橡膠壩調度與洪水利用

楊松　李可任　姚慧敏

【摘 要】橡膠壩廣泛應用在河道防洪生態綜合治理工程中，汛期如何確保河道防洪安全，合理調蓄雨洪資源，是橡膠壩調度需解決的主要技術問題，也是工程管理的重點和難點。結合遷安市7座橡膠壩，通過調度影響分析，得出了不同塌壩方案下的洪水過程，提出了橡膠壩調度運用條件，在保證防洪安全的前提下充分利用了雨洪資源。

【關鍵詞】橡膠壩；調度；洪水利用

近年來，橡膠壩做為河道防洪生態綜合治理工程的首選結構形式，廣泛應用于規劃設計及工程建設中，其具有營造生態水面，塑造濱水景觀，臨時攔蓄洪水，有序調節洪峰等良好功能[1-2]。汛期如何確保河道防洪安全，合理調蓄雨洪資源，盡可能多的攔蓄上游來水，實現洪水的風險管理[3]，是橡膠壩調度需解決的主要技術問題，也是工程管理的重點和難點。本文以灤河遷安市段7座橡膠壩群為例，提出橡膠壩調度與洪水利用的相應關系。

一、橡膠壩概況

遷安市位于河北省唐山市東北部。灤河干流上段是遷安市最大的過境河流，境內全長53km，河道縱坡約為1‰。灤河遷安上游段建有潘家口、大黑汀兩座大型水庫。2003年以來，遷安市對灤河河道進行了綜合治理，先后實施了左、右岸堤防及7座橡膠壩等多項工程。7座橡膠壩自下而上分別為4號橡膠壩、燕山橡膠壩、右支3號橡膠壩、左支3號橡膠壩、右支2號橡膠壩、左支2號橡膠壩、1號橡膠壩。由于7座橡膠壩均修建在行洪主河道上，因此其調度運用將對河道行洪、橡膠壩自身安全、縣城防洪安全、下游河道行洪安全產生影響，同時也關系到雨洪資源利用、河道景觀等問題。

根據橡膠壩出廠技術指標，長期過流情況下，橡膠壩壩上安全溢流水深一般為0.2m。根據《橡膠壩技術規范》（SL227-98）及各地經驗，短時間洪水不會造成橡膠壩袋發生振動。但長期溢流會造成磨損破裂，降低壩袋運行壽命，影響橡膠壩安全。因此，橡膠壩壩頂不宜長時間過流，但允許短時間洪水過流。

二、橡膠壩調度影響分析

將橡膠壩分割的各河段蓄水工程視為一個調蓄水庫，根據水位-蓄水量關系、水位-泄量關系，按照串并聯水庫對蓄水橡膠壩進行調節計算，由于橡膠壩沿程河段較短，不考慮橡膠壩之間的洪水傳播時間。橡膠壩泄洪能力按堰頂出流考慮，在非汛期泄流期間不考慮上游洪水匯入，在汛期按照設計洪水過程考慮上游洪水匯入。

調節計算分析了同時塌壩、依次塌壩（逐個橡膠壩依次從下游至上游依次錯時塌壩）等多種方案。根據橡膠壩所配機電設備能力和盡量縮短塌壩時間的要求，各橡膠壩塌壩時間取120分鐘。為保證橡膠壩的安全和避免發生洪水漫溢，塌壩順序必須按自下而上進行操作，且上游壩塌壩時間不應早于下游壩。

對7座橡膠壩滿庫運行同時塌壩、依次滯后塌壩方案的進行泄流分析，隨著塌壩滯時的增加，由塌壩所形成的最大洪峰流量逐漸減小，洪峰逐漸變緩，洪峰位置逐步后移，空庫歷時則逐漸加長。橡膠壩滿庫運行情況下，灤河遷安段4號橡膠壩下游位置洪峰到達時間最短，洪峰呈現“瘦高”的形態，形成洪峰流量最大，約為5588m3/s，小于灤河遷安段河道治理標準20年一遇的設計流量13818m3/s。因此，灤河遷安段橡膠壩在滿庫運行時同時塌壩不會對遷安縣城及灤河下游造成防洪威脅。

對7座橡膠壩半庫運行同時塌壩方案進行泄流分析，橡膠壩半庫運行同時塌壩情況下，灤河遷安段4號橡膠壩下游位置洪峰流量為2484m3/s，遠小于灤河遷安段河道治理標準，不會對遷安縣城及灤河下游造成防洪威脅。

三、橡膠壩塌壩洪水與上游來水疊加后的洪水過程分析

7座橡膠壩的設計標準均為20年一遇，對橡膠壩過流能力進行復核。

在滿庫運行工況下，當水位達到設計洪水位時，1號、2號（含左支2號、右支2號）、3號（含左支3號、右支3號）、燕山、4號橡膠壩過流能力分別為3424m3/s，1883m3/s、5563m3/s、7621m3/s、9278m3/s。在半庫運行工況下，當水位達到設計洪水位時，各號橡膠壩過流能力分別為5218m3/s、7130m3/s、11640m3/s、11478m3/s、13624m3/s。

灤河遷安段洪水由大黑汀水庫以上洪水和大遷區間設計洪水兩部分組成，并由桑園站進行控制。根據桑園站20年一遇設計洪水的成果，最大泄量出現在45h，相對于橡膠壩的最大塌壩時間2h，是可提前預報塌壩時機的。結合橡膠壩的泄流能力分析計算成果，確定橡膠壩滿庫運行時，當桑園站流量達到1285m3/s，此時發出預報，7座橡膠壩開始同時塌壩；橡膠壩半庫運行時，當桑園站流量達到5198m3/s，此時發出預報，7座橡膠壩開始同時塌壩。通過對比可知，橡膠壩半庫運行時的預警時間比滿庫運行時的預警時間推后12h。

在滿庫運行的情況下，當桑園站流量達到1200m3/s，發出預警，7座橡膠壩同時塌壩，塌壩時間為2h，洪水與蓄水遭遇洪水過程線出現兩個洪峰，第一次洪峰出現在第11h，橡膠壩完全塌壩時，下泄流量為7526m3/s；之后是設計洪水洪峰13818m3/s，塌壩洪水洪峰不會與設計洪水洪峰遭遇。因此，在橡膠壩滿庫運用時同時塌壩洪水與設計洪水遭遇不會對遷安縣城及灤河下游造成防洪威脅。在半庫運行的情況下，當桑園站流量達到5000m3/s，發出預警，7座橡膠壩同時塌壩，塌壩時間為1h，洪水與蓄水遭遇洪水過程線出現兩個洪峰，第一次洪峰出現在第22h，橡膠壩完全塌壩時，下泄流量為7680m3/s；之后是設計洪水洪峰13818m3/s，塌壩洪水洪峰不會與設計洪水洪峰遭遇。因此，在橡膠壩半庫運用時同時塌壩洪水與設計洪水遭遇不會對遷安縣城及灤河下游造成防洪威脅。

四、橡膠壩調度影響

在非汛期，灤河遷安段7座橡膠壩滿庫運行和半庫運行時，橡膠壩同時塌壩、依此塌壩等不同工況下，塌壩所形成的洪水均小于灤河遷安段河道治理標準。因此，非汛期的橡膠壩塌壩不會對遷安市城區及下游造成防洪威脅。在汛期，灤河遷安段7座橡膠壩滿庫運行和半庫運行時，同時塌壩，橡膠壩泄流洪水和上游設計洪水的洪峰均不會出現疊加情況，洪水主峰仍是灤河設計洪水洪峰，滿足灤河遷安段河道治理標準。因此不會對遷安市城區及下游造成防洪威脅。

五、結束語

經過對灤河遷安段7座橡膠壩調度影響分析可知，橡膠壩在汛期可滿庫運行，當上游桑園站流量達到1200m3/s，橡膠壩實行半庫運行，當上游桑園站流量持續上漲達到5000m3/s，橡膠壩完全塌壩運行。通過蓄泄交替有序調節洪峰流量，減輕下游防洪壓力及損失，并實現水體交換，改善水質，充分利用洪水資源，滿足景觀生態用水與防洪保安的合理需求。

參考文獻：

[1]李宏軍，楊佳棟.城市河流生態景觀與橡膠壩設計運用探討[J]水利建設與管理，2014（5）：27-30.

[2] 邢廣軍.城市河道橡膠壩建設及其對防洪的影響分析[J].中國水利，2009（10）：25-26.

[3]鄂竟平.論控制洪水向洪水管理轉變[J].中國水利，2004（8）：15-21.