南洋河天鎮(zhèn)段蓄水工程調(diào)度問(wèn)題探析

趙小明

（新絳縣水利局，山西 新絳 043100）

1 工程概況

南洋河屬海河流域永定河水系，發(fā)源于陽(yáng)高縣下深井鄉(xiāng)豐稔山村，始稱張官屯河，出張官屯村后稱為白登河，繼續(xù)流經(jīng)大白登鎮(zhèn)、獅子屯鄉(xiāng)，于三十里鋪鄉(xiāng)玉蘭堡村進(jìn)入天鎮(zhèn)縣境內(nèi)，至二十里鋪村后稱為南洋河。南洋河在天鎮(zhèn)縣境內(nèi)繼續(xù)流經(jīng)南河堡鄉(xiāng)、玉泉鎮(zhèn)、逯家灣鎮(zhèn)，于永嘉堡村東出境入河北省懷安縣，到懷安縣與西洋河匯合后注入洋河，河長(zhǎng)134 km，流域面積3 904 km2。天鎮(zhèn)縣境內(nèi)，南洋河主要支流有黑水河和三沙河。

南洋河天鎮(zhèn)縣核心區(qū)生態(tài)修復(fù)工程，西起新洋河大橋上游約750 m，東至舊馬走路南洋河大橋向下游0.6 km，全長(zhǎng)3.9 km。蓄水段采用北岸蓄水，南岸行洪的分槽蓄水方案包括4座壅水壩和一座管理站，4座蓄水壩蓄水總長(zhǎng)度3.3 km，蓄水總量69萬(wàn)m3，蓄水總面積46.2萬(wàn)m2，防洪標(biāo)準(zhǔn)20年一遇。

2 蓄水壩工程及過(guò)流能力計(jì)算

2.1 蓄水壩工程

1號(hào)蓄水壩位于天走路南洋河大橋（新建洋河橋）上游470 m處，包括主壩和副壩兩部分，為液壓桿后支撐式鋼閘門(mén)壩，由單向可折疊鋼閘門(mén)壩、電源和控制系統(tǒng)組成。主壩設(shè)計(jì)壩高2.5 m，壩體面板數(shù)量為12扇，每扇長(zhǎng)11.5 m，總長(zhǎng)138 m，中間無(wú)隔墩，每扇閘門(mén)同時(shí)起落。1號(hào)副壩壩長(zhǎng)69 m，設(shè)計(jì)壩高2.5 m，壩體面板數(shù)量為6扇，每扇長(zhǎng)11.5 m，總長(zhǎng)69 m，中間無(wú)隔墩，每扇閘門(mén)同時(shí)起落。蓄水面積約16萬(wàn)m2，蓄水量約21萬(wàn)m3。

2號(hào)蓄水壩位于1號(hào)壩下游1 045 m處，由擋水壩、電源、控制系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和水源組成。擋水壩為雙錨固充水式橡膠壩，壩高2.5 m，壩長(zhǎng)140 m，壩袋上設(shè)超壓溢流管。壩體充水容積1 330 m3，壩體充水壓力0.11 MPa。充水與排水共用一套管路系統(tǒng)，采用動(dòng)力充排，蓄水面積約10萬(wàn)m2，蓄水量約16萬(wàn)m3。

3號(hào)蓄水壩位于2號(hào)壩下游1 097 m處，由擋水壩、電源、控制系統(tǒng)組成。3號(hào)蓄水壩為液壓鋼壩，設(shè)計(jì)壩高2.5 m，由3扇壩體面板組成，單扇門(mén)寬43.5 m，閘墩4 m，總寬138.5 m，凈寬130.5 m。采用底軸式鋼壩閘門(mén)，壩的液壓油缸，位于岸邊的閘室和中墩內(nèi)。蓄水面積約10萬(wàn)m2，蓄水量約16萬(wàn)m3。

4號(hào)蓄水壩位于3號(hào)壩下游1 140 m處，由擋水壩、電源、控制系統(tǒng)組成。4號(hào)蓄水擋水壩為重型“馬勒里式”活動(dòng)液壓鋼壩閘門(mén)，設(shè)計(jì)壩高2.5 m，總長(zhǎng)131 m，壩體面板共13扇，其中中間一扇長(zhǎng)11 m，兩側(cè)各6扇，每扇長(zhǎng)10 m。蓄水面積約10萬(wàn)m2，蓄水量約16 萬(wàn) m3。

2.2 壅水閘壩過(guò)流能力

本段河道現(xiàn)有1座橡膠壩和新建3座液壓鋼壩，塌壩后底檻高0.2 m。蓄水壩在啟閉過(guò)程中，壩頂高程是變化的，壩前水位也是變化的，因此應(yīng)計(jì)算不同壩高的堰上水深—泄量關(guān)系。鋼壩閘在開(kāi)啟部分閘門(mén)情況下，側(cè)收縮系數(shù)小于1；當(dāng)壩頂較低、流量較大時(shí)，因?yàn)橄掠嗡惠^高，可能形成淹沒(méi)出流。計(jì)算中應(yīng)考慮淹沒(méi)出流和側(cè)收縮系數(shù)的影響。壅水塌壩后的過(guò)流能力計(jì)算，采用堰流流量計(jì)算公式：

式中：σs——淹沒(méi)系數(shù)，自由出流，取1.0；

σc——側(cè)收縮系數(shù)，無(wú)收縮，取1.0；

m——自由溢流的流量系數(shù)，取0.385；

n——閘孔孔數(shù)；

b——每孔凈寬，m；

H0——包括行進(jìn)流速水頭的堰前水頭，m。

計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)實(shí)際堰高不低于1 m時(shí)，基本不會(huì)形成淹沒(méi)出流；1號(hào)主壩和4號(hào)壩在開(kāi)啟孔數(shù)不大于2孔時(shí)，基本上可以看作是自由出流。

河道遭遇20年一遇設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，塌壩運(yùn)行，最大壅水高度為0.09 m，滿足防洪要求。

3 壅水閘壩運(yùn)行調(diào)度條件

3.1 設(shè)計(jì)調(diào)度方案

當(dāng)正常蓄水時(shí)，4座壩均立壩運(yùn)行；當(dāng)蓄水池補(bǔ)換水時(shí)，清水渠液壓鋼壩單扇或多扇低壩或塌壩沖沙。當(dāng)上游日常來(lái)水的水質(zhì)較差時(shí)，1號(hào)副壩低壩運(yùn)行，由渾水渠下泄來(lái)水，避免污染清水渠。

與當(dāng)?shù)厥姓芾聿块T(mén)建立聯(lián)系，及時(shí)了解縣城內(nèi)暴雨、污水排泄情況，在防汛調(diào)度過(guò)程中要充分考慮縣城排澇、排污壓力，在治理段壩址處設(shè)立水尺，并與當(dāng)?shù)胤姥床块T(mén)建立聯(lián)系，汛期及時(shí)通報(bào)水位。

當(dāng)上游河道的正常水深不大于0.8 m（即發(fā)生200 m3/s以下洪水）時(shí)，渾水渠1號(hào)副壩，塌壩泄洪、排沙，清水渠各壩立壩擋水；當(dāng)上游河道的正常水深大于0.8 m、小于1.2 m時(shí)，4座壩均半塌壩運(yùn)行；當(dāng)上游河道的正常水深大于1.2 m時(shí)，4座壩均塌壩運(yùn)行，全河道敞泄洪水，確保行洪安全，防止泥沙淤積。

冬季運(yùn)行時(shí)，要求塌壩運(yùn)行或者破冰運(yùn)行，防止冰層對(duì)壩體形成破壞。破冰時(shí)先降低壩面高度0.5 m，再將壩面升起破碎冰層后，降壩排出冰凌，從而保護(hù)壩體不被冰層損壞。

在實(shí)際調(diào)度運(yùn)行過(guò)程中，完善調(diào)度運(yùn)行規(guī)程，編制防汛搶險(xiǎn)應(yīng)急預(yù)案，以應(yīng)對(duì)超標(biāo)準(zhǔn)洪水。

3.2 蓄水壩泄空條件

2號(hào)橡膠壩以2.5 m壩高開(kāi)始泄流，60 min完全塌壩的情況下，在30 min左右達(dá)到最大流量94.4 m3/s，相應(yīng)最大堰上水深0.46 m；如果30 min完全塌壩，最大流量179 m3/s將出現(xiàn)在20 min時(shí)刻，相應(yīng)堰上水深0.7 m。如果起始?jí)胃邽?.5 m，塌壩時(shí)長(zhǎng)60 min，則最大流量40.5 m3/s，出現(xiàn)時(shí)間在22 min，堰上最大水深0.26m。為保證橡膠壩的安全運(yùn)行，應(yīng)以起始?jí)胃?.5m，60 min完全塌壩運(yùn)行。

其他蓄水壩起始?jí)胃?.5 m，10 min操作完成啟閉時(shí)，最大泄量約470 m3/s，出現(xiàn)時(shí)間為蓄水壩全開(kāi)之時(shí)，堰上最大水深約1.4 m；如果5 min操作完成，最大流量680 m3/s，堰上最大水深1.87 m。如果起始?jí)胃?.5m，10min操作完成啟閉時(shí)，最大泄量190m3/s，出現(xiàn)時(shí)間為蓄水壩全開(kāi)之時(shí)，堰上最大水深約0.75 m；如果5 min操作完成，最大流量308 m3/s，堰上最大水深約1.1 m。綜合考慮泄洪安全和4座壩泄空時(shí)間要求，推薦起始?jí)胃?.5 m、5 min操作完成的調(diào)度方案。

3.3 預(yù)警系統(tǒng)

孤峰山水庫(kù)壩址位于1號(hào)壩上游15 km處，該河道中、小洪水的流速小于3.0 m，因此從水庫(kù)開(kāi)始泄洪算起，達(dá)到1號(hào)壩位置1.3 h。水庫(kù)控制流域內(nèi)有3個(gè)雨量站可以預(yù)警。各蓄水壩之間相距約1 km，水流傳播時(shí)間 5～6 min。

4 壅水閘壩運(yùn)行調(diào)度

4.1 基本調(diào)度方案

工程操作調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)與縣防汛報(bào)訊系統(tǒng)對(duì)接，及時(shí)接收上游水庫(kù)和流域內(nèi)雨量站的報(bào)訊信息。4座閘壩的調(diào)度運(yùn)行方案，需要考慮沖沙及下游河道行洪要求。4座閘壩的開(kāi)啟順序?yàn)樽韵掠蜗蛏嫌我来伍_(kāi)閘。

4.2 調(diào)度方案

汛期為每年6月1日—9月30日。南洋河天鎮(zhèn)縣核心區(qū)生態(tài)修復(fù)工程雍水閘壩汛期調(diào)度應(yīng)與上游雨量站實(shí)測(cè)雨量相結(jié)合。汛期調(diào)度應(yīng)與孤峰山水庫(kù)洪水調(diào)度為重要的預(yù)警措施。流域內(nèi)實(shí)時(shí)雨量滿足判別條件（見(jiàn)表1）中的任一指標(biāo)，即觸發(fā)以雨量調(diào)度的條件，應(yīng)進(jìn)行開(kāi)啟閘壩的操作。

表1 工程洪水標(biāo)準(zhǔn)判別條件表

當(dāng)上游實(shí)時(shí)暴雨達(dá)到5年一遇標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，南洋河天鎮(zhèn)縣核心區(qū)生態(tài)修復(fù)工程雍水閘壩工程進(jìn)入警戒狀態(tài)，開(kāi)閘泄洪，各壩段蓄水深度保持在設(shè)計(jì)值的1/2。

當(dāng)上游實(shí)時(shí)暴雨達(dá)到10年一遇標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，南洋河天鎮(zhèn)縣核心區(qū)生態(tài)修復(fù)工程雍水閘壩工程進(jìn)入緊急狀態(tài)，開(kāi)閘泄洪，各壩段蓄水深度保持在設(shè)計(jì)值的1/3。

當(dāng)上游實(shí)時(shí)暴雨達(dá)到20年一遇標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，達(dá)到核心區(qū)生態(tài)修復(fù)工程的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，各壩段閘壩全部開(kāi)啟。

當(dāng)上游實(shí)時(shí)暴雨超過(guò)20年一遇標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，工程進(jìn)入緊急狀態(tài)，啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案。

4.3 預(yù)警調(diào)度

進(jìn)入主汛期（7月1日—8月31日），4座蓄水壩，應(yīng)降低1 m蓄水運(yùn)行，保持壩高1.5 m。

當(dāng)孤峰山水庫(kù)開(kāi)始泄洪或上游預(yù)警時(shí)，開(kāi)啟4號(hào)蓄水壩，所有13孔閘門(mén)同時(shí)、同步操作，完全啟閉時(shí)間按5 min計(jì)算，每15 s開(kāi)啟5°。同時(shí)按同樣的方式開(kāi)啟1號(hào)副壩。第6 min開(kāi)啟3號(hào)蓄水壩，3孔閘門(mén)同時(shí)、同步操作，完全啟閉時(shí)間按5 min計(jì)算，每15 s開(kāi)啟5°。第12 min，橡膠壩開(kāi)始塌壩，按60 min完全塌放操作。第55 min，開(kāi)啟1號(hào)主壩，12孔閘門(mén)同時(shí)、同步操作，完全啟閉時(shí)間按5 min計(jì)算，每15 s開(kāi)啟5°。

5 結(jié)語(yǔ)

安全調(diào)度工作是建立在閘壩、河渠良性運(yùn)行基礎(chǔ)上的。因此，一要加強(qiáng)河道清障工作，制定巡視和檢查制度，發(fā)現(xiàn)河道內(nèi)有阻礙行洪、危及河道安全的垃圾等障礙物時(shí)，由管理處組織人員依法排除，確保河道行洪通暢。二是日常檢查、定期檢查和特別檢查要有書(shū)面報(bào)告；針對(duì)檢查中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)處理。三是當(dāng)判斷設(shè)備需檢修時(shí)，或相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)備說(shuō)明書(shū)中規(guī)定了設(shè)備檢修的周期和內(nèi)容時(shí)，應(yīng)及時(shí)向相關(guān)管理部門(mén)提出檢修申請(qǐng)。