橡膠壩調(diào)度與洪水利用

楊 松 李可任 姚慧敏/.河北省水利水電第二勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 .河北天和咨詢有限公司

橡膠壩調(diào)度與洪水利用

楊 松1李可任1姚慧敏2/1.河北省水利水電第二勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 2.河北天和咨詢有限公司

橡膠壩廣泛應(yīng)用在河道防洪生態(tài)綜合治理工程中，汛期如何確保河道防洪安全，合理調(diào)蓄雨洪資源，是橡膠壩調(diào)度需解決的主要技術(shù)問題，也是工程管理的重點(diǎn)和難點(diǎn)。結(jié)合遷安市7座橡膠壩，通過調(diào)度影響分析，得出了不同塌壩方案下的洪水過程，提出了橡膠壩調(diào)度運(yùn)用條件，在保證防洪安全的前提下充分利用了雨洪資源。

橡膠壩；調(diào)度；洪水利用

近年來，橡膠壩做為河道防洪生態(tài)綜合治理工程的首選結(jié)構(gòu)形式，廣泛應(yīng)用于規(guī)劃設(shè)計(jì)及工程建設(shè)中，其具有營造生態(tài)水面，塑造濱水景觀，臨時(shí)攔蓄洪水，有序調(diào)節(jié)洪峰等良好功能[1-2]。汛期如何確保河道防洪安全，合理調(diào)蓄雨洪資源，盡可能多的攔蓄上游來水，實(shí)現(xiàn)洪水的風(fēng)險(xiǎn)管理[3]，是橡膠壩調(diào)度需解決的主要技術(shù)問題，也是工程管理的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文以灤河遷安市段7座橡膠壩群為例，提出橡膠壩調(diào)度與洪水利用的相應(yīng)關(guān)系。

一、橡膠壩概況

遷安市位于河北省唐山市東北部。灤河干流上段是遷安市最大的過境河流，境內(nèi)全長53km，河道縱坡約為1‰。灤河遷安上游段建有潘家口、大黑汀兩座大型水庫。2003年以來，遷安市對(duì)灤河河道進(jìn)行了綜合治理，先后實(shí)施了左、右岸堤防及7座橡膠壩等多項(xiàng)工程。7座橡膠壩自下而上分別為4號(hào)橡膠壩、燕山橡膠壩、右支3號(hào)橡膠壩、左支3號(hào)橡膠壩、右支2號(hào)橡膠壩、左支2號(hào)橡膠壩、1號(hào)橡膠壩。由于7座橡膠壩均修建在行洪主河道上，因此其調(diào)度運(yùn)用將對(duì)河道行洪、橡膠壩自身安全、縣城防洪安全、下游河道行洪安全產(chǎn)生影響，同時(shí)也關(guān)系到雨洪資源利用、河道景觀等問題。

根據(jù)橡膠壩出廠技術(shù)指標(biāo)，長期過流情況下，橡膠壩壩上安全溢流水深一般為0.2m。根據(jù)《橡膠壩技術(shù)規(guī)范》（SL227-98）及各地經(jīng)驗(yàn)，短時(shí)間洪水不會(huì)造成橡膠壩袋發(fā)生振動(dòng)。但長期溢流會(huì)造成磨損破裂，降低壩袋運(yùn)行壽命，影響橡膠壩安全。因此，橡膠壩壩頂不宜長時(shí)間過流，但允許短時(shí)間洪水過流。

二、橡膠壩調(diào)度影響分析

將橡膠壩分割的各河段蓄水工程視為一個(gè)調(diào)蓄水庫，根據(jù)水位－蓄水量關(guān)系、水位－泄量關(guān)系，按照串并聯(lián)水庫對(duì)蓄水橡膠壩進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算，由于橡膠壩沿程河段較短，不考慮橡膠壩之間的洪水傳播時(shí)間。橡膠壩泄洪能力按堰頂出流考慮，在非汛期泄流期間不考慮上游洪水匯入，在汛期按照設(shè)計(jì)洪水過程考慮上游洪水匯入。

調(diào)節(jié)計(jì)算分析了同時(shí)塌壩、依次塌壩（逐個(gè)橡膠壩依次從下游至上游依次錯(cuò)時(shí)塌壩）等多種方案。根據(jù)橡膠壩所配機(jī)電設(shè)備能力和盡量縮短塌壩時(shí)間的要求，各橡膠壩塌壩時(shí)間取120分鐘。為保證橡膠壩的安全和避免發(fā)生洪水漫溢，塌壩順序必須按自下而上進(jìn)行操作，且上游壩塌壩時(shí)間不應(yīng)早于下游壩。

對(duì)7座橡膠壩滿庫運(yùn)行同時(shí)塌壩、依次滯后塌壩方案的進(jìn)行泄流分析，隨著塌壩滯時(shí)的增加，由塌壩所形成的最大洪峰流量逐漸減小，洪峰逐漸變緩，洪峰位置逐步后移，空庫歷時(shí)則逐漸加長。橡膠壩滿庫運(yùn)行情況下，灤河遷安段4號(hào)橡膠壩下游位置洪峰到達(dá)時(shí)間最短，洪峰呈現(xiàn)“瘦高”的形態(tài)，形成洪峰流量最大，約為5588m3/s，小于灤河遷安段河道治理標(biāo)準(zhǔn)20年一遇的設(shè)計(jì)流量13818m3/s。因此，灤河遷安段橡膠壩在滿庫運(yùn)行時(shí)同時(shí)塌壩不會(huì)對(duì)遷安縣城及灤河下游造成防洪威脅。

對(duì)7座橡膠壩半庫運(yùn)行同時(shí)塌壩方案進(jìn)行泄流分析，橡膠壩半庫運(yùn)行同時(shí)塌壩情況下，灤河遷安段4號(hào)橡膠壩下游位置洪峰流量為2484m3/s，遠(yuǎn)小于灤河遷安段河道治理標(biāo)準(zhǔn)，不會(huì)對(duì)遷安縣城及灤河下游造成防洪威脅。

三、橡膠壩塌壩洪水與上游來水疊加后的洪水過程分析

7座橡膠壩的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)均為20年一遇，對(duì)橡膠壩過流能力進(jìn)行復(fù)核。

在滿庫運(yùn)行工況下，當(dāng)水位達(dá)到設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，1號(hào)、2號(hào)（含左支2號(hào)、右支2號(hào)）、3號(hào)（含左支3號(hào)、右支3號(hào)）、燕山、4號(hào)橡膠壩過流能力分別為3424m3/s，1883m3/s、5563m3/s、7621m3/s、9278m3/s。在半庫運(yùn)行工況下，當(dāng)水位達(dá)到設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，各號(hào)橡膠壩過流能力分別為5218m3/s、7130m3/s、11640m3/s、11478m3/s、13624m3/s。

灤河遷安段洪水由大黑汀水庫以上洪水和大遷區(qū)間設(shè)計(jì)洪水兩部分組成，并由桑園站進(jìn)行控制。根據(jù)桑園站20年一遇設(shè)計(jì)洪水的成果，最大泄量出現(xiàn)在45h，相對(duì)于橡膠壩的最大塌壩時(shí)間2h，是可提前預(yù)報(bào)塌壩時(shí)機(jī)的。結(jié)合橡膠壩的泄流能力分析計(jì)算成果，確定橡膠壩滿庫運(yùn)行時(shí)，當(dāng)桑園站流量達(dá)到1285m3/s，此時(shí)發(fā)出預(yù)報(bào)，7座橡膠壩開始同時(shí)塌壩；橡膠壩半庫運(yùn)行時(shí)，當(dāng)桑園站流量達(dá)到5198m3/s，此時(shí)發(fā)出預(yù)報(bào)，7座橡膠壩開始同時(shí)塌壩。通過對(duì)比可知，橡膠壩半庫運(yùn)行時(shí)的預(yù)警時(shí)間比滿庫運(yùn)行時(shí)的預(yù)警時(shí)間推后12h。

在滿庫運(yùn)行的情況下，當(dāng)桑園站流量達(dá)到1200m3/s，發(fā)出預(yù)警，7座橡膠壩同時(shí)塌壩，塌壩時(shí)間為2h，洪水與蓄水遭遇洪水過程線出現(xiàn)兩個(gè)洪峰，第一次洪峰出現(xiàn)在第11h，橡膠壩完全塌壩時(shí)，下泄流量為7526m3/s；之后是設(shè)計(jì)洪水洪峰13818m3/s，塌壩洪水洪峰不會(huì)與設(shè)計(jì)洪水洪峰遭遇。因此，在橡膠壩滿庫運(yùn)用時(shí)同時(shí)塌壩洪水與設(shè)計(jì)洪水遭遇不會(huì)對(duì)遷安縣城及灤河下游造成防洪威脅。在半庫運(yùn)行的情況下，當(dāng)桑園站流量達(dá)到5000m3/s，發(fā)出預(yù)警，7座橡膠壩同時(shí)塌壩，塌壩時(shí)間為1h，洪水與蓄水遭遇洪水過程線出現(xiàn)兩個(gè)洪峰，第一次洪峰出現(xiàn)在第22h，橡膠壩完全塌壩時(shí)，下泄流量為7680m3/s；之后是設(shè)計(jì)洪水洪峰13818m3/s，塌壩洪水洪峰不會(huì)與設(shè)計(jì)洪水洪峰遭遇。因此，在橡膠壩半庫運(yùn)用時(shí)同時(shí)塌壩洪水與設(shè)計(jì)洪水遭遇不會(huì)對(duì)遷安縣城及灤河下游造成防洪威脅。

四、橡膠壩調(diào)度影響

在非汛期，灤河遷安段7座橡膠壩滿庫運(yùn)行和半庫運(yùn)行時(shí)，橡膠壩同時(shí)塌壩、依此塌壩等不同工況下，塌壩所形成的洪水均小于灤河遷安段河道治理標(biāo)準(zhǔn)。因此，非汛期的橡膠壩塌壩不會(huì)對(duì)遷安市城區(qū)及下游造成防洪威脅。在汛期，灤河遷安段7座橡膠壩滿庫運(yùn)行和半庫運(yùn)行時(shí)，同時(shí)塌壩，橡膠壩泄流洪水和上游設(shè)計(jì)洪水的洪峰均不會(huì)出現(xiàn)疊加情況，洪水主峰仍是灤河設(shè)計(jì)洪水洪峰，滿足灤河遷安段河道治理標(biāo)準(zhǔn)。因此不會(huì)對(duì)遷安市城區(qū)及下游造成防洪威脅。

五、結(jié)束語

經(jīng)過對(duì)灤河遷安段7座橡膠壩調(diào)度影響分析可知，橡膠壩在汛期可滿庫運(yùn)行，當(dāng)上游桑園站流量達(dá)到1200m3/s，橡膠壩實(shí)行半庫運(yùn)行，當(dāng)上游桑園站流量持續(xù)上漲達(dá)到5000m3/s，橡膠壩完全塌壩運(yùn)行。通過蓄泄交替有序調(diào)節(jié)洪峰流量，減輕下游防洪壓力及損失，并實(shí)現(xiàn)水體交換，改善水質(zhì)，充分利用洪水資源，滿足景觀生態(tài)用水與防洪保安的合理需求。

[1]李宏軍，楊佳棟.城市河流生態(tài)景觀與橡膠壩設(shè)計(jì)運(yùn)用探討[J]水利建設(shè)與管理,2014（5）：27-30.

[2] 邢廣軍.城市河道橡膠壩建設(shè)及其對(duì)防洪的影響分析[J].中國水利,2009(10):25-26.

[3]鄂竟平.論控制洪水向洪水管理轉(zhuǎn)變[J].中國水利，2004（8）：15-21.