橡膠壩調(diào)節(jié)能力的研究

楊春普

（遼寧江河水利水電新技術(shù)設(shè)計(jì)研究院，遼寧沈陽(yáng) 110003）

橡膠壩調(diào)節(jié)能力的研究

楊春普

（遼寧江河水利水電新技術(shù)設(shè)計(jì)研究院，遼寧沈陽(yáng) 110003）

本文通過(guò)對(duì)遼河毓寶臺(tái)橡膠壩工程的設(shè)計(jì)分析，得出橡膠壩自身調(diào)節(jié)能力有限，壩袋頻繁塌落既影響橡膠壩的使用年限，又無(wú)法保證蓄水水面高程。通過(guò)工程實(shí)例的研究分析，增加調(diào)節(jié)閘的布置形式比較合理，既增加了橡膠壩的使用年限，又保證了景觀水面的高程，從而為北方季節(jié)河性河流生態(tài)景觀蓄水橡膠壩工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

橡膠壩；調(diào)節(jié)能力；景觀水面；生態(tài)景觀

0 引 言

橡膠壩適用于低水頭、大跨度的閘壩工程，已被廣泛用于灌溉、發(fā)電防洪、城市景觀、美化等工程。特別是城區(qū)景觀園林工程，采用彩色壩袋，造型優(yōu)美，線條流暢，可為城市建設(shè)增添一道優(yōu)美的風(fēng)景。

依據(jù)橡膠壩設(shè)計(jì)規(guī)范橡膠壩泄洪能力，可按堰流基本公式計(jì)算：

式中：Q——過(guò)壩流量，m3/s；B——溢流斷面的平均寬度，m；h0——計(jì)人行近流速水頭的堰頂水頭，m；m——流量系數(shù)；σ——淹沒(méi)系數(shù)，可取寬頂堰的試驗(yàn)數(shù)據(jù)；ε—堰流側(cè)收縮系數(shù)，與邊界條件有關(guān)。

為避免壩袋頻繁起落，設(shè)計(jì)允許壩頂在一定水深范圍內(nèi)溢流，溢流水深控制在壩袋共振區(qū)內(nèi)運(yùn)行。根據(jù)省內(nèi)多數(shù)橡膠壩實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可以控制在0.3 m以內(nèi)，當(dāng)溢流水深超此限，須坍壩泄洪。根據(jù)該公式計(jì)算單寬50 m橡膠壩壩頂溢流0.3 m，泄洪流量為17.3 m3/s，自身調(diào)節(jié)能力很小。

北方河流季節(jié)性明顯，河道徑流量多集中在汛期7—9月份，占全年的50%以上。汛期為滿足防洪安全橡膠壩汛期塌壩運(yùn)行，只有非汛期正常運(yùn)行。因此，橡膠壩設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)避免在非汛期頻繁塌壩，即非汛期控制壩袋頂溢流水深超0.3 m。以下以遼河干流毓寶臺(tái)生態(tài)抗旱蓄水改造工程為例，介紹工程設(shè)計(jì)通過(guò)調(diào)節(jié)閘的方式增加了橡膠壩的調(diào)節(jié)能力，使其在非汛期長(zhǎng)期運(yùn)行，避免塌壩運(yùn)行。

1 項(xiàng)目建設(shè)背景

遼河毓寶臺(tái)橡膠壩位于遼寧省新民市近郊，遼河干流中部，北臨遼河毓寶臺(tái)大橋，周邊方巾牛村為新農(nóng)村示范村。近年來(lái)，伴隨著對(duì)遼河沿線綜合生態(tài)治理的逐步深入，作為遼寧省打造三帶（生態(tài)帶、旅游帶、城鎮(zhèn)帶）的重要試點(diǎn)，毓寶臺(tái)大橋橋區(qū)上下游5 km范圍內(nèi)大堤間的土地進(jìn)行全面封育，封育面積達(dá)11 km2。2011年，遼河毓寶臺(tái)橡膠壩即毓寶臺(tái)生態(tài)抗旱臨時(shí)蓄水工程建成后，在其上下游沿線相繼實(shí)施了多項(xiàng)生態(tài)濕地治理工程，包括在上游建成了毓寶臺(tái)生態(tài)示范區(qū)、毓寶臺(tái)生態(tài)綠化工程、下游付家窩堡排干濕地工程、102線橋下濕地（生態(tài)島）工程。橋區(qū)上下游均形成了大面積的景觀生態(tài)濕地。毓寶臺(tái)橡膠壩壩底板高程22.81 m，壩長(zhǎng)119 m，壩高2.5 m，回水長(zhǎng)度約3.65 km，由攔河橡膠壩、管理房等組成。毓寶臺(tái)橡膠壩地區(qū)作為整個(gè)景觀生態(tài)濕地的核心節(jié)點(diǎn)，其濕地規(guī)模也應(yīng)相應(yīng)增大，以更加充分地發(fā)揮生態(tài)濕地改變水環(huán)境的作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)改善的持久性。因此，此次改造工程最終目的就是擴(kuò)大濕地面積。

2 項(xiàng)目建設(shè)任務(wù)

毓寶臺(tái)地區(qū)濕地面積的擴(kuò)建，首先需要現(xiàn)狀橡膠壩在非汛期長(zhǎng)時(shí)間處在擋水狀態(tài)，提供穩(wěn)定的蓄水位，進(jìn)而為濕地提供充足的水源。分析現(xiàn)狀毓寶臺(tái)橡膠壩的規(guī)模：1）橡膠壩上游河槽寬度在200 m左右，下游河槽為190 m左右，壩址位置河槽寬為119 m，橡膠壩的寬度縮窄了河道主槽的寬度；2）從橡膠壩近2年的實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看，在非汛期橡膠壩塌壩的次數(shù)過(guò)于頻繁，不能一直提供穩(wěn)定的水位，不能滿足對(duì)濕地的長(zhǎng)時(shí)間供水，又縮短了橡膠壩壩袋使用年限，主要原因是橡膠壩自身調(diào)節(jié)能力有限；3）現(xiàn)在橡膠壩高度為2.5 m，從現(xiàn)在左岸地勢(shì)上看，現(xiàn)狀橡膠壩擋水高程基本能夠滿足給濕地供水。

因此需解決現(xiàn)狀橡膠壩以下兩點(diǎn)問(wèn)題：1）增加橡膠壩的寬度?，F(xiàn)狀橡膠壩寬將主河槽縮窄了約80 m，因此，可以通過(guò)增加2孔39 m的橡膠壩來(lái)解決。2）增加橡膠壩的調(diào)節(jié)能力。增加2孔橡膠壩后調(diào)節(jié)能力為67.6 m3/s，調(diào)節(jié)能力仍然有限，可以通過(guò)增加1孔10 m寬鋼壩閘來(lái)解決，增加后調(diào)節(jié)能力提高為166.3 m3/s。橡膠壩高度基本能夠滿足濕地供水要求，因此，此次只對(duì)橡膠壩壩長(zhǎng)和調(diào)節(jié)能力進(jìn)行改造，改造后在左岸灘地上將形成196 hm2的濕地。

3 合理性分析

由于毓寶臺(tái)資料較短，因此采用了上游巨流河站實(shí)測(cè)流量資料作為設(shè)計(jì)參考。通過(guò)統(tǒng)計(jì)巨流河水文站實(shí)測(cè)流量資料，多年平均徑流量為31.1億m3，年內(nèi)徑流分配不均，多集中在7—9月，約占全年徑流量的65%，多年平均徑流量月分配見(jiàn)表1。

表1 多年實(shí)測(cè)平均流量分月成果表 m3/s

橡膠壩設(shè)計(jì)過(guò)流能力壩頂水深為30 cm，改造后調(diào)節(jié)閘處在擋水狀態(tài)，橡膠壩和鋼壩閘頂共同溢流，設(shè)計(jì)過(guò)流能力為70.5 m3/s。當(dāng)溢流流量短時(shí)間超過(guò)設(shè)計(jì)過(guò)流能力時(shí)，橡膠壩可以繼續(xù)運(yùn)行；當(dāng)溢流流量長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)設(shè)計(jì)流量，或橡膠壩溢流流量大于極限流量時(shí)，此時(shí)為了防止橡膠壩壩袋因壓力過(guò)大而損壞，則需關(guān)閉鋼壩閘進(jìn)行調(diào)節(jié)，保持橡膠壩處在運(yùn)行的狀態(tài)。

從表1可以看出，除7，8月份汛期以外，各月平均流量最大月份為9月，平均流量為167.5 m3/s。當(dāng)橡膠壩壩上溢流水深為0.3 m，鋼壩閘處于完全泄水狀態(tài)，此時(shí)為橡膠壩不用塌壩的極限狀態(tài)，該狀態(tài)下鋼壩閘起到的調(diào)節(jié)能力為最大。此時(shí)橡膠壩過(guò)流量為67.5 m3/s，鋼壩閘過(guò)流量為98.8 m3/s，共同過(guò)流能力為166.3 m3/s。與表1中的非汛期最大月份9月167.5 m3/s基本接近，因此說(shuō)明此次改造工程的建設(shè)規(guī)模是合理的。橡膠壩通過(guò)鋼壩閘的調(diào)節(jié)后，可以在非汛期處在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行狀態(tài)，既減少了塌壩的次數(shù)，延長(zhǎng)橡膠壩袋的壽命，又最大程度發(fā)揮了其生態(tài)蓄水的作用。如果流量大于166.3 m3/s時(shí)，則需塌壩運(yùn)行。如果實(shí)際流量在70.5～166.3 m3/s之間的情況下，可以調(diào)節(jié)鋼壩閘的不同開啟度進(jìn)行調(diào)節(jié)流量，來(lái)保證上游的生態(tài)水面面積。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)已建工程分析得出結(jié)論，橡膠壩自身調(diào)節(jié)能力有限，壩上溢流水深超高0.3 m，即需要塌壩運(yùn)行，頻繁塌落直接影響橡膠壩袋使用壽命，影響景觀水面的效果。本文提出增加調(diào)節(jié)閘，通過(guò)調(diào)節(jié)閘靈活啟閉的特點(diǎn)，來(lái)調(diào)節(jié)橡膠壩壩頂溢流深度，使壩頂溢流水深控制在0.3 m以下，長(zhǎng)時(shí)間處于擋水狀態(tài)，減少塌壩次數(shù)，增加橡膠壩袋使用年限。

［1］苑希民.溢流橡膠壩泄流特性試驗(yàn)［J］.天津大學(xué)學(xué)報(bào)，1995（6）.

［2］臧宏.橡膠壩在溢流堰頂應(yīng)用的水力特點(diǎn)［J］.河南水利，2003（10）.

［3］姚澤永.壩閘在城市用水及景觀建設(shè)中的優(yōu)勢(shì)［J］.水利科技與經(jīng)濟(jì)，2010（10）.

TV697.1

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2016-03-21