橡膠壩調節能力的研究

楊春普

（遼寧江河水利水電新技術設計研究院，遼寧沈陽 110003）

橡膠壩調節能力的研究

楊春普

（遼寧江河水利水電新技術設計研究院，遼寧沈陽 110003）

本文通過對遼河毓寶臺橡膠壩工程的設計分析，得出橡膠壩自身調節能力有限，壩袋頻繁塌落既影響橡膠壩的使用年限，又無法保證蓄水水面高程。通過工程實例的研究分析，增加調節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，從而為北方季節河性河流生態景觀蓄水橡膠壩工程設計提供依據。

橡膠壩；調節能力；景觀水面；生態景觀

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、發電防洪、城市景觀、美化等工程。特別是城區景觀園林工程，采用彩色壩袋，造型優美，線條流暢，可為城市建設增添一道優美的風景。

依據橡膠壩設計規范橡膠壩泄洪能力，可按堰流基本公式計算：

式中：Q——過壩流量，m3/s；B——溢流斷面的平均寬度，m；h0——計人行近流速水頭的堰頂水頭，m；m——流量系數；σ——淹沒系數，可取寬頂堰的試驗數據；ε—堰流側收縮系數，與邊界條件有關。

為避免壩袋頻繁起落，設計允許壩頂在一定水深范圍內溢流，溢流水深控制在壩袋共振區內運行。根據省內多數橡膠壩實際運行經驗可以控制在0.3 m以內，當溢流水深超此限，須坍壩泄洪。根據該公式計算單寬50 m橡膠壩壩頂溢流0.3 m，泄洪流量為17.3 m3/s，自身調節能力很小。

北方河流季節性明顯，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行，只有非汛期正常運行。因此，橡膠壩設計過程中應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生態抗旱蓄水改造工程為例，介紹工程設計通過調節閘的方式增加了橡膠壩的調節能力，使其在非汛期長期運行，避免塌壩運行。

1 項目建設背景

遼河毓寶臺橡膠壩位于遼寧省新民市近郊，遼河干流中部，北臨遼河毓寶臺大橋，周邊方巾牛村為新農村示范村。近年來，伴隨著對遼河沿線綜合生態治理的逐步深入，作為遼寧省打造三帶（生態帶、旅游帶、城鎮帶）的重要試點，毓寶臺大橋橋區上下游5 km范圍內大堤間的土地進行全面封育，封育面積達11 km2。2011年，遼河毓寶臺橡膠壩即毓寶臺生態抗旱臨時蓄水工程建成后，在其上下游沿線相繼實施了多項生態濕地治理工程，包括在上游建成了毓寶臺生態示范區、毓寶臺生態綠化工程、下游付家窩堡排干濕地工程、102線橋下濕地（生態島）工程。橋區上下游均形成了大面積的景觀生態濕地。毓寶臺橡膠壩壩底板高程22.81 m，壩長119 m，壩高2.5 m，回水長度約3.65 km，由攔河橡膠壩、管理房等組成。毓寶臺橡膠壩地區作為整個景觀生態濕地的核心節點，其濕地規模也應相應增大，以更加充分地發揮生態濕地改變水環境的作用，進而實現對水質改善的持久性。因此，此次改造工程最終目的就是擴大濕地面積。

2 項目建設任務

毓寶臺地區濕地面積的擴建，首先需要現狀橡膠壩在非汛期長時間處在擋水狀態，提供穩定的蓄水位，進而為濕地提供充足的水源。分析現狀毓寶臺橡膠壩的規模：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年的實際運行情況來看，在非汛期橡膠壩塌壩的次數過于頻繁，不能一直提供穩定的水位，不能滿足對濕地的長時間供水，又縮短了橡膠壩壩袋使用年限，主要原因是橡膠壩自身調節能力有限；3）現在橡膠壩高度為2.5 m，從現在左岸地勢上看，現狀橡膠壩擋水高程基本能夠滿足給濕地供水。

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

3 合理性分析

由于毓寶臺資料較短，因此采用了上游巨流河站實測流量資料作為設計參考。通過統計巨流河水文站實測流量資料，多年平均徑流量為31.1億m3，年內徑流分配不均，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表1。

表1 多年實測平均流量分月成果表 m3/s

橡膠壩設計過流能力壩頂水深為30 cm，改造后調節閘處在擋水狀態，橡膠壩和鋼壩閘頂共同溢流，設計過流能力為70.5 m3/s。當溢流流量短時間超過設計過流能力時，橡膠壩可以繼續運行；當溢流流量長時間超過設計流量，或橡膠壩溢流流量大于極限流量時，此時為了防止橡膠壩壩袋因壓力過大而損壞，則需關閉鋼壩閘進行調節，保持橡膠壩處在運行的狀態。

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。當橡膠壩壩上溢流水深為0.3 m，鋼壩閘處于完全泄水狀態，此時為橡膠壩不用塌壩的極限狀態，該狀態下鋼壩閘起到的調節能力為最大。此時橡膠壩過流量為67.5 m3/s，鋼壩閘過流量為98.8 m3/s，共同過流能力為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，因此說明此次改造工程的建設規模是合理的。橡膠壩通過鋼壩閘的調節后，可以在非汛期處在長時間運行狀態，既減少了塌壩的次數，延長橡膠壩袋的壽命，又最大程度發揮了其生態蓄水的作用。如果流量大于166.3 m3/s時，則需塌壩運行。如果實際流量在70.5～166.3 m3/s之間的情況下，可以調節鋼壩閘的不同開啟度進行調節流量，來保證上游的生態水面面積。

4 結語

通過對已建工程分析得出結論，橡膠壩自身調節能力有限，壩上溢流水深超高0.3 m，即需要塌壩運行，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。本文提出增加調節閘，通過調節閘靈活啟閉的特點，來調節橡膠壩壩頂溢流深度，使壩頂溢流水深控制在0.3 m以下，長時間處于擋水狀態，減少塌壩次數，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［J］.天津大學學報，1995（6）.

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

［3］姚澤永.壩閘在城市用水及景觀建設中的優勢［J］.水利科技與經濟，2010（10）.

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2016-03-21