不同防滲效果下橡膠壩工程需水量分析計(jì)算

高 源

(遼寧省葠窩水庫(kù)管理局有限責(zé)任公司，遼寧 遼陽(yáng) 111000)

根據(jù)建平縣城總體規(guī)劃，城區(qū)段河道綜合治理工程需在第二牤牛河上建設(shè)橡膠壩工程，設(shè)計(jì)采用充水式橡膠壩，共建設(shè)14座，其中在山口河葉柏壽西橋下游修建1座、山口河匯河口下游第二牤牛河上修建1座、2號(hào)橋下游第二牤牛河上修建5座、6#橡膠壩和二道漠河匯河口間修建4座、二道漠河匯河口下游修建1座、二道漠河修建2座。橡膠壩建成后，在城區(qū)段可形成景觀水面，水面面積約為80.84萬(wàn)m2。橡膠壩工程蓄水后，運(yùn)行期間所需補(bǔ)水量為蒸發(fā)滲漏損失量、維持水質(zhì)換水量[1-5]。而對(duì)于運(yùn)行期間滲漏損失量是補(bǔ)水量多少的關(guān)鍵，鋪設(shè)防滲的材質(zhì)質(zhì)量、運(yùn)行管理及維護(hù)等對(duì)滲漏量的大小起著決定性因素，為此本文中考慮施工防滲質(zhì)量，計(jì)算了理論、實(shí)際兩種情況下橡膠壩工程所需補(bǔ)水量，為橡膠壩工程運(yùn)行期間水量循環(huán)補(bǔ)充提供有效指導(dǎo)。

1 運(yùn)行方式

結(jié)合北方特點(diǎn)，橡膠壩工程蓄水后，補(bǔ)水時(shí)間確定為5月初至10月末[6-7]，其他月份不需補(bǔ)水，為了維持橡膠壩蓄水水質(zhì)清潔，在6月、8月、10月進(jìn)行集中換水，共3次。根據(jù)《建平縣城區(qū)段綜合治理工程項(xiàng)目建議書》，在汛期，當(dāng)橡膠壩溢流水深達(dá)到0.3m以上，需塌壩泄洪，見(jiàn)表1。

2 工程蓄水量計(jì)算

根據(jù)橡膠壩形成的回水面積、回水長(zhǎng)度，分別對(duì)山口河及山口河匯河口、人民公園1號(hào)橋和2號(hào)橋之間、6#橡膠壩至二道漠河匯河口、二道漠河等四處橡膠壩工程進(jìn)行蓄水量計(jì)算。

(1)山口河、山口河匯河口。山口河匯河口修建2座橡膠壩，回水至葉柏壽西橋，形成連續(xù)水面，回水長(zhǎng)度609.00m，回水面積109672.64m2，蓄水量102768.54m3。

(2)人民公園1號(hào)橋和2號(hào)橋之間。人民公園1號(hào)橋和2號(hào)橋之間修建5座橡膠壩，回水至1號(hào)橋，形成連續(xù)水面，回水長(zhǎng)度2092.74m，回水面積336720.38m2，蓄水量501333.53m3。

(3)6#橡膠壩至二道漠河匯河口。6#橡膠壩至二道漠河匯河口修建5座橡膠壩，回水至6#橡膠壩，形成連續(xù)水面，回水長(zhǎng)度1950.00m，回水面積339817.86m2，蓄水量521705.29m3。

(4)二道漠河。二道漠河修建2座橡膠壩，回水至萬(wàn)壽大橋，形成連續(xù)水面，回水長(zhǎng)度892.00m，回水面積22169.33m2，蓄水量152085.66m3。

經(jīng)計(jì)算，橡膠壩工程總蓄水量127.8萬(wàn)m3。

3 橡膠壩工程運(yùn)行期補(bǔ)水量計(jì)算

3.1 維持水質(zhì)換水量

為保障橡膠壩工程蓄水后水質(zhì)清潔，在運(yùn)行期間集中換水3次，分別在6月、8月、10月，每次換水量按照蓄水量的20%考慮[8]，即每次換水量為25萬(wàn)m3，總共換水量75萬(wàn)m3。

表1 橡膠壩特性表

3.2 損失水量

3.2.1 滲漏損失量

本工程河道防滲設(shè)計(jì)采用500g復(fù)合土工膜，材料為聚乙烯土工膜，二布一膜。參照SL 18—2004《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》中渠道滲漏損失量計(jì)算規(guī)范進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下[9]：

(1)

本工程河道平均濕周148.16m，橡膠壩形成水面回水長(zhǎng)度5.57km。理論情況下，保證施工防滲質(zhì)量好，本次土工膜滲透系數(shù)取10-7cm/s，即土工膜滲漏量0.00864m3/(m2·d)，經(jīng)計(jì)算滲漏損失流量為0.083m3/s，日滲漏量0.71萬(wàn)m3，運(yùn)行過(guò)程總滲漏損失水量131.2萬(wàn)m3。

考慮施工防滲質(zhì)量因素，參照SL 18—2004中“5.2.2渠道防滲結(jié)構(gòu)的允許最大滲漏量及適用條件”，埋鋪式膜料允許最大滲漏量0.04～0.08m3/(m2·d)。本工程防滲比渠道防滲質(zhì)量要求高，采用上述允許最大滲漏量是偏大的。綜合考慮國(guó)內(nèi)橡膠壩工程的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)效果，滲透系數(shù)在1～2cm/d，與實(shí)際是比較接近的，當(dāng)施工防滲質(zhì)量良好時(shí)，滲透系數(shù)取1cm/d，當(dāng)施工防滲質(zhì)量一般時(shí)，滲透系數(shù)取2cm/d。

考慮施工防滲質(zhì)量，本工程按滲透系數(shù)1cm/d和2cm/d兩種情況分別進(jìn)行計(jì)算，即土工膜滲漏量0.01～0.02m3/(m2·d)，經(jīng)計(jì)算滲漏損失流量為0.096～0.192m3/s，日滲漏量0.83萬(wàn)～1.66萬(wàn)m3，運(yùn)行過(guò)程總滲漏損失水量151.9萬(wàn)～303.8萬(wàn)m3，即施工防滲質(zhì)量良好者取小值，質(zhì)量一般者取大值，見(jiàn)表2。

根據(jù)上述兩種情況的計(jì)算，理論情況下，保證施工防滲質(zhì)量好，日滲漏量0.71萬(wàn)m3，運(yùn)行過(guò)程滲漏損失水量131.2萬(wàn)m3。

實(shí)際情況下，考慮施工防滲質(zhì)量因素，日滲漏量0.83萬(wàn)～1.66萬(wàn)m3，運(yùn)行過(guò)程滲漏損失水量151.9萬(wàn)～303.8萬(wàn)m3，即施工防滲質(zhì)量良好時(shí)，滲漏損失水量151.9萬(wàn)m3，施工防滲質(zhì)量一般時(shí)，滲漏損失水量303.8萬(wàn)m3。

3.2.2 蒸發(fā)損失量

橡膠壩蓄水后形成的水面總面積為80.84萬(wàn)m2，根據(jù)《遼寧省水資源》[10]，在1956—2000年水面蒸發(fā)量(E601)等值線圖查得，本工程區(qū)域平均水面蒸發(fā)量為1080mm。采用葉柏壽蒸發(fā)站1980—2000年平均水面蒸發(fā)量月分配比例，計(jì)算本工程區(qū)月分配水面蒸發(fā)量，見(jiàn)表3。

經(jīng)計(jì)算，橡膠壩蓄滿水形成水面后，橡膠壩運(yùn)行過(guò)程蒸發(fā)損失量為64.1萬(wàn)m3。

3.2.3 損失量計(jì)算

理論情況下，蒸發(fā)滲漏損失量共計(jì)195.3萬(wàn)m3。實(shí)際情況下，蒸發(fā)滲漏損失量共計(jì)216萬(wàn)～367.9萬(wàn)m3。損失水量逐月分配結(jié)果見(jiàn)表4。

表2 實(shí)際情況下滲漏量計(jì)算成果表

表3 蒸發(fā)損失量月分配

表4橡膠壩工程滲漏、蒸發(fā)損失水量統(tǒng)計(jì)表

單位：萬(wàn)m3

3.3 所需補(bǔ)水量

橡膠壩工程初次蓄水后，蓄水量127.79萬(wàn)m3。在橡膠壩工程運(yùn)行期間所需補(bǔ)水量為換水量和損失量，理論情況下所需補(bǔ)水量為270.3萬(wàn)m3，實(shí)際情況下所需補(bǔ)水量為291萬(wàn)～442.9萬(wàn)m3，即施工防滲質(zhì)量良好者取小值，質(zhì)量一般者取大值，見(jiàn)表5。

表5橡膠壩工程所需補(bǔ)水量統(tǒng)計(jì)表

單位：萬(wàn)m3

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)橡膠壩進(jìn)行所需補(bǔ)水量分析與計(jì)算，確定了理論、實(shí)際兩種情況下需要補(bǔ)充的水量，包括蒸發(fā)滲漏損失量與維持水質(zhì)換水量，基本能夠作為橡膠壩運(yùn)行期間所需補(bǔ)水量要求。為了持續(xù)保持水面，必須確保滲漏損失量在規(guī)定的范圍內(nèi)，建議在施工期間確保河道防滲復(fù)合土工膜質(zhì)量、施工過(guò)程質(zhì)量合格、膜與膜之間焊接要達(dá)到質(zhì)量要求，另外橡膠壩工程建設(shè)完畢后，以一處橡膠壩作為蓄水試驗(yàn)，驗(yàn)證橡膠壩運(yùn)行過(guò)程漏失程度，并逐段開展橡膠壩工程的蓄水。