自潰壩

自潰壩作為非常泄洪設施，設定在非常溢洪道溢流堰上，能在設定水位泄洪時自行潰決的土石壩。自潰壩是一種既能擋水又能“自潰”泄洪的土石壩，具有造價低廉，運用簡便的優點。30a來，美國、澳大利亞、土耳其等國家先後用其作為水庫非常泄洪設施。我國在1975年8月大水後，許多省(區)分別開展了自潰壩研究並建成一批自潰壩。1994年9月佳木斯市四豐山水庫進行消險加固設計，其非常溢洪道採用自潰壩，這是黑龍江省首次將自潰壩用於水庫非常泄洪設施。

基本介紹

• 中文名：自潰壩
• 外文名：Since the dam
• 學科：電力工程
• 領域：能源
• 範圍：電力系統
• 釋義：泄洪設施

簡介

自潰壩是一種既能擋水又能“自潰”泄洪的土石壩，具有造價低廉，運用簡便的優點。30a來，美國、澳大利亞、土耳其等國家先後用其作為水庫非常泄洪設施。我國在1975年8月大水後，許多省(區)分別開展了自潰壩研究並建成一批自潰壩。1994年9月佳木斯市四豐山水庫進行消險加固設計，其非常溢洪道採用自潰壩，這是黑龍江省首次將自潰壩用於水庫非常泄洪設施。

據有關資料，自潰壩方案僅為建閘方案投資的10%-30%。自潰壩實為中小型水庫防洪保壩的首選措施。鑒於國內尚未有自潰壩方面的規範，參考資料又極為缺乏，有必要就自潰壩的結構設計及其套用進行探討。

自潰壩的運用特點和適用條件

自潰壩是一種新型防洪保壩措施。一般用於水庫的河岸式非常溢洪道上，其主要運用特點如下：水庫正常運用時擋水，非常運用時僅藉助洪水的沖刷作用“自行”潰決泄洪；台潰時間由水位控制，潰決歷時嚴格控制在設計規定範圍內；一旦啟潰泄洪即失去控制，直至自潰壩底坎以上水量全部泄空；吸貝體不能重複使用，每次潰泄後須重建。

基於上述特點自潰壩應具有一般溢洪道所要求的地形條件，並注意自潰壩與主壩的相對位置以及泄洪時的整體水流形態。同時，必須有較好的地質條件，做到既能保證預期的泄洪效果，又不致造成變相跨壩。

自潰壩的壩型和啟潰方式

根據運用要求，自潰壩應具備擋水時穩定，啟潰後易沖兩個條件。以砂、礫(碎)石等無粘性材料為壩殼的粘土斜牆或心牆壩是較好的壩型。自潰壩的啟潰方式有兩種。

1.漫溢(頂)自潰式

當庫水位超過壩頂後即自然溢流，下游壩殼砂礫料被沖，逐漸向上游擴展直至防滲體，最後因防滲體失去支撐而破壞，導致全壩潰決。

漫溢(頂)自潰式是自潰壩的一種初始形式，具有構造簡單，管理方便等優點。缺點是由於缺口的位置和規模都有很大的偶然性，風浪問題不好處理，在不同標準的洪水和風速的遭遇下，可能造成自潰壩的提前或延遲啟潰，不利於水庫的防洪運用。

2.引沖自潰式

為了克服漫溢(頂)式存在的缺點，在自潰壩頂部設定引沖槽，槽內設閘。當庫水位達到啟潰水位後，開閘引水過槽，沖刷下游壩坡，形成口門，逐漸向兩側擴展，最後全壩沖淨，這是控制引沖自潰式。還有隻設引沖槽而不設閘的，稱為無控制引沖自潰式。

自潰壩的啟潰標準

自潰壩的啟潰標準或稱自潰壩的啟用條件。由於各個水庫的規模、重要性、地質地形條件、啟用非常溢洪設施對下游的影響差別很大，國內外沒有訂出統一的標準。具體應根據洪水特性、庫容特性、工程特點地形地質條件以及對下游的影響等因素，通過方案比較選定。

(1)自潰壩啟潰泄洪後，將造成樞紐工程的較大破壞或下游地區較大損失的，宜採取較高的啟潰標準。

(2)如適當提高啟潰標準對水庫最高洪水位影響不大，且增加工程量不多時，可採取較高的啟潰標準。

(3)如水庫防洪標準較低，而工程格局難於進行大的改動，為了儘快解決水庫安全問題，自潰壩可採用較低的啟潰標準。

自潰壩結構設計

1.防滲體

自潰壩的壩型一般採用粘土斜牆或薄粘土心牆壩。試驗表明，在一般條件下，下游壩殼掏刷往往是決定防滲體破壞形式和破壞速率的關鍵。因此，口門形成歷時有隨著防滲體坡度越陡而越短的趨勢。防滲體的厚度對口門形成有重要影響，在滿足滲透穩定和施工要求的前提下，防滲體厚度宜儘量減薄。

2.壩殼

在一般情況下，中砂、粗砂、礫石、碎石皆可作築壩材料。細砂和風化料則不宜採用，尤不應使用含泥量很高的風化砂，以免影響潰決速率。

砂料的級配對潰決速率亦有影響。從易沖角度考慮，砂料的不均勻係數越小越好。

碎石的粒徑不宜大於40mm，以免抗沖阻水，影響潰決速率。

3.壩頂寬、壩坡及護坡

(1)壩頂寬度：一般為1.5-3.0m。

(2)壩坡：滿足壩坡穩定即可，與一般土石壩要求相同。

(3)護坡：中小型水庫非常溢洪道上的自潰壩，可只在壩坡用塊石護砌，而下游壩坡不採取護砌措施。

4.壩基處理

自潰壩壩基是非常溢洪泄槽的一部分，應能抗禦泄洪沖刷，對軟弱、風化或節理裂隙發育的岩層須進行處理，對於土基上的溢洪道應根據水流流速選擇適當的護砌措施。

5.引沖槽

引沖槽與自潰壩軸線垂直布置，其間距根據潰決速率和調洪要求計算確定。國內外已建工程引沖槽間距多為20-30m。引沖槽的寬度一般為2.0-3.0m,槽深根據引沖水頭確定，引沖水頭一般為0.3-0.6m。

幾點建議或注意的問題

1.自潰壩的啟潰標準

建議超過水庫正常運用洪水標準一到兩個洪水級別作為自潰壩的啟潰標準較為適宜。

2.自潰壩的啟潰方式

為保證自潰壩按設計要求運行，不致因風浪影響而提前潰決，應優先採用控制引沖自潰式。在四豐山水庫採用了簡化的控制引沖自潰式，即在引沖槽內用草袋代替閘門，這樣不僅可簡化自潰壩結構，而且可節約資金。

3.自潰壩結構設計

(1)在滿足運用要求前提下，中小型水庫上的自潰壩結構應力求簡單。推薦澳大利亞尼拉庫蒂堆石壩的非常溢洪道上的自潰壩型式。

(2)自潰壩的底坎高程最好不低於水庫的正常高水位。如設定過低，長期擋水，將會增加自潰壩壩體防滲結構及維護管理工作的複雜性。而且一旦啟潰泄洪就要損失興利庫容，並可能由於庫水位大幅度驟降而影響主壩上游壩坡的穩定。

(3)分級控制：根據具體情況，各段自潰的頂高程可不相同，中間以隔牆隔開，隨洪水大小，庫水位高低而自動控制泄洪量。