大型多跨橡膠壩充排水系統優化設計

胡大明 李盼盼

大型多跨橡膠壩充排水系統優化設計

胡大明 李盼盼

一、引言

近年來隨著城市景觀的需要，在城市河道修建了很多橡膠壩，不但改善了水生態環境，提高了城市景觀，并且還能兼顧發電、供水及旅游等，橡膠壩的應用越來越多。某些城市河道寬度較寬，但由于技術及工藝等原因，橡膠壩袋單跨長度一般不超過100m，僅靠一跨或兩跨橡膠壩難以滿足工程需要，大型多跨橡膠壩應運而生。大型多跨橡膠壩跨數多、容量大，充排水系統設計復雜，但由于大型多跨橡膠壩工程實例較少，目前可借鑒的地方不多。本文以高橋灣水利樞紐工程橡膠壩充排水系統設計為例，對大型多跨橡膠壩充排水系統設計進行總結。

二、高橋灣水利樞紐工程概況

高橋灣水利樞紐工程橡膠壩單跨長度70m，8跨總長度560m，是淮河流域內較長的多跨橡膠壩之一，其充排水系統復雜。高橋灣水利樞紐工程位于安徽省霍山縣城北側、淮河支流東淠河干流上佛子嶺水庫壩下約19km處，是以攔蓄環境水、改善水生態環境為主，結合發電及旅游等的綜合利用工程。從左岸至右岸布置依次為橡膠壩、分流島、控制閘和發電站廠房。發電站廠房內布置有2臺1300kW的貫流式機組。橡膠壩共8跨，每跨長70m，壩袋總長560m，壩袋高度3.1m，內壓比1.4，排水時間2.5h，充水時間4h，上游正常蓄水位65.60m。

三、充排水系統優化設計

1.取水口設計

在橡膠壩設計中，取水口泥沙淤積是影響橡膠壩取水、運行的重大問題。該工程在取水口設計時，充分利用控制閘的調節和沖砂作用，將取水口布置在分流島外側靠近控制閘前端處，將取水口中的喇叭口高程抬高，預留出泥沙淤積的空間，平時運行時泥沙雖有淤積，但不影響運行，當泥沙淤積至一定高度，開啟控制閘，利用通過控制閘的高速水流將淤積的泥沙沖走，保證了取水口運行的穩定。

2.充排水動力設備選型設計

橡膠壩充排水系統使用水泵作為充壩、坍壩的動力設備，水泵選型的合理性是橡膠壩工程正常運行的關鍵。充壩時水泵的凈揚程為正值，而坍壩時水泵的凈揚程為負值，因此水泵選型時應充分考慮水泵在不同工況下凈揚程對水泵選型的影響，合理計算確定水泵的揚程及范圍，使選定的水泵運行在正常工況點范圍內。本工程橡膠壩充、排水總量大，根據防洪調度要求需2.5h坍壩，根據景觀及運行要求4h充壩，故水泵選型時應充分考慮充、排水時間和水量的差異性，并應準確計算水頭損失，與凈揚程合理組合，確定水泵的工作揚程。已建成的相似規模工程通常采用充、排分離的做法，即根據充、排水時間，分別選擇充水泵和排水泵，以適應不同的工況要求，此方法運行操作簡便，但由于采用兩套不同設備，機電及相應電氣設備數量多、投資大。筆者通過分析計算，發現排水時水泵流量大但揚程低，充水時水泵流量小但揚程高，通過調節管路布置、抬高排水管出口高程等措施，可以使充水泵與排水泵采用同一型號的水泵；并且通過合理布置，在僅增加一個蝶閥的情況下，充水與排水設備共用，減少了設備數量，減少了機電及電氣設備投資，使設備更加集中，便于運行管理。本工程設置5臺水泵，水泵工作方式4用1備，水泵運行的工況范圍見表1。

表1 水泵運行工況范圍表

經過調試、運行，橡膠壩充壩時間為3h，坍壩時間為2.5h，水泵揚程范圍為8～12m，與理論計算的結果基本吻合。

3.應急排水管路的設置

本工程位于山區河道，在規定時間內及時坍壩對工程的安全起著至關重要的作用。除了充排水系統設置備用水泵、供電時設置柴油發電機組作為備用電源等措施外，在分流島靠近橡膠壩側設置應急管路與橡膠壩底板內管路相連接，管路出口與消力池聯通，通過分流島內的閥門控制管路的運行。在惡劣氣象條件下，當供電線路出現故障，柴油發電機組亦不能正常工作時，可打開自排管閥門，并通過應急排水管路加速壩袋的自排，在最短時間內最大限度地降低壩袋高度，減少橡膠壩對洪水下泄的影響。

四、結語

大型多跨橡膠壩充排水系統相對復雜，應根據工程實際情況從取水口設計、充排水動力設備選型設計、管路布置等多個方面進行統籌考慮、優化設計，使充排水系統做到經濟、合理、安全

（作者單位：中水淮河規劃設計研究有限公司 230000 蚌埠市水利勘測設計院 233000）