趙懸濤，劉昌軍，王文川，顧斌杰，楊 昆，張 淼，馬建明

（1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院防洪抗旱減災(zāi)中心，北京 100038；2.華北水利水電大學(xué)水資源學(xué)院，鄭州450046；

3.水利部水旱災(zāi)害防御司，北京 100053）

0 引 言

我國(guó)中小型水庫(kù)多且分布廣，水庫(kù)大壩一旦發(fā)生潰決，會(huì)造成嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失，已成為國(guó)家防災(zāi)減災(zāi)中一個(gè)亟待解決的問(wèn)題［1］。潰壩洪水流量極大，流速快，沖擊力強(qiáng)，嚴(yán)重威脅了水庫(kù)下游人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，對(duì)水庫(kù)潰壩原因及過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)分析和總結(jié)，為國(guó)家防災(zāi)減災(zāi)工作提供案例支撐是非常有必要的。對(duì)于潰壩機(jī)理、潰壩過(guò)程及潰壩洪水演進(jìn)等，國(guó)內(nèi)外多學(xué)者開(kāi)展了大量研究和案例分析工作。蔣先剛［2］、牛志攀［3］、李云［4］、劉青泉［5］等學(xué)者對(duì)潰口的拓展過(guò)程作了詳細(xì)探討，王笑［6］、劉慧玲［7］、Hou［8］、張大偉［9］等學(xué)者在潰壩水流的模擬方面作了深入研究。Wu［10］提出的潰壩模型可用于模擬漫頂和管涌引起的潰壩，并采用物理實(shí)驗(yàn)與實(shí)際案例的50 組數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，在潰壩峰值流量、潰口寬度上都與觀(guān)測(cè)值較為接近；Wang 等［11］提出一種多線(xiàn)截面圖法，研究了在不規(guī)則斷面上潰壩波的解析解。ISSAKHOV 等［12］采用流體體積法（VOF，volume of fluid）模擬了壩體破裂時(shí)水面的運(yùn)動(dòng)，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本吻合。馬利平等［13］采用源項(xiàng)法將潰口演變模型和二維水動(dòng)力模型進(jìn)行耦合，并通過(guò)對(duì)一個(gè)土石壩和兩個(gè)堰塞壩潰決算例的模擬，驗(yàn)證了耦合模型的模擬精度。

然而，針對(duì)無(wú)資料小流域暴雨洪水、水庫(kù)潰壩過(guò)程及災(zāi)害等進(jìn)行全面調(diào)查和系統(tǒng)分析的研究較少。根據(jù)射月溝水庫(kù)“7·31”潰壩洪災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)查資料，采用劉昌軍等［14］提出的時(shí)空變?cè)此哪Ｐ蛯?duì)“7·31”暴雨和入庫(kù)洪水過(guò)程進(jìn)行計(jì)算分析。并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和視頻資料，分析了射月溝水庫(kù)溢洪道泄洪、漫頂溢洪、潰壩洪水過(guò)程及下游淹沒(méi)和災(zāi)害損失情況，計(jì)算得到“7·31”暴雨洪水過(guò)程中射月溝水庫(kù)入庫(kù)和出庫(kù)的洪水流量過(guò)程線(xiàn)。最后基于中國(guó)水科院自主研發(fā)的洪水分析平臺(tái)IFMS［15］構(gòu)建二維水動(dòng)力學(xué)模型對(duì)射月溝水庫(kù)潰壩水流的演進(jìn)進(jìn)行數(shù)值模擬，系統(tǒng)分析了潰壩洪水過(guò)程、下游淹沒(méi)情況和災(zāi)害形成原因。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

射月溝流域位于東天山末端哈爾里克山南坡，西鄰大天生圈流域，南抵哈密盆地，流域分水嶺北側(cè)是伊吾縣鹽池牧場(chǎng)。流域面積為406 km2，出山口以上山區(qū)面積為187 km2，流域平均坡降為35‰。徑流模數(shù)為0.94，年均降雨量150 mm 左右，多年平均徑流量1 581 萬(wàn)m3。流域內(nèi)有6 條支溝，河谷類(lèi)型為寬淺的“U”型谷，區(qū)內(nèi)地貌大部分為侵蝕構(gòu)造的中低山，山頂山坡基巖裸露、基本無(wú)植被，流域內(nèi)氣象站點(diǎn)、小流域及水系分布如圖1所示。

圖1 研究區(qū)域概況Fig.1 Overview of the research area

射月溝水庫(kù)位于哈密市伊州區(qū)沁城鄉(xiāng)東南約8 km，水庫(kù)壩址處地理位置為東經(jīng)94°37′，北緯42°46′，是一座以工業(yè)供水、灌溉為主，兼顧防洪、生態(tài)等綜合利用的水利樞紐工程。該水庫(kù)為攔河式水利工程，工程規(guī)模為?。á瘢┬?，大壩為瀝青混凝土心墻砂礫石壩［16］，壩體剖面為三角形，壩長(zhǎng)403 m，壩頂高程為1 496.65 m，水庫(kù)總庫(kù)容677.9 萬(wàn)m3，水庫(kù)下游沿河村落主要為二宮村，總?cè)丝?16人，常住人口201人。

1.2 數(shù)據(jù)資料

用于構(gòu)建水文和水動(dòng)力學(xué)模型的數(shù)字化資料主要包括地形髙程數(shù)據(jù)、小流域、水系、節(jié)點(diǎn)、土壤質(zhì)地及土地利用等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。其中高程信息數(shù)據(jù)由現(xiàn)場(chǎng)三維激光掃描得到激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)和從地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站（http：//www.gscloud.cn/home#page1/4）下載的30 m 分辨率數(shù)字髙程數(shù)據(jù)融合而成。流域邊界、水系、節(jié)點(diǎn)、土壤質(zhì)地及土地利用數(shù)據(jù)來(lái)自全國(guó)山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)成果數(shù)據(jù)，水庫(kù)設(shè)計(jì)基本情況和潰壩過(guò)程通過(guò)搜集水庫(kù)設(shè)計(jì)資料和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查獲取，降雨數(shù)據(jù)采用氣象部門(mén)共享的衛(wèi)星、氣象站、雷達(dá)融合數(shù)據(jù)。表1 記錄了數(shù)據(jù)的詳細(xì)信息，圖2為庫(kù)區(qū)三維激光點(diǎn)云散點(diǎn)圖。

圖2 庫(kù)區(qū)三維激光點(diǎn)云Fig.2 3D laser point cloud of reservoir area

表1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)Tab.1 Basic data

1.3 研究方法

（1）模塊化小流域洪水模擬系統(tǒng)。模塊化小流域洪水模擬系統(tǒng)（FFMS，F(xiàn)lash Flood Module Simulation System）［17］主要特點(diǎn)包括：①軟件支持多個(gè)國(guó)內(nèi)外水文模型自動(dòng)建模和手動(dòng)拖拽式建模，包括HEC、PRMS、新安江及時(shí)空變?cè)捶植际剿哪Ｐ?。②軟件集成了不同流域下墊面產(chǎn)匯流和河道參數(shù)庫(kù)，大大提高了建模效率。③自動(dòng)提取地貌響應(yīng)單元，自動(dòng)對(duì)應(yīng)不同產(chǎn)匯流模型，實(shí)現(xiàn)智能化建模。④支持不同模型要素、ARCGIS 工作底圖和計(jì)算結(jié)果可視化。⑤具體小流域劃分、參數(shù)提取、面雨量插值和自動(dòng)率定等功能。FFMS軟件界面見(jiàn)圖3。

圖3 模塊化小流域洪水分析系統(tǒng)主界面Fig.3 The main interface of the modular small basin flood analysis system

入庫(kù)洪水過(guò)程推算采用的是時(shí)空變?cè)捶植际剿哪Ｐ?，如何高效穩(wěn)定的求解非飽和土壤下滲過(guò)程是該模型要解決的核心問(wèn)題。此模型的處理方式是基于Talbot 和Ogden［18］下滲計(jì)算方法，利用Green-Ampt 模型的下滲速率，結(jié)合Brooks- Corey［19］模型非飽和導(dǎo)水率曲線(xiàn)及Van-Genuchten 模型［20］土壤水分特征曲線(xiàn)計(jì)算方法，得到離散區(qū)間的含水量及濕潤(rùn)鋒的計(jì)算公式，推導(dǎo)過(guò)程參見(jiàn)文獻(xiàn)［14］。

（2）洪水分析系統(tǒng)。洪水分析系統(tǒng)（IFMS，Integrated Flood Modeling System）由中國(guó)水科院聯(lián)合南京水科院、河海大學(xué)、山東大學(xué)及大連理工大學(xué)等單位開(kāi)發(fā)，主要特點(diǎn)包括：①先進(jìn)的內(nèi)核計(jì)算引擎：能用于大型河網(wǎng)、山區(qū)陡坡河道、管網(wǎng)水流模擬，激波捕捉高性能二維格式，強(qiáng)大的一二維耦合功能用于漫堤/潰堤洪水模擬以及城市地表與地下管網(wǎng)水流交互。②面向?qū)ο蟮慕Ｋ悸泛蛿?shù)據(jù)管理模式，極大提高了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的復(fù)用率和建模的便捷性。③強(qiáng)大的輔助建模工具：提供網(wǎng)格剖分、管網(wǎng)拓?fù)涮幚?、土地利用提取等功能?qiáng)大的輔助工具。軟件界面如圖4所示。

圖4 洪水分析系統(tǒng)界面Fig.4 Flood Analysis System Interface

本文基于IFMS 平臺(tái)建立的二維水動(dòng)力學(xué)模型采用Godunov算法［9］進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。其中黎曼問(wèn)題采用Roe格式［21］的近似黎曼解進(jìn)行計(jì)算，底坡源項(xiàng)采用特征分級(jí)離散以保證模型的守恒性，阻力源項(xiàng)采用隱式離散用于提高模型的穩(wěn)定性。

（3）水力學(xué)公式。基于庫(kù)區(qū)激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)（圖2）和現(xiàn)場(chǎng)潰壩視頻資料（圖7），計(jì)算得到不同時(shí)刻庫(kù)區(qū)的庫(kù)水位，采用薄壁堰公式對(duì)溢洪道泄水和大壩漫頂溢流過(guò)程進(jìn)行計(jì)算。

式中：m0為流量系數(shù)，取值為0.424 767；b為堰頂寬度，大壩為395 m，溢洪道為30 m；g為重力加速度，m/s2；H為堰前水深，m。

潰口洪峰流量的推算采用鐵道部科學(xué)研究院的經(jīng)驗(yàn)公式。

式中：Qmax為潰壩最大流量，m3/s；L為庫(kù)區(qū)長(zhǎng)度，取為1 100 m；當(dāng)L/B＞5 時(shí)，取L/B=5；b為潰口平均寬度，取為48.71 m；h0為壩前水深，取為18.63 m；h為潰口處殘留壩體的平均高度，m；k為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，k和h取為0。

潰壩流量過(guò)程與潰壩最大流量、下游水位及潰壩可泄庫(kù)容有關(guān)，計(jì)算采用公式（3）。

式中：Qt為t時(shí)刻的流量，m3/s；Qm為潰壩最大流量，m3/s；T為潰壩歷時(shí)。

2 暴雨洪水分析

2.1 暴雨特征分析

2018年7月29日夜間至8月2日上午，新疆哈密市北部山區(qū)出現(xiàn)暖濕背景條件下的強(qiáng)降水天氣過(guò)程，尤其是7月30日夜間到31日。收集了射月溝水庫(kù)及周邊各氣象站、衛(wèi)星降水融合數(shù)據(jù)、衛(wèi)星遙感等相關(guān)資料，分析得到射月溝水庫(kù)“7·31”暴雨特征如下：

（1）持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)：此次暖區(qū)強(qiáng)降水對(duì)流云團(tuán)始于7月31日凌晨2時(shí)，從哈密市東部平原區(qū)發(fā)展演變北上，強(qiáng)降水對(duì)流云團(tuán)持續(xù)覆蓋在以射月溝流域水庫(kù)上游區(qū)為中心的區(qū)域，其上游區(qū)沁城鄉(xiāng)小堡自動(dòng)氣象站降水時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10 h（圖5），于上午12 時(shí)減弱北上蒙古國(guó)出境。

（2）影響區(qū)域大：此次強(qiáng)降水對(duì)流云團(tuán)影響覆蓋哈密市伊州區(qū)東北區(qū)域、伊吾縣大部，覆蓋最大面積可達(dá)近4 萬(wàn)km2，約占哈密市近1/3 的面積，射月溝流域及其以東區(qū)域?yàn)閺?qiáng)降水中心覆蓋區(qū)域，累計(jì)降雨量在55 mm 以上的面積占水庫(kù)上游區(qū)域面積的84%。

（3）降水強(qiáng)度強(qiáng)：在射月溝流域的沁城鄉(xiāng)小堡、射月溝水庫(kù)、沁城鄉(xiāng)三個(gè)自動(dòng)氣象站（站點(diǎn)位置分布見(jiàn)圖1）分別觀(guān)測(cè)到115、100、79 mm 的強(qiáng)降水，均突破有記錄以來(lái)極值。沁城鄉(xiāng)水庫(kù)上游小堡站2018年7月31日凌晨5 時(shí)至11 時(shí)6 h 降雨量為97.9 mm，超過(guò)日降雨量歷史極值52.4 mm。氣象站點(diǎn)逐時(shí)降水量分布如圖5 所示。各時(shí)段降雨量均遠(yuǎn)超有記錄以來(lái)歷史極值，為短歷時(shí)極端強(qiáng)降雨。

圖5 射月溝流域內(nèi)氣象站降水情況Fig.5 Precipitation at weather station in Sheyuegou watershed

2.2 入庫(kù)洪水過(guò)程計(jì)算

根據(jù)國(guó)家氣象局衛(wèi)星、雷達(dá)融合降雨數(shù)據(jù)和地面站實(shí)測(cè)降雨數(shù)據(jù)，可得到射月溝流域“7·31”暴雨全過(guò)程降雨數(shù)據(jù)。利用全國(guó)山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)成果，獲取射月溝水庫(kù)所屬流域的DEM、土壤質(zhì)地、土地利用類(lèi)型等模型輸入資料。采用FFMS對(duì)射月溝流域“7·31”暴雨洪水過(guò)程的模擬結(jié)果如圖6所示。

圖6 射月溝水庫(kù)7·31入庫(kù)洪水過(guò)程線(xiàn)Fig.6 The flood process line of Sheyuegou Reservoir on July 31

水文模型的產(chǎn)流模塊采用時(shí)空變?cè)椿旌袭a(chǎn)流模型，坡面和河道匯流模塊采用運(yùn)動(dòng)波方法，降雨數(shù)據(jù)采用氣象局提供的融合降水產(chǎn)品。計(jì)算得到射月溝水庫(kù)的入庫(kù)洪峰流量為1 915 m3/s，時(shí)間為7月31日9點(diǎn)，新疆自治區(qū)水文局后期通過(guò)洪水調(diào)查推算入庫(kù)洪峰流量為1 848 m3/s，F(xiàn)FMS 計(jì)算結(jié)果與自治區(qū)水文局調(diào)查計(jì)算結(jié)果相比，洪峰流量計(jì)算誤差為3.5%，模擬結(jié)果較好。

2.3 出庫(kù)洪水過(guò)程計(jì)算

射月溝水庫(kù)最大庫(kù)容為678 萬(wàn)m3，溢洪道最大流量為380 m3/s，壩頂高程為1 496.65 m，溢洪道堰頂高程為1 492.53 m。7月31日2∶00，射月溝流域開(kāi)始降雨，此時(shí)水庫(kù)庫(kù)容為406 萬(wàn)m3。5∶00，降雨強(qiáng)度逐漸增大。6∶25，庫(kù)水位達(dá)到了1 491.4 m，入庫(kù)洪峰流量為30 m3/s，溢洪道尚未溢洪。7∶12，庫(kù)水位到達(dá)1 492.5 m，入庫(kù)洪峰流量為476 m3/s，溢洪道開(kāi)始溢洪。7∶50，溢洪道水深達(dá)到了2 m。9∶10，射月溝水庫(kù)開(kāi)始漫頂溢流。10∶06，左壩壩肩開(kāi)始形成潰口，最終導(dǎo)致潰壩。11∶00，水庫(kù)基本泄空。圖7為水庫(kù)漲水-漫壩-潰壩過(guò)程中幾個(gè)關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)的視頻圖像資料。

圖7 不同時(shí)刻潰壩現(xiàn)場(chǎng)照片F(xiàn)ig.7 Photos of the dam breach at different moments

水庫(kù)初始庫(kù)容406 萬(wàn)m3，水庫(kù)實(shí)時(shí)進(jìn)水量由入庫(kù)洪水過(guò)程線(xiàn)推算得到，由水位庫(kù)容曲線(xiàn)實(shí)時(shí)反推庫(kù)水位變化。溢洪道泄水和漫頂溢流采用式（1）計(jì)算，由視頻資料目估壩體潰決開(kāi)始于10：08，潰壩洪峰流量由式（2）計(jì)算得到，潰壩歷時(shí)由式（3）估算，11∶00 水庫(kù)泄空，將幾個(gè)關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)作為控制點(diǎn)，編制自動(dòng)計(jì)算程序，綜合計(jì)算得到整個(gè)過(guò)程水庫(kù)出流過(guò)程線(xiàn)如圖8 所示，將其作為二維水動(dòng)力模型的輸入。

圖8 射月溝水庫(kù)出流過(guò)程線(xiàn)Fig.8 Outflow process line of Sheyuegou Reservoir

3 潰壩洪水演進(jìn)模擬

3.1 模型構(gòu)建

（1）計(jì)算模型構(gòu)建。研究區(qū)域面積為133.07 km2。利用三維激光掃描儀獲取庫(kù)區(qū)1 m 精度的高程數(shù)據(jù)，水庫(kù)下游地形采用精度為30 m 的DEM 數(shù)據(jù)，對(duì)精度不同的兩類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，得到本次潰壩水流演進(jìn)數(shù)值模擬的地形數(shù)據(jù)。

利用融合后的地形資料對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格剖分，對(duì)河道、村莊等關(guān)鍵位置進(jìn)行了加密，地形信息儲(chǔ)存在網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上，網(wǎng)格尺寸從1～30 m 不等，其中壩址附近網(wǎng)格尺寸限制在2 m 以?xún)?nèi)，研究區(qū)域內(nèi)的河道網(wǎng)格尺寸限制在10 m 以?xún)?nèi)，其他區(qū)域網(wǎng)格尺寸為30 m左右不等，共剖分網(wǎng)格836 154個(gè)。

（2）模型邊界條件和參數(shù)設(shè)置。模型的輸入資料為地形數(shù)據(jù)、入流數(shù)據(jù)等，其中入流數(shù)據(jù)為上文推算出的水庫(kù)出流流量過(guò)程。上游邊界為入流邊界，下游邊界為自由出流的開(kāi)邊界，其余邊界定義為閉合邊界。

射月溝水庫(kù)屬于山丘區(qū)水庫(kù)且水庫(kù)下游地表形態(tài)單一，不失一般性考慮，模擬區(qū)域糙率值的選取共分為三類(lèi)；村莊所在地糙率值取0.05，河道取值0.04，其他位置統(tǒng)一取值為0.035［22］。

3.2 模擬結(jié)果分析

模型模擬了溢洪道泄洪、大壩全斷面過(guò)水及壩體潰決至水庫(kù)泄空全過(guò)程，歷時(shí)226 min，模型計(jì)算耗時(shí)15 min。模擬過(guò)程涉及四個(gè)關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)，包括7∶12 溢洪道開(kāi)始泄水、9∶08 大壩全斷面過(guò)水、10∶08 潰口形成及11 點(diǎn)水庫(kù)基本泄空。模擬結(jié)果可得到任意時(shí)刻模型區(qū)域內(nèi)的流場(chǎng)、流速、水深等水力要素的分布特征。

圖9 為不同時(shí)刻洪水淹沒(méi)示意圖，從中可以看出：8∶30 時(shí)左右，洪水已經(jīng)演進(jìn)到二宮村；在10時(shí)左右，整個(gè)二宮村基本完全處于淹沒(méi)狀態(tài)。

為直觀(guān)反映水庫(kù)下游區(qū)域淹沒(méi)水深隨時(shí)間變化情況，選取頭宮村、出山口、二宮村三個(gè)代表點(diǎn)（分別距大壩2.06、4.76、6.24 km，位置分布如圖9 所示），計(jì)算得到3 個(gè)代表點(diǎn)水深變化過(guò)程線(xiàn)如圖10 所示，3 個(gè)代表點(diǎn)的最大淹沒(méi)水深分別為3.54、12.11、3.49 m。據(jù)新疆水文局工作組調(diào)查結(jié)果，潰壩洪峰到達(dá)下游6 km（二宮村2 隊(duì)）處產(chǎn)生3 米多高的涌浪；據(jù)當(dāng)?shù)厝罕姺从常掳l(fā)過(guò)程中，二宮村2 隊(duì)河道水位在8 點(diǎn)至10 點(diǎn)30 分左右出現(xiàn)過(guò)明顯漲-落-急漲的變化過(guò)程，水位下落時(shí)間有數(shù)十分鐘；兩種描述均和模擬結(jié)果較為一致。出山口地形較為狹窄，為典型的埡口，導(dǎo)致水位急速上涌，此位置也是模擬區(qū)域的最大淹沒(méi)水深點(diǎn)，模擬結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果較為一致。

圖9 研究區(qū)域不同時(shí)刻淹沒(méi)情況Fig.9 The submergence of the study area at different times

圖10 關(guān)鍵位置淹沒(méi)水深變化過(guò)程線(xiàn)Fig.10 Change process line of submerged water depth at key locations

根據(jù)模型計(jì)算結(jié)果，對(duì)下游洪水淹沒(méi)區(qū)不同水深面積進(jìn)行提取統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2 所示。從表2 中可以看出，洪水淹沒(méi)水深在2～6 m 之間的面積占了總面積的23.02%，受災(zāi)最嚴(yán)重的二宮村二隊(duì)、三隊(duì)均在這個(gè)范圍內(nèi)。

表2 研究區(qū)域最大淹沒(méi)水深占比情況Fig.2 The proportion of the largest submerged water depth in the study area

4 潰壩原因分析和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

結(jié)合暴雨洪水特征、入庫(kù)洪水、潰壩過(guò)程及潰壩洪水演進(jìn)和淹沒(méi)過(guò)程等多個(gè)方面對(duì)潰壩原因進(jìn)行系統(tǒng)分析，發(fā)生漫頂潰壩和洪災(zāi)主要原因如下。

（1）短歷時(shí)極端強(qiáng)降雨引發(fā)遠(yuǎn)超水庫(kù)防洪能力的特大洪水是造成漫頂潰壩的決定性因素。本次暴雨洪水過(guò)程具有降雨量大、強(qiáng)度大和匯流快等特點(diǎn)，根據(jù)FFMS 軟件計(jì)算結(jié)果，射月溝水庫(kù)2 h以上就形成入庫(kù)洪峰，最大洪峰流量達(dá)到1 915 m3/s，遠(yuǎn)超過(guò)歷史最大入庫(kù)洪峰流量170 m3/s。本次暴雨洪水入庫(kù)徑流總量達(dá)2 197 萬(wàn)m3（年平均徑流總量1 819 萬(wàn)m3），遠(yuǎn)超水庫(kù)蓄洪（水庫(kù)總庫(kù)容670 萬(wàn)m3）和泄洪能力（最大泄洪能力380 m3/s）。水庫(kù)水位在短時(shí)間內(nèi)猛漲，7∶02 分水位1 491.8 m，尚未開(kāi)始溢洪，9時(shí)左右水位就達(dá)到1 497.65 m（防浪墻頂高度），僅僅2個(gè)小時(shí)水庫(kù)水位就上漲了5.85 m，造成漫頂溢流。

（2）潰壩洪水是造成嚴(yán)重洪災(zāi)的主要原因。由于潰壩流量極大，洪水流速快，沖擊力強(qiáng)，給水庫(kù)下游地區(qū)造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失和重大人員傷亡。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果和IFMS 軟件計(jì)算得到潰壩洪水演進(jìn)和淹沒(méi)過(guò)程結(jié)果，潰壩洪峰經(jīng)過(guò)壩下2 km處（二宮村1隊(duì)）時(shí)洪峰涌浪高達(dá)10 m，到達(dá)下游6 km（二宮村2隊(duì)）處仍有3 m高的涌浪，造成了二宮村1隊(duì)和2隊(duì)的重大洪水災(zāi)害。

（3）壩下游出山口束窄加劇了潰壩洪水災(zāi)害。根據(jù)IFMS軟件的計(jì)算結(jié)果，在潰壩下游4.76 km 處，由于出山口束窄，造成了水位抬高，出現(xiàn)了約12 m 高水位，給下游二宮村造成了嚴(yán)重人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。

（4）兩次洪峰過(guò)程是造成部分人員傷亡的間接原因。整個(gè)潰壩過(guò)程中水庫(kù)下游共出現(xiàn)兩次洪峰，第一次洪峰為溢洪道出流和壩體全斷面過(guò)水形成，第二次洪峰為潰壩洪峰。在潰壩洪峰出現(xiàn)前，由于入庫(kù)流量減少，在下游二宮村出現(xiàn)第一次洪峰后，水位開(kāi)始下降，使當(dāng)?shù)匕傩照`認(rèn)為洪水已退去，已經(jīng)轉(zhuǎn)移人員返回村里而造成人員傷亡。

（5）水庫(kù)管理站房選址不合理是造成了水庫(kù)管理人員傷亡的直接原因。水庫(kù)管理站建在壩后下游河灘地，不符合水利樞紐工程布置原則，關(guān)鍵時(shí)刻自身處于險(xiǎn)地，不能正常發(fā)揮監(jiān)測(cè)預(yù)警等作用。

5 結(jié) 論

基于洪災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料，采用水文、水動(dòng)力學(xué)方法較好地解決了無(wú)資料小流域入庫(kù)洪水、水庫(kù)漲水、溢洪道泄水、漫頂溢水和壩體潰決全過(guò)程計(jì)算問(wèn)題，構(gòu)建二維水動(dòng)力學(xué)模型對(duì)潰壩水流的演進(jìn)進(jìn)行了數(shù)值模擬，并系統(tǒng)分析和總結(jié)了射月溝水庫(kù)“7·31”暴雨洪水特征及災(zāi)害形成原因。主要結(jié)論如下：

（1）本次射月溝流域各時(shí)段降雨量均遠(yuǎn)超該地區(qū)有記錄以來(lái)的歷史極值，短歷時(shí)極端強(qiáng)降雨引發(fā)遠(yuǎn)超水庫(kù)防洪能力的特大洪水是造成漫頂潰壩的決定性因素，

（2）采用FFMS 計(jì)算得到射月溝水庫(kù)入庫(kù)洪水過(guò)程線(xiàn)，與調(diào)查結(jié)果較為吻合，其中，模擬洪峰流量為1 915 m3/s，誤差為3.5%。

（3）聯(lián)合計(jì)算得到水庫(kù)出流洪水過(guò)程線(xiàn)，其中潰口洪峰流量為7 700 m3/s，此過(guò)程線(xiàn)作為二維水動(dòng)力模型的邊界條件。對(duì)模擬結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析，淹沒(méi)水深在2～6 m 之間的面積占了總面積的23.02%，受災(zāi)最重的二宮村二隊(duì)、三隊(duì)多在這個(gè)范圍。

（4）下游河道出現(xiàn)兩次洪峰過(guò)程及大壩下游河道束窄是造成下游村莊人員傷亡和經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失的重要原因。