基于遼寧省遼河本遼遼蓄水工程實施方案選定

張樹偉

(遼寧省遼中縣水利局，遼寧遼中110200)

1 壩型確定

遼河干流遼中段(本遼遼環(huán)線)生態(tài)蓄水工程段遼河主槽水面平均寬度190 m，實測河道平均比降0.18‰，兩岸堤防防洪標準達20 a一遇，兩岸堤防間距約3 500 m。為不影響河道行洪，不宜減縮河道行洪斷面。

如修建固定壩，壩址處河道行洪斷面減小，將影響河道行洪;經(jīng)對河道進行水力計算，必須采用活動壩，比較合適的閘(壩)型式是橡膠壩和翻板閘。

翻板閘管理不便，對行洪有一定影響;橡膠壩行洪期間塌壩，河道有效行洪斷面基本上不會縮小，不影響河道行洪，且該壩型節(jié)約投資，運行安全，管理方便。因此，遼河干流遼中段(本遼遼環(huán)線)生態(tài)蓄水工程中擋水建筑物開發(fā)宜修建橡膠壩。

同時，結(jié)合《遼河干流河道生態(tài)建設(shè)實施方案》中壩型選擇對固定堰壩、常規(guī)水閘、翻板閘及橡膠壩進行比較，實施方案推薦橡膠壩作為攔蓄水工程的基本壩型。遼河干流遼中段(本遼遼環(huán)線)生態(tài)蓄水工程修建橡膠壩符合實施方案的要求。3種活動閘壩的詳細比較如下:

1.1 傳統(tǒng)平板門攔河閘方案

優(yōu)缺點為:

1.1.1 優(yōu)點

泄流能力大，水庫運行調(diào)度靈活，通過閘門不同組合的開啟調(diào)度方式，可以宣泄各種頻率的洪水。

1.1.2 缺點

1)金屬結(jié)構(gòu)及土建工程量較大，投資成本高昂，施工較復雜，工期較長。

2)人工湖正常蓄水位與堤防設(shè)計水位相差較大，閘門啟閉排架結(jié)構(gòu)高大，外形不夠美觀，增加投資。

3)水流從底部集中下泄，對下游河道消能防沖要求較高。

4)水流從閘門下部流出，水面漂浮物不易排泄出去，水面不夠美觀清潔。

5)運行維護費用較高。

1.2 水力自控翻板閘方案

翻板閘是由基礎(chǔ)固定壩和翻板閘門組成的，依靠作用在閘門上的水壓力和閘門的自重作為啟閉閘門的動力，利用杠桿平衡與轉(zhuǎn)動對閘門進行自控啟閉［2］。優(yōu)缺點為:

1.2.1 優(yōu)點

1)無需其他外加能源，無需其他啟閉機械、啟閉機架和閘控房，也不需要泵房。

2)造價合理、節(jié)省三材、施工期短。

3)啟閉完全由水力自控、準確及時、不需人員操作，管理方便。

4)便于及時排走漂浮物與推移質(zhì)。

1.2.2 缺點

1)翻平(一般只能達到與水平線成75°～80°角)后門體仍較高，而且支墩較多，阻水斷面相對較大，因此，需相應(yīng)增加溢流寬度。

2)閘門間依靠橡膠止水帶擠壓止水，容易破損。

3)翻板閘門易堵塞，造成啟閉不靈，影響行洪安全，必要時需設(shè)置人工啟拉平臺。

4)下游立面為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，欠美觀。

1.3 橡膠壩方案

橡膠壩由高強度的織物合成纖維受力骨架與合成橡膠構(gòu)成，錨固在基礎(chǔ)底板上，形成密封袋形，充入水或氣，形成壩體。橡膠壩適用于低水頭、大跨度的閘壩工程，主要用于灌溉、防洪和改善環(huán)境［3］。

1.3.1 優(yōu)點

1)造價合理、節(jié)省“三材”、施工期短。

2)抗震性能好，能抵抗強大地震波和特大洪水的波浪沖擊。

3)過水能力較大，阻水較小，對下游的沖刷力較小，同時整體止水效果好。

4)自然美觀。

1.3.2 缺點

1)增加泵房，機電設(shè)備等。

2)壩袋耐久性較差，容易老化。

3)需要專門的充水(氣)設(shè)備與管理人員，運行費用較高。

4)抗沖擊能力和抗磨損能力較差，運行中遇尖銳物壩袋易破損。

自動翻板閘和橡膠壩優(yōu)點和缺點都很突出，運行管理問題也比較多，從工程投資上看，翻板閘與橡膠壩相差不多，平板閘投資最為昂貴。

結(jié)合本工程的特點，由于遼河水流比較平穩(wěn)，河道斷面較寬，能充分發(fā)揮橡膠壩跨度大的優(yōu)點;同時考慮翻板閘易堵塞，造成啟閉不靈，影響行洪安全;而且橡膠壩造型優(yōu)美，線條流暢。因此，本次設(shè)計仍采用實施方案推薦的橡膠壩作為攔河蓄水基本壩型。

2 壩址選擇

遼河干流遼中段(本遼遼環(huán)線)生態(tài)蓄水工程中主體橡膠壩工程布置在本遼遼高速橋下游約1.1 km處。根據(jù)平面套匯可知，壩址處所處遼河段為卡力馬—六間房段，該段遼河干流河道總體上歷年變化較?。?］。

本橡膠壩壩址位于本遼遼高速橋下，受上游橋節(jié)點的影響，河道擺動較小，河勢較為穩(wěn)定，需加強上、下游兩岸防護。壩址上、下游兩側(cè)灘地寬闊，適宜修建人工濕地。壩址緊鄰遼中縣十間房，交通、電力等施工建設(shè)條件較好。

3 工程規(guī)模選取

3.1 規(guī)模Ⅰ

遼河干流遼中段(本遼遼環(huán)線)生態(tài)蓄水工程橡膠壩壩址位于遼河干流遼中縣遼中環(huán)線高速公路橋下游約1.1 km處，橡膠壩壩長171 m，底板高程11.7 m，壩高2.5 m。在橡膠壩兩側(cè)修建橫堤，橫堤兩側(cè)長各為100 m。

3.2 規(guī)模Ⅱ

遼河干流遼中段(本遼遼環(huán)線)生態(tài)蓄水工程橡膠壩壩址位于遼河干流遼中縣遼中環(huán)線高速公路橋下游約1.1 km處，橡膠壩壩長171 m，底板高程11.7 m，壩高2.5 m。

在橡膠壩兩側(cè)修建橫堤，橫堤兩側(cè)長各為90 m。距橡膠壩兩側(cè)30 m處修建兩座寬10 m，高1 m的鋼壩閘來調(diào)節(jié)水量及給壩下游區(qū)域供水，同時為滿足上游凈水植物生長的淺水區(qū)，底板高程13.2 m。

3.3 合理性分析

攔河壩所在河段距遼中水文站較近，因此選取該站作為代表站進行分析。

根據(jù)遼中站實測4—6月、9—11月徑流量系列進行保證率計算，采用經(jīng)驗頻率排頻，選取與50%、75%頻率對應(yīng)的月徑流量相近的年份作為典型年，由典型年的4—6、9—11月實測逐日流量資料繪制流量歷時保證率圖［5］。

由流量歷時保證率圖得到各保證率日平均流量成果，見表1。

表1 各保證率日平均流量成果表 m3/s

通過與生產(chǎn)廠家溝通，確定橡膠壩設(shè)計過流能力為42.4 m3/s，極限過流能力為65.2 m3/s。即當溢流流量長時間超過設(shè)計過流能力時，橡膠壩需要塌壩運行，而橡膠壩短時間內(nèi)流量達到甚至超過設(shè)計流量，橡膠壩可以繼續(xù)運行，但是橡膠壩的極限過流能力是70.08 m3/s，一旦溢流達到極限過流能力，則橡膠壩必須塌壩運行，防止橡膠壩壩袋因壓力過大而損壞。

本次橡膠壩主要用于濕地供水，一般在4—6月份植物生長期運用，用日均流量相對較小的4—6月份中相對偏于安全的P=50%典型年的20%流量成果與橡膠壩設(shè)計流量進行比較。

根據(jù)規(guī)模Ⅰ計算，當橡膠壩及橫堤頂過流0.3 m時，即橡膠壩和橫堤的設(shè)計過流能力為91.9 m3/s，P =50%典型年(即1975年)4—6月份91 d里共有26 d大于設(shè)計流量。

當橡膠壩及橫堤過流0.4 m，即橡膠壩和橫堤極限過流能力為141.6 m3/s，P=50%典型年(即1975年)4—6月份91 d里共有12 d超過橡膠壩的極限過流能力。即需要橡膠壩塌壩運行的天數(shù)在12～26 d。

根據(jù)規(guī)模Ⅱ計算，增加兩孔鋼壩閘后，當橡膠壩及橫堤頂過流0.3 m，鋼壩閘塌壩時，即橡膠壩、橫堤、鋼壩閘設(shè)計過流能力為131.7 m3/s，P=50%典型年(即1975年)4—6月份91 d里共有14 d大于設(shè)計流量。

當橡膠壩及橫堤堤頂過流0.4 m，鋼壩閘塌壩時，即橡膠壩、橫堤、鋼壩閘極限過流能力為183.1 m3/s，共有4 d超過橡膠壩的極限過流能力，即需要橡膠壩塌壩運行的天數(shù)在4～14 d。

另外，增加兩孔鋼壩閘能保證流量較小時，上流來水能從灘地過流，減少橡膠壩過流，滿足下游濕地用水量。

通過以上分析可以看出，增加鋼壩閘后，對橡膠壩起到了很大的調(diào)節(jié)作用，在植物生長期4—6月份，可以減少橡膠壩的塌壩運行天數(shù)，同時在小流量的時利用鋼壩閘過流能提高灘地的過流比，保證了上下游濕地的用水量。

充分的發(fā)揮了水生植物凈化水質(zhì)的功能，同時也方便于橡膠壩的運行和管理。因此，本次工程規(guī)模Ⅱ所選取的規(guī)模合適。

［1］中華人民共和國水利部.SL104—1995水利工程水利計算規(guī)范［S］.北京:中國水利水電出版社，1995.

［2］中華人民共和國水利部.SL265—2001水閘設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國水利水電出版社，2001.

［3］中華人民共和國水利部.L227—98橡膠壩技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國水利水電出版社，1998.

［4］李來生.“生態(tài)蓄水工程”技術(shù)研究［J］.山西能源與節(jié)能，2004，(03):30－31.

［5］袁宏波.喀左縣大竣河南哨段生態(tài)蓄水工程［J］.水利科技與經(jīng)濟，2013，19(06):50－51.

［6］黃武林.遼河干流鐵嶺以上段橡膠壩與灘地生態(tài)蓄水工程設(shè)計［J］.廣西水利水電，2012(02):37－40.