫(kù)施工期安全度汛應(yīng)急預(yù)案提供技術(shù)參考。
1工程概況
馱英水庫(kù)壩址地處廣西崇左市寧明縣那堪鄉(xiāng)垌中村蒲城屯，位于珠江流域西江水系左江支流明江的一級(jí)支流公安河上，距那堪鄉(xiāng)31km ，距寧明縣城115km ，是一座以灌溉、供水為主，兼顧發(fā)電等綜合利用的大（2）型水庫(kù)，為廣西左江治旱馱英水庫(kù)及灌區(qū)工程供水的龍頭水庫(kù)。水庫(kù)兩側(cè)為中低山峽谷地形，兩岸山勢(shì)陡峭，河流狹窄，地勢(shì)南高北低，壩址下游過(guò)渡為丘陵地形。施工圍堰所在河段河谷為“V ”型谷，圍堰附近無(wú)村莊民房，天然河道水面寬33～52m 。圍堰建設(shè)范圍內(nèi)基巖以粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖為主，河床部位基巖風(fēng)化較淺，多為弱～微風(fēng)化巖體，左岸強(qiáng)風(fēng)化帶下限埋深較淺，右岸弱風(fēng)化帶下限埋深相對(duì)較深。
馱英水庫(kù)導(dǎo)流方式采用施工圍堰與壩體部分
結(jié)合、一次攔斷河床，導(dǎo)流隧洞泄流的導(dǎo)流方式。根據(jù)施工進(jìn)度安排，馱英水庫(kù)施工期為全年，大壩圍堰填筑后的第一個(gè)汛期（5～10月）利用施工圍堰擋水施工，施工圍堰壩型為堆石壩，堰頂高程為207m ，防洪標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，相應(yīng)洪峰流量為2670m 3/s 。當(dāng)汛期出現(xiàn)超10年一遇小于20年一遇洪水時(shí)，根據(jù)工程布置及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，將采取臨時(shí)增加子堰擋水的措施，將子堰加高至211m 高程，相當(dāng)于可擋20年一遇洪水，相應(yīng)洪峰流量為3407m 3/s 。
2潰壩洪水分析
2.1
潰壩洪水分析范圍
潰壩洪水分析范圍為施工圍堰至公安河河口的47km 河道，主要對(duì)枯改、崠布、汪迷、崠磨、繁華、鄧約、帝也、賴灣、板含、其坤、平高、板晃、毛六、公安圩、垌中村、江叫等16個(gè)距河較近的村屯進(jìn)行潰壩洪水影響分析。對(duì)于明江干流公安河河口以下的沿岸村屯，同樣要及時(shí)做好預(yù)警及避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移工作。2.2
潰壩類型分析
根據(jù)潰壩過(guò)程的時(shí)間長(zhǎng)短，潰壩類型可分為瞬時(shí)潰壩和逐漸潰壩；根據(jù)潰壩缺口規(guī)模大小，可分為全
部潰壩和局部潰壩。對(duì)于剛性壩，如重力壩、拱壩、漿砌石壩、支墩壩等，一般是瞬時(shí)潰壩，而且多出現(xiàn)局部潰壩；對(duì)于散粒壩，如土壩、堆石壩等受水流沖刷，壩體受到破壞，達(dá)到潰壩總有一個(gè)時(shí)間
[收稿日期]2020-12-29
[作者簡(jiǎn)介]
蔣月麗（1988-），女，廣西桂林人，廣西水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司工程師，學(xué)士，主要研究方向?yàn)樗娨?guī)劃設(shè)計(jì)工作。
·水文水能·
廣西馱英水庫(kù)施工圍堰潰壩洪水分析
蔣月麗，孫旭良，黃武林
（廣西水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，南寧530023）
[摘要]
以馱英水庫(kù)施工圍堰潰壩洪水分析為例，結(jié)合水庫(kù)施工方案擬定不同潰壩計(jì)算工況，推求施工圍堰遭
遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水漫頂造成圍堰潰決后潰壩最大流量、潰壩洪水向下游演進(jìn)過(guò)程，分析潰壩洪水對(duì)下游的淹沒(méi)影響，為編制水庫(kù)施工期安全度汛應(yīng)急預(yù)案提供技術(shù)參考，為水庫(kù)工程施工及下游防洪安全提供保障。[關(guān)鍵詞]施工圍堰；潰壩洪水；潰壩最大流量；演進(jìn)過(guò)程；馱英水庫(kù)
[中圖分類號(hào)]
TV122.4
[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]
A
[文章編號(hào)]
1003-1510（2021）02-0042-05
過(guò)程，因此可認(rèn)為是逐漸潰壩類型，但水庫(kù)在不太長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)全部泄空。
馱英施工圍堰采用土石圍堰，潰壩原因主要為洪水漫頂、基礎(chǔ)管涌、滲漏等，屬于逐漸潰壩類型，但由于引起潰壩的水流沖擊能力極強(qiáng)，從決口開(kāi)始到基本形成穩(wěn)定的潰決斷面，整個(gè)時(shí)間過(guò)程非常短暫（一般半個(gè)小時(shí)左右），從安全角度考慮，馱英施工圍堰按瞬時(shí)全部潰壩處理。
2.3潰壩洪水計(jì)算組合
結(jié)合馱英水庫(kù)施工導(dǎo)流方式及施工安排，潰壩洪水計(jì)算組合分3種工況，即：
（1）工況一：當(dāng)施工圍堰遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水，圍堰瞬時(shí)全部潰壩。
（2）工況二：當(dāng)施工圍堰加子堰亦無(wú)法抵御超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，圍堰加子堰瞬時(shí)全部潰壩。
（3）工況三：當(dāng)施工圍堰加子堰后，由于對(duì)施工圍堰迎水側(cè)邊坡采用風(fēng)化過(guò)渡料斜墻保護(hù)，僅子堰發(fā)生瞬時(shí)局部潰壩。
2.4壩址處潰壩最大流量計(jì)算
根據(jù)《水力計(jì)算手冊(cè)（第二版）》（中國(guó)水利水電出版社），大壩瞬時(shí)全部潰決時(shí)，二次拋物線形狀河槽壩址處潰壩最大流量Q M計(jì)算公式為：
Q M=0.23B g H320（1）式中：Q M為流量，m3/s；B為水面寬度，取壩體頂部長(zhǎng)度，為180m；H0為壩前水深，考慮洪水沒(méi)過(guò)堰頂后潰壩，壩前水深為堰頂高程與河底高程之間的高差，m。
2.4.1工況一（施工圍堰瞬時(shí)全部潰壩）
施工圍堰壩型為散粒體壩，為瞬時(shí)全部潰壩，從堰頂高程207m潰至壩基168m。經(jīng)計(jì)算，潰壩流量為31565m3/s。
馱英水庫(kù)采用一次攔斷河床、隧洞全年導(dǎo)流的導(dǎo)流方式施工，經(jīng)調(diào)洪計(jì)算，當(dāng)遭遇10年一遇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)洪水時(shí)，導(dǎo)流洞最大下泄流量為1260m3/s。因此，從安全角度考慮，潰壩洪峰流量需在計(jì)算的潰壩洪峰流量基礎(chǔ)上疊加導(dǎo)流洞的最大下泄流量，即施工圍堰瞬時(shí)全部潰壩洪峰流量為32825m3/s。
2.4.2工況二（施工圍堰加子堰瞬時(shí)全部潰壩）
施工圍堰加子堰發(fā)生瞬時(shí)全部潰壩時(shí)，從子堰堰頂高程211m潰至壩基168m。經(jīng)計(jì)算，潰壩流量為36544m3/s。
經(jīng)調(diào)洪計(jì)算，當(dāng)遭遇20年一遇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)洪水時(shí)，導(dǎo)流洞最大下泄流量為1374m3/s。從安全角度考慮，疊加導(dǎo)流洞的最大下泄流量，施工圍堰加子堰瞬時(shí)全部潰壩洪峰流量為37918m3/s。
2.4.3工況三（子堰瞬時(shí)全部潰壩）
施工圍堰加子堰后，遭遇超20年一遇標(biāo)準(zhǔn)洪水，僅子堰發(fā)生全部潰決時(shí)，從子堰堰頂高程211m 潰至施工圍堰堰頂高程207m。經(jīng)計(jì)算，潰壩流量為1037m3/s。
經(jīng)調(diào)洪計(jì)算，當(dāng)遭遇20年一遇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)洪水時(shí)，導(dǎo)流洞最大下泄流量為1374m3/s。從安全角度考慮，疊加導(dǎo)流洞的最大下泄流量，子堰瞬時(shí)局部潰壩洪峰流量為2411m3/s。
2.5潰壩洪水向下游演進(jìn)計(jì)算
要評(píng)估潰壩對(duì)下游的影響，必須進(jìn)行洪水演進(jìn)計(jì)算，除了可使用近似公式外，常使用數(shù)值解法，本次采用數(shù)值解法進(jìn)行潰壩洪水演進(jìn)研究。
2.5.1潰壩流量過(guò)程線
壩址潰壩洪水過(guò)程線采用概化典型流量過(guò)程線法推求，根據(jù)《水力計(jì)算手冊(cè)》，瞬時(shí)潰壩流量過(guò)程線與最大流量Q M、潰壩前下泄流量Q0及潰壩可泄庫(kù)容W（簡(jiǎn)稱潰壩庫(kù)容）有關(guān)。其線形可概化為四次拋物線，也可概化為2.5次拋物線，即潰壩初期時(shí)刻，流量突增到Q M，緊接著流量迅速下降，形成下凹的曲線，最后趨近于原下泄流量Q0。考慮到工程上多用四次拋物線來(lái)概化流量過(guò)程線，本次采用四次拋物線來(lái)概化流量過(guò)程線。壩址洪峰流量過(guò)程線計(jì)算成果表見(jiàn)表1。
（1）根據(jù)Q M及W初步確定泄空時(shí)間T。T=KW/ Q M，K為系數(shù)，對(duì)于四次拋物線來(lái)說(shuō)，K一般為4~5，本次取5。
（2）根據(jù)工程布置，導(dǎo)流隧洞與水工永久泄洪洞結(jié)合布置，前期作為臨時(shí)導(dǎo)流隧洞，后期改建成永久
泄洪洞，經(jīng)調(diào)洪計(jì)算導(dǎo)流洞下泄流量即為Q0。根據(jù)T、Q M、Q0和表2的四次拋物線初步確定潰壩洪峰過(guò)程線。
（3）驗(yàn)算，根據(jù)初步定的T值，壩址流量過(guò)程線與Q=Q0直線之間的水量不等于潰壩庫(kù)容，則需對(duì)T 值進(jìn)行調(diào)整。
馱英壩址距公安河河口115km，區(qū)間集水面積439km2，占公安河流域總面積1038km2的42.3%，故潰壩洪水向下游演進(jìn)分析需考慮區(qū)間洪水。壩址流量過(guò)程線采用四次拋物線來(lái)概化流量過(guò)程線，疊加公安河馱英壩址至河口區(qū)間來(lái)水過(guò)程，經(jīng)計(jì)算壩址流量過(guò)程線見(jiàn)表1、圖1。
表1
壩址洪峰流量過(guò)程線（考慮區(qū)間來(lái)水過(guò)程）計(jì)算成果表
四次拋物線
t /T 0.000.050.100.200.300.400.500.600.700.800.901.00
Q /Q M 1.000.620.480.340.260.210.170.130.090.060.030.02
工況一t /min 0.06.5
13.126.139.252.265.378.391.4
104.4117.5130.5Q /（m 3/s ）35315228031817013499107978981762763095057390328142429
工況二t /min 0.07.6
15.230.445.660.775.991.1
106.3121.5136.7151.8Q /（m 3/s ）393942496519637
14288112159165763761474733343322131790
工況三t /min 0.0
26.553.0
105.9158.9211.9264.9317.8370.8423.8476.7529.7
Q /（m 3/s ）
38873423320828962655247323152154201219061818
1766
圖1馱英施工圍堰壩址洪峰過(guò)程線
2.5.2潰壩洪水向下游演進(jìn)分析
（1）演進(jìn)計(jì)算方法。以壩址處流量過(guò)程線為上
邊界條件，采用MIKE11軟件，通過(guò)非恒定流解法向下游推演，求得壩址下游各斷面的流量過(guò)程線、水位過(guò)程線，同時(shí)計(jì)算出下游洪峰到達(dá)的時(shí)間。
MIKE11推求水面線的基本原理程如下：①控
制方程組一維水動(dòng)力學(xué)模型控制方程為Saint －Ve?nant 方程組
ìí
???
??δQ δx +b δh δt =0δQ δt
+()
αQ 2A δx +gA δh δx =0（2）
式中：x 為距離，m ；t 為時(shí)間，s ；A 為過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m 2；Q 為流量，m 3/s ；h 為水位，m ；g 為重力加速度，m/s 2。②方程組的離散利用Abbott 六點(diǎn)隱式格式離散上述控制方程組，該離散格式在每一個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)并不同時(shí)計(jì)算水位和流量，而是按順序交替計(jì)算水位和流量，分別稱為h 點(diǎn)和Q 點(diǎn)（見(jiàn)圖2）。該格式為無(wú)條件穩(wěn)定，可以在相當(dāng)大的Courant 數(shù)下保持計(jì)算穩(wěn)定，
可以取較長(zhǎng)的時(shí)間步長(zhǎng)以節(jié)省計(jì)算時(shí)間。
圖2Abott 格式水位點(diǎn)、流量點(diǎn)交替布置圖
（2）演進(jìn)計(jì)算。以壩址處流量過(guò)程線為上邊界條件，公安河最下游枯改村斷面水位流量關(guān)系成果為下邊界，河道糙率取0.045，采用MIKE11軟件，通過(guò)非恒定流解法向下游推演，求得壩址下游至公安河河口河段兩岸各村屯的流量演進(jìn)過(guò)程線、水位演進(jìn)過(guò)程線，同時(shí)計(jì)算出洪峰到達(dá)下游各斷面的時(shí)間。計(jì)算成果見(jiàn)表2、圖3。
表2
馱英水庫(kù)施工圍堰潰壩流量向下游演進(jìn)計(jì)算成果表
計(jì)算工況工況一
壩前最大流量/
（m 3/s ）
32825
斷面馱英壩址下游
100m 江叫垌中村公安村毛六
板晃平高其坤板含賴灣帝也鄧約繁華
距壩址/km 0.015.67.5
11.913.816.117.019.223.428.929.932.035.8傳播時(shí)間/min 058
131833354262879098180斷面最大洪峰流量/（m 3/s ）32825312342958327301260722427923197205131734313772133471300512210
斷面河底高程/m 165.5159.3153.8145.0143.5142.0141.0140.0137.5131.5130.8128.6124.5
斷面水位/m 196.71181.01177.78168.63165.41162.65162.59161.05157.54153.56152.74149.80147.96
斷面最大水深/m 31.221.724.023.621.920.621.621.120.022.121.921.223.5
房屋最低高程/m 180.0175.0163.0164.0157.0150.0155.0150.0147.5150.0147.5150.0
房屋淹沒(méi)
水深/m
1.01
2.785.631.415.65
12.596.057.546.062.742.300
20212
圖3馱英水庫(kù)施工圍堰潰壩流量向下游演進(jìn)計(jì)算成果圖2.6潰壩成果分析
（1）工況一。施工圍堰遭遇超標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)洪水發(fā)生潰壩時(shí)，施工圍堰壩前最大流量為32825m3/s，最大洪峰傳至公安河河口枯改斷面的傳播時(shí)間為199 min，至最上游的江叫屯傳播時(shí)間為5min。壩下沿河除了繁華村房屋建基面較高，不受潰壩洪水影響，其他沿河的15個(gè)村屯房屋建基面高程均低于潰壩造成的洪水水位，尤其是公安村、板晃、平高、其坤、板含、賴灣、崠磨、汪迷、崠布、枯改等村屯受淹沒(méi)范圍廣，影響大，馱英水庫(kù)施工圍堰對(duì)下游村屯可能造成影響的人口約6000人。
工況二工況三37918
2411
崠磨
汪迷
崠布
枯改
馱英壩址下游
100m
江叫
垌中村
公安村
毛六
板晃
平高
其坤
板含
賴灣
帝也
鄧約
繁華
崠磨
汪迷
崠布
枯改
馱英壩址下游
100m
江叫
垌中村
公安村
毛六
板晃
平高
其坤
板含
賴灣
帝也
鄧約
繁華
崠磨
汪迷
崠布
枯改
38.5
41.8
44.2
47.2
0.01
5.6
7.5
11.9
13.8
16.1
17.0
19.2
23.4
28.9
29.9
32.0
35.8
38.5
41.8
44.2
47.2
0.01
5.6
7.5
11.9
13.8
16.1
17.0
19.2
23.4
28.9
29.9
32.0
35.8
38.5
41.8
44.2
47.2
187
193
197
199
5
8
13
18
33
33
42
58
83
85
93
173
178
185
188
190
5
27
43
2
98
117
118
125
157
190
207
282
337
348
355
358
360
10658
8408
7628
7190
37918
35260
33409
30665
29426
27481
26302
23468
20035
15877
15367
14966
14073
12318
9769
8889
8381
2411
3615
3516
3400
3321
3195
3160
3110
3060
2991
2981
2959
2827
2685
2560
2517
2493
121.8
119.8
119.0
118.5
165.5
159.3
153.8
145.0
143.5
142.0
141.0
140.0
137.5
131.5
130.8
128.6
124.5
121.8
119.8
119.0
118.5
165.5
159.3
153.8
145.0
143.5
142.0
141.0
140.0
137.5
131.5
130.8
128.6
124.5
121.8
119.8
119.0
118.5
147.69
147.27
147.00
146.82
198.18
182.22
178.98
169.73
166.51
163.68
163.66
162.10
158.59
154.72
153.90
150.95
148.90
148.63
148.16
147.86
147.67
178.56
167.30
163.55
156.16
153.99
152.34
152.14
151.15
147.40
142.67
141.82
140.00
138.50
137.90
137.37
137.03
136.75
25.9
27.5
28.0
28.3
32.7
22.9
25.2
24.7
23.0
21.7
22.7
22.1
21.1
23.2
23.1
22.3
24.4
26.8
28.4
28.9
29.2
13.1
8.0
9.7
11.2
10.5
10.3
11.1
11.1
9.9
11.2
11.0
11.4
14.0
16.1
17.6
18.0
18.2
142.0
140.0
140.0
137.5
180.0
175.0
163.0
164.0
157.0
150.0
155.0
150.0
147.5
150.0
147.5
150.0
142.0
140.0
140.0
137.5
180.0
175.0
163.0
164.0
157.0
150.0
155.0
150.0
147.5
150.0
147.5
150.0
142.0
140.0
140.0
137.5
5.69
7.27
7.00
9.32
2.22
3.97
6.73
2.51
6.68
13.66
7.10
8.59
7.22
3.90
3.44
6.63
8.16
7.86
10.17
2.14
（2）工況二。施工圍堰加子堰遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水發(fā)生潰壩時(shí)，壩前最大流量為37918m3/s，最大洪峰傳
至最下游的枯改傳播時(shí)間為190min，至最上游的江叫屯傳播時(shí)間為5min。壩下沿河除了繁華村房屋建基面較高，不受潰壩洪水影響，其他沿河的15個(gè)村屯房屋建基面高程均低于潰壩造成的洪水水位，受淹沒(méi)范圍廣，影響大，馱英水庫(kù)施工圍堰對(duì)下游村屯可能造成影響的人口約6500人。
（3）工況三。子堰遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水發(fā)生潰壩時(shí)，壩前最大流量為2411m3/s，相當(dāng)于河道發(fā)生10年一遇天然洪水，最大洪峰傳至最下游的枯改村傳播時(shí)間為360min，至最上游的江叫屯傳播時(shí)間為27min。壩下沿河房屋建基面高程均高于子堰潰壩造成的洪水水位，基本不受潰壩洪水影響。
3結(jié)語(yǔ)及建議
本文根據(jù)二次拋物線形狀河槽壩址處潰壩最大流量計(jì)算公式、概化典型流量過(guò)程線法，采用MIKE11系列軟件，通過(guò)非恒定流解法向下游推演，分析了多種潰壩工況下潰壩洪水向下游河道演進(jìn)過(guò)程。根據(jù)分析成果，工況三條件下僅子堰潰決時(shí)，潰壩流量為2411m3/s，與10年一遇洪水2670 m3/s相近，對(duì)下游危害最小。當(dāng)發(fā)生工況一、工況二超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，潰壩洪峰流量大，洪水傳播速度快，對(duì)下游危害影響大，需根據(jù)應(yīng)急預(yù)案，對(duì)壩址下游受潰壩影響的村屯做好洪水預(yù)警和洪水避險(xiǎn)工作，及時(shí)組織下游沿岸村民到山上避險(xiǎn)。同時(shí)考慮到潰壩的危害性，在施工圍堰過(guò)程中，有必要對(duì)圍堰采取工程措施，避免其全部潰決。
各大壩施工圍堰在建筑類型、導(dǎo)流方式、潰壩成因等方面存在較大差異，潰壩作為一種極端情況，對(duì)
人民生命財(cái)產(chǎn)威脅嚴(yán)重，在進(jìn)行施工期潰壩洪水分析時(shí)，需針對(duì)不同情況擬定多種可能的潰壩方案，合理分析潰壩洪水造成的影響，為編制度汛應(yīng)急預(yù)案提供參考。水庫(kù)施工期間應(yīng)建立迅速可靠的洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)，提前預(yù)測(cè)超標(biāo)準(zhǔn)洪水，按照應(yīng)急預(yù)案采取相應(yīng)潰壩預(yù)案措施，做好充分的洪水避險(xiǎn)、搶險(xiǎn)救援工作準(zhǔn)備，最大限度降低潰壩風(fēng)險(xiǎn)和影響。
（責(zé)任編輯：劉征湛）
Dam-break flood analysis for construction cofferdam of Tuoying
Rervoir
JIANG Yue-li,SUN Xu-liang,HUANG Wu-lin
(Guangxi Water and Power Design Institute Co.,Ltd.,Nanning530023,China)
Abstract:Taking the construction cofferdam break flood analysis of Tuoying Rervoir as example,the type of coffer?dam break was properly analyzed and determined;the dam-break calculating conditions are drafted combined with the construction scheme of rervoir;the maximum flow after cofferdam break caud by overflowing under over standard flood and the evolution process of dam-break flood to downstream area were calculated,and the impact of dam-break flood on downstream i
nundation were analyzed;which provide reference for drafting flood control emer?gency plan of construction period to guarantee the construction safety of rervoir and downstream flood protection safety.
Key words：Construction cofferdam;dam-break flood;maximum dam-break flow;evolution process;Tuoying Rer?voir
