橡膠壩工程布置及消能設(shè)計(jì)

劉 銳，譚立清，王立明

(1.遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，沈陽110006;2.遼寧潤中供水有限責(zé)任公司，沈陽110179)

1 設(shè)計(jì)依據(jù)

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》SD265－2001規(guī)定，本工程防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇，工程級別為3級，建筑物級別為3級建筑物，本區(qū)地震烈度為7度。

1.1 水位與泄量

水位與泄量關(guān)系見表1。

表1 橡膠壩壩址水位與泄量

1.2 壩下游水位與流量關(guān)系

橡膠壩下游水位與流量關(guān)系見表2。

表2 壩下游水位與流量關(guān)系

2 橡膠壩工程總布置

根據(jù)該河道環(huán)境綜合整治的要求，在左右防洪堤之間修建橡膠壩工程，以形成壅水水面。達(dá)到改善河流的自然景觀的目的，同時(shí)可對該河流進(jìn)行開發(fā)利用、美化亮化，還碧水藍(lán)天，秀城市景色。使整個(gè)工程成為一道亮麗的風(fēng)景線。

2.1 壩址確定

根據(jù)河道綜合整治的要求，充分考慮河道自然條件、河道汛期的泄洪要求、人工湖運(yùn)用的水深要求及壅水回水影響范圍等因素，確定橡膠壩的規(guī)模以滿足規(guī)劃要求。

橡膠壩壩址位置要求河道相對比較順直、水流流態(tài)平穩(wěn)，岸坡相對穩(wěn)定，這樣不僅可以避免發(fā)生波狀水躍和折沖水流、防止有害的沖刷和淤積，而且使過壩水流平穩(wěn)，減輕壩袋振動及磨損，延長壩袋壽命。并且根據(jù)盡量不改變河道比降的原則，回水影響范圍末端水深均滿足>0.7 m的要求。

2.2 橡膠壩底板高程的確定

為防止推移質(zhì)泥沙隨水流卷入壩袋底部從而增加壩袋的磨損，在坍壩泄洪時(shí)，壩袋被泥沙覆蓋，管理維修困難，因此，在滿足泄洪斷面的情況下，除了檢修壩段壩底板高程與主河道高程相同，其余壩段壩底板高程比河道高程抬高了0.5 m。據(jù)此，橡膠壩檢修壩段壩底板高程71.20 m，其余壩段壩底板高程71.70 m。

2.3 壩長、壩高的確定

2.3.1 壩長的確定

根據(jù)城市河道防洪規(guī)劃報(bào)告所述，橡膠壩壩址所在位置的河槽寬476 m，為滿足坍壩時(shí)河道設(shè)計(jì)行洪要求，確定橡膠壩壩長476 m。

2.3.2 壩高的確定

依據(jù)城市整體規(guī)劃，在河道上修建攔河壩以形成一片人工水域，滿足開發(fā)旅游、美化環(huán)境、改善自然景觀的要求。按照水深要求及參照類似工程，湖水最小水深應(yīng)≥0.7 m。結(jié)合地面高程，確定橡膠壩壩頂高程為73.70 m。

2.4 坍壩水位的確定

橡膠壩壩址所在位置的河槽深度均>4.0 m，考慮正常運(yùn)行及一定的超高使溢流水位不漫過堤防，確定最大水深達(dá)到0.5 m時(shí)坍壩。

2.5 橡膠壩工程布置

橡膠壩工程布置見圖1、圖2。

3 橡膠壩消能設(shè)計(jì)

3.1 壩袋充脹介質(zhì)方案選擇

橡膠壩壩袋充脹介質(zhì)的選擇應(yīng)綜合考慮壩區(qū)自然條件，遵循管理運(yùn)用方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則，橡膠壩壩型采用充水式。

3.2 溢流能力計(jì)算

為防止橡膠壩袋在共振區(qū)運(yùn)行，根據(jù)規(guī)范壩上溢流水深控制在0.3 m，依據(jù)《橡膠壩技術(shù)規(guī)范》(SL227－98)在不同壩高時(shí)的泄流量按下列公式計(jì)算:

式中:Q為過壩流量，m3/s;δ為淹沒系數(shù)，δ=1.0;ε為淹流側(cè)收縮系數(shù)，ε=1.0;B為泄流壩寬;h0為計(jì)入行近流速的堰頂水頭。

流量系數(shù)m的計(jì)算公式為:

式中:H0為壩袋內(nèi)壓水頭;H為運(yùn)行時(shí)壩袋充脹的實(shí)際壩高;h1為壩上游水深;h2為壩下游水深。

橡膠壩溢流能力計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 橡膠壩壩址上游水位與最大溢流量

3.3 消能防沖設(shè)計(jì)

3.3.1 控制工況選定

當(dāng)河道流量較大時(shí)，橡膠壩處于坍壩狀態(tài)，建在河道上的橡膠壩，一般采用底流消能，隨著橡膠壩坍壩，若上游水位不變，流量隨橡膠壩落而增大，下游水深也逐漸升高，按(hc″－h(huán)t)為最大值的工況進(jìn)行下游消能防沖計(jì)算。

3.3.2 橡膠壩消力池計(jì)算

經(jīng)計(jì)算，橡膠壩壩袋單孔坍壩時(shí)，(hc″－h(huán)t)為最大值。計(jì)算成果見表4。

表4 橡膠壩消力池計(jì)算成果表

圖1 橡膠壩平面布置圖

圖2 橡膠壩剖面布置圖

根據(jù)表4中成果，橡膠壩消力池深度取0.7 m，消力池長度取12.0 m。

4 結(jié)論

橡膠壩具有不妨礙河道行洪，充放自如的優(yōu)點(diǎn)，而且橡膠壩建成后，相當(dāng)于一座小水庫，其濕地效應(yīng)十分明顯，可提高地下水位，減少城市漏斗化，在一定程度上增加了空氣濕度，防止沙塵，凈化空氣，調(diào)節(jié)晝夜溫差，釋放負(fù)氧離子，改善當(dāng)?shù)貧夂蛸|(zhì)量，加強(qiáng)生物多樣性的良性發(fā)展。同時(shí)還可發(fā)展水上娛樂及水產(chǎn)養(yǎng)殖項(xiàng)目，為發(fā)展當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，具有較好的生態(tài)效益和社會效益。

[1]楊國興，潘為軍，徐彥峰.略論閘壩消能防沖設(shè)施的改善[J].黑龍江水利科技，2000，28(3):72 －74.