山區(qū)河道橡膠壩群調(diào)度方案研究

□崔進(jìn)濤 孫旭良 石煥玲

山區(qū)河道橡膠壩群調(diào)度方案研究

□崔進(jìn)濤 孫旭良 石煥玲

近年，不少北方城市為改善城市生態(tài)環(huán)境，在實(shí)施河道防洪整治工程的同時(shí)修建橡膠壩群。橡膠壩汛期蓄水和城市及下游防洪往往存在矛盾。因此，研究汛期橡膠壩群的調(diào)度規(guī)則，尋求防洪與生態(tài)蓄水景觀(guān)的平衡點(diǎn)，制定合理的調(diào)度方案具有比較重要的意義。

1.基本情況和存在問(wèn)題

清水河自北向南縱貫張家口市主城區(qū)，汛期洪水源短流急、陡漲陡落，是主城區(qū)及下游的主要洪水威脅。為提高主城區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)，市政府治理了河道和31座橡膠壩等工程。工程調(diào)度特點(diǎn)如下：一是橡膠壩塌壩形成的人工洪峰流量（塌壩洪峰）不得超過(guò)清水河治理后的防洪標(biāo)準(zhǔn)。二是上游天然洪水從啕來(lái)廟至市區(qū)傳播時(shí)間僅為1h左右，上游首座橡膠壩應(yīng)在洪水到來(lái)之前放空庫(kù)容，若塌壩時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，將危及橡膠壩自身安全并與塌壩洪峰疊加，增加防洪風(fēng)險(xiǎn)。三是塌壩過(guò)程受到橡膠壩排空壩袋內(nèi)水的時(shí)間限制。因此，本研究需解決兩個(gè)問(wèn)題：一則合理確定塌壩時(shí)間和順序，保證塌壩洪峰不造成溢岸。二則考慮上游洪水與塌壩洪水組合，保證疊加后的洪峰流量控制在防洪標(biāo)準(zhǔn)（2200m3/s）之內(nèi)。

2.研究思路

2.1 橡膠壩塌壩洪水過(guò)程

將橡膠壩群視作串聯(lián)水庫(kù)群，各橡膠壩間水體根據(jù)水量平衡進(jìn)行水庫(kù)調(diào)節(jié)，分別計(jì)算不同塌壩方案的泄流過(guò)程和洪峰流量。橡膠壩下泄流量根據(jù)壩上水深按堰流公式進(jìn)行計(jì)算。

2.2 塌壩洪水和上游來(lái)水的組合過(guò)程

選取的上游天然典型洪水過(guò)程，利用水量平衡原理和堰流公式，確定各橡膠壩壩上流量與水深關(guān)系、各橡膠壩下泄洪水流量和水位，得出洪水演進(jìn)過(guò)程；同時(shí)考慮塌壩洪水過(guò)程，分析兩洪水的疊加后的過(guò)程和疊加后的洪峰流量。

3.調(diào)度方案與工況

3.1 橡膠壩蓄水高度和塌壩歷時(shí)

以2010年汛前情況為計(jì)算條件進(jìn)行研究。按滿(mǎn)壩蓄水和汛前降壩蓄水兩種情況作為計(jì)算條件，各橡膠壩塌壩歷時(shí)為30min。

3.2 塌壩方案

塌壩順序應(yīng)按自下而上進(jìn)行操作，上游壩塌壩時(shí)間不應(yīng)早于下游壩。本研究分別對(duì)同時(shí)塌壩（塌壩滯時(shí)為0）和依次滯后塌壩1、2、5min 4種塌壩方案。

3.3 上游來(lái)水過(guò)程

選取1984年洪水作為典型洪水過(guò)程。過(guò)程線(xiàn)按同倍比縮放，然后進(jìn)行橡膠壩調(diào)度分析。

3.4 上游洪水預(yù)見(jiàn)期

根據(jù)相關(guān)分析成果，啕來(lái)廟水文站暴雨洪水相關(guān)的預(yù)見(jiàn)期為30min～1h；啕來(lái)廟與張家口水文站洪峰相關(guān)預(yù)見(jiàn)期在30min～1h。本次橡膠壩調(diào)度洪水預(yù)見(jiàn)期按1h考慮。

4.成果分析與結(jié)論

4.1 塌壩過(guò)程產(chǎn)生的洪水和洪峰流量

計(jì)算結(jié)果表明，隨著塌壩滯時(shí)的增加，最下游形成的最大洪峰流量逐漸減小，空庫(kù)歷時(shí)為逐漸加長(zhǎng)。滿(mǎn)壩情況下，同時(shí)塌壩形成洪峰流量最大，空庫(kù)歷時(shí)最短；滯時(shí)為5min形成的最大洪峰最小。降壩蓄水時(shí)空庫(kù)歷時(shí)和滿(mǎn)壩基本一致。無(wú)論那種蓄水方案，塌壩洪峰流量均不大于河道防洪標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 塌壩洪水與上游來(lái)水疊加后的洪水過(guò)程

塌壩前滿(mǎn)蓄。滯后2min塌壩方案，最上游壩剛塌落完畢之前洪峰已進(jìn)入庫(kù)區(qū)，洪水發(fā)生溢岸；滯后1min方案，橡膠壩蓄水未完全放空，上游洪水前鋒即已到達(dá)，兩洪水發(fā)生遭遇，但對(duì)洪峰峰值沒(méi)有影響。故為保證河道行洪和橡膠壩自身安全，在洪水預(yù)見(jiàn)期為1h、橡膠壩滿(mǎn)蓄條件下，上下橡膠壩塌壩滯后時(shí)間不應(yīng)超過(guò)1min。

塌壩前降壩蓄水。按前后橡膠壩塌壩時(shí)間滯后1min計(jì)算，最大洪峰流量仍由上游來(lái)水過(guò)程控制，但比滿(mǎn)壩蓄水條件更為安全。

4.3 主要結(jié)論

按上游洪水預(yù)見(jiàn)期1h計(jì)，橡膠壩采用同時(shí)塌壩或塌壩滯時(shí)不大于1min，塌壩洪水洪峰不會(huì)與清水河上游洪水峰疊加，清水河行洪能力滿(mǎn)足組合后洪峰流量要求。宜自下而上順序塌壩，滯時(shí)應(yīng)不大于1min?！?/p>

2014-05-27

崔進(jìn)濤，男，漢族，河北省水利水電第二勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，正高級(jí)工程師。

孫旭良，男，漢族，南水北調(diào)中線(xiàn)干線(xiàn)工程建設(shè)管理局河北直管項(xiàng)目建設(shè)管理部，高級(jí)工程師。

石煥玲，女，漢族，河北省水利水電第二勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，工程師。