充氣橡膠壩在紅星水電站的應用

何海華

龍門縣水利水電勘測設計室，廣東 惠州 516800

1 工程簡介

紅星水電站位于龍門縣藍田鄉北面的紅星村馬池塘處，為引水式河床電站。電站水系隸屬增江主要支流的藍田河水的倒流水，壩址以上集雨面積為65km2。本工程為利用原有灌溉攔河壩攔水，沿左岸開挖85m長引水渠引水發電，電站廠房設置在壩址下游左岸的布置形式。經實地勘測和水文水利計算，充分論證電站效益與淹沒賠償，提出提高蓄水水位1m以提高發電水頭，增加發電效益的方案。并經過技術經濟、運行管理等綜合評價，確定采用充氣橡膠壩。因此建成了龍門縣第一座充氣橡膠壩。

2 橡膠壩形式的確定

我國首座橡膠壩建成至今已逾40年，這期間，每一座橡膠壩的建成并投入運行，均在不斷地重復驗證它的廣泛適用性及其節省三材、造價低、結構簡單、施工期短，以及跨度大、不阻水、自重輕和抗震性好等諸多優點。

龍門縣在2007年以前興建了4座橡膠壩，均為充水橡膠壩。其中三座運用于水利發電，一座運用于旅游項目，運用于水利發電的有兩座是在原有砌石壩的基礎上加充水橡膠壩形式。通過對這4座充水橡膠壩建成后運行管理的調查研究，普遍存在充排水時間長、運行成本高等問題，特別是汛期超標準洪水來臨，由于橡膠壩排水塌壩時間長，導致洪水回涌上游，發生淹沒賠償等上訪問題。

針對龍門縣已建橡膠壩在建設過程中、實際運行管理的基本情況，結合紅星水電站實際，分析設計采用橡膠壩的形式。

紅星水電站引水壩是對原砌石壩進行加固后，為提高發電水頭，增加發電效益，同時兼顧上游的淹沒賠償，考慮提高蓄水水位1m，進行改建工程。該工程可借鑒的經驗在龍門縣有3宗，一宗是在原砌石壩上加水力自控翻板閘，兩宗是在原砌石壩上加充水橡膠壩。由于提高水位只有1m，在原砌石壩上加水力自控翻板閘可否決，現在要考慮的是橡膠壩的形式。龍門縣兩宗在原砌石壩上加充水橡膠壩的電站都是為了提高發電水頭，增加發電效益而在后來加裝的，運行已有十幾年，下面結合紅星水電站實際，對充水橡膠壩和充氣橡膠壩的特點進行比較。

2.1 土建工程

滿足充水橡膠壩的順水流基礎底板寬度為3.5m，而充氣橡膠壩僅要求為2.7m，充氣的基礎底板寬度要比充水橡膠壩節省23%；在壩袋的錨固方面，充水橡膠壩需壩面上下游、兩端壩頭錨固，而充氣橡膠壩為單錨系統，只需上游、兩端壩頭錨固，下游無需錨固。這樣，在基礎的投資和工程施工時間上，充氣橡膠壩比充水橡膠壩較優越。

2.2 壩袋、充排系統

充水橡膠壩的壩袋造價較充氣橡膠壩的低，且充水橡膠壩可任意調整水頭，而充氣橡膠壩必須在設定的水頭下運行，但充水橡膠壩的安裝較充氣橡膠壩復雜；充水橡膠壩必須設置集水井抽水，它的充水泵房受水泵揚程影響，不能根據實際地形設置，往往還要考慮洪水的影響，相應的會增加投資。充氣橡膠壩獨有的帶脊的應用，有效增強壩體的橫向張力，解決充氣運行過程中的振動問題；充氣橡膠壩采用充氣自動調壓裝置，可在風機停止充氣時給充氣橡膠壩袋內氣體保壓，在橡膠壩袋受過流水位上漲而壩袋內氣體壓力增加時，通過調壓密封蓋板將氣體泄放，以避免超壓使橡膠壩袋破壞。

2.3 運行管理

充氣橡膠壩的運行管理較簡單，自動化的充氣排系統，通過液位傳感器和壓力傳感器傳出的信號，自動調節壩體高度和充氣壓力，完全實現自動化管理；其在運行過程中的突出優勢就是充排氣時間短，比充水橡膠壩節省2/3的時間，特別是塌壩迅速及時，滿足汛期防汛搶險的快速反應，對于小型水電站在管理不到位的情況下尤其適用，避免塌壩不及時，造成上游淹沒賠償問題。

充氣橡膠壩塌壩后阻水效果比充水橡膠壩較好。充排設備的維護，充水橡膠壩在運行維護方面受地下潮濕影響易銹蝕，充氣橡膠壩就不存在這個問題。充氣橡膠壩上的帶脊在溢流狀態下運行，可形成均勻瀑布形狀，從而提升橡膠壩工程的景觀效果。

綜合以上充氣橡膠壩和充水橡膠壩特點的比照，最后確定紅星水電站采用充氣橡膠壩。

3 工程完成運用效果

紅星水電站已投產運行3年多，基本達到原設計要求。但充氣橡膠壩也存在著一定的不足。諸如氣體壓縮的不均勻性導致壩袋塌壩出現凹口，泄洪時水流相對集中，對下游河道沖刷較強，這就要充分考慮壩后消能的形式，以滿足壩體安全運行的要求。

4 體會

通過對紅星水電站充氣橡膠壩設計選型，體會到橡膠壩在小型工程的應用上的許多優點。但對于山區河流，尤其是修建橫跨河道的橡膠壩不一定就適宜。山區河流坡降陡，洪水暴漲暴落，洪流夾雜著塊石、泥沙，并攜帶各種大小樹木，極易造成橡膠壩袋的磨損破壞；同時對于已建橡膠壩工程，運行管理人員應該知道排水（氣）塌壩的時間，在汛期加強管理，以免因塌壩不及時，造成上游淹沒損失。在此，筆者認為，對于山區河流或者水土流失較嚴重的河流，修建攔河壩時，應綜合考慮各種因素選擇壩型，以使工程的效益最大化。

5 結論

近年隨著新型充氣橡膠壩技術的發展和我國城市用水、景觀建設及環境整治的需要，充氣橡膠壩得到更廣泛的運用，并發揮著越來越重要的作用。

當然，充氣橡膠壩也存在著一定不足。諸如氣體壓縮的不均勻性易導致出現凹口；壩袋的合成橡膠材料易風化等，但這些技術問題隨著我國充氣橡膠壩生產技術的逐步提升，其所存在的相對不足也將迎刃而解。

[1]何海華，黃敬森，陳勇杰，等.龍門縣藍田鄉紅星水電站初步設計報告[R].龍門：龍門縣水利水電勘測設計室，2007.

[2]SL227-98，橡膠壩技術規范[S].

[3]高本虎.橡膠壩工程技術指南[M].中國水利水電出版社，2004.

[4]中國水利，2007，16（586）.