盤錦市曙光橋橡膠壩蓄水能力分析

杜 濤

(盤錦市水利服務中心遼河閘管理中心，遼寧 盤錦 124000)

1 流域概況

1.1 自然地理概況

曙光橋橡膠壩位于遼河盤錦城市段范圍內，上游有盤海營高速公路橋、中華路橋、鐵路橋、盤錦大橋、盤山橋等多座橋梁跨越遼河。工程建成后將增加城市水面，與葦海蟹田風景區、鼎翔生態旅游度假區、濱湖公園等構成盤錦市遼河旅游觀光帶。橡膠壩位于曙光橋下游405m處，壩址上下游河道順直、河槽居中，平面形態較穩定，壩址位于感潮河段內。

1.2 水文測站與水文資料

橡膠壩位于曙光橋下游405m處，距離盤山水文站較近，區間無較大支流匯入。橡膠壩壩址處最大組合流量可直接采用盤山水文站成果，考慮到橡膠壩位于感潮河段內，設計年最高高潮位采用三道溝站成果，見表1。據分析，石佛寺以下干流洪水與下游支流洪水不遭遇，考慮到工程安全，橡膠壩址處汛前及汛后設計洪峰采用石佛寺站成果，見表2。

1.3 年徑流量分析

大氣降水時遼河中下游徑流補給的主要來源，因此在年內分配、年際變化、地區分布上徑流與降水基本一致。借鑒1954-2004年統計數據，遼河徑流豐枯變化較大，干流通江口、鐵嶺、巨流河三座水文站歷年天然徑流量最大分別為5650×106m3、9470×106m3、11120×106m3。歷年徑流量最小分別為262×106m3、707×106m3、805×106m3，年最大與年最小徑流量的比值達到21.6、13.4、13.8。年內年徑流量分配也極不均勻，7、8月份徑流量基本都占到全年總量的50%以上，各控制站年徑流分配情況如表3。

表1 石佛寺水庫洪峰和盤山站組合流量

2 橡膠壩工程設計

2.1 防洪標準

修建橡膠壩主要是為了在遼河非汛期攔蓄河水，在河槽內形成穩定的生態水面，以改善河道生態環境，即滿足生態需要，不承擔防洪、灌溉等傳統攔蓄工程的任務[1]。旅游船閘工程修建在灘地上，為生態旅游船閘，當發生洪水時游船上岸，船閘全部開啟，宣泄洪水，可加大橡膠壩斷面的泄洪能力。因此，橡膠壩和旅游船閘作為河道內的生態工程建筑物，與遼河其他防洪工程相比，其標準宜低不宜高[2]。

表2 分期設計洪水成果表

表3 遼河多年平均年徑流量年內分配表

2.2 橡膠壩壩長度

修建橡膠壩工程的主要目的是為了在遼河非汛期攔蓄河水，在河槽內形成穩定的生態水面，以改善河道生態環境。

L24斷面主槽寬160m，L25斷面主槽寬190m。為了盡量降低橡膠壩工程對河勢的影響，根據《遼河干流河道生態建設實施方案》提出的主河槽建壩原則，確定橡膠壩長度為200m。

2.3 橡膠壩底板高程

盤山閘(L51)-河口(L1)段長64.4km，為感潮河段。平均河寬在230-780m之間，河床比降0.07‰，河槽屬窄深型。

曙光橋橡膠壩位于遼河大斷面L24和L25之間，在L25斷面下游230m。該段河道順直、水流較平順，河寬在1300m左右，河槽屬窄深型，L24-L26斷面間最深河底高程在-2.52m到-2.94m間，深度達4m以上，L22至L26斷面見縱斷面如圖1，各斷面特性見表4。

遼河屬于北方多泥沙河流，上游支流柳河來沙較多。橡膠壩位于遼河下游遼河口的感潮段，由于上游徑流量減少、潮流量減小和潮波變形等因素引起的閘下水力條件和輸沙條件改變，促使盤山閘下河道呈現淤積態勢。為最大限度地減少建壩后對河道淤積的影響，盡可能滿足泄洪要求，避免人為抬高河底，形成永久性高坎[3,4]。經過上下游斷面最深河底線比較分析，根據《遼河干流河道生態建設實施方案》提出的原則，避免對河道行洪及自然演變造成不利影響，橡膠壩底板設計高程依據現狀河道最深點高程確定，因此選定橡膠壩底板高程為-2.60m。

表4 各斷面特性表

圖1 L22-L26縱斷面圖

盤山閘以下河段淤積的泥沙主要是來源于海相的潮流泥沙。閘下河道與河口間泥沙的中值粒徑大多在0.02-0.03mm間，基本無推移質，泥沙對橡膠壩壩帶的影響較小，橡膠壩底板高程依據現狀河道最深點高程確定是可以的。

2.4 壩頂高程確定

1)防洪安全要求。在《遼河干流河道生態建設實施方案》中明確提出了橡膠壩的設計原則，為了減小對防洪安全的影響，橡膠壩設計壩頂高程應低于現狀灘唇[5]。曙光橋-盤山閘下現狀灘面高程在2.14-3.42m之間，L27斷面以上灘面高程均高于2.6m以上。按此要求，橡膠壩壩頂高程應低于2.6m。

2)回水長度要求。。根據規劃要求，要確保上游橋梁上下游形成水面。L25斷面距盤山閘下距離18.7km，經計算需要壅水高度1.20m。盤錦市曙光橋橡膠壩位于遼河口的感潮段。根據營口站潮位資料分析，1-5月份多年平均高潮位為1.21m。按此計算，橡膠壩壩頂高程應不低于2.41m。

綜合上述原因，選定橡膠壩壩頂高程為2.4m，橡膠壩壩高為5m。橡膠壩回水長度18.7km，水面面積3.37km2。

3 橡膠壩蓄水能力

3.1 泄流能力計算

1)橡膠壩溢流能力計算。根據《橡膠壩技術規范》相關要求，控制壩上溢流水深不超過0.3m，并利用下式計算不同壩高條件下的泄流量，即：

(1)

式中：Q為過壩流量，m3/s；δ為淹沒系數，δ=1；ε為淹流側收縮系數，ε=1.0；B為泄流壩寬，取B=198m；h0為計入行近流速的堰頂水頭；m為流量系數，利用下式計算：

(2)

式中：H0為壩袋內壓水頭；H為運行時壩袋充脹的實際壩高；h1、h2為壩上游和下游水深。橡膠壩溢流能力計算結果見表5。

表5 主橡膠壩溢流水位與流量關系

2)橡膠壩泄流能力計算。當壩上水深超過0.3m時，橡膠壩坍壩開始泄洪，視作寬頂堰，泄流量按下列公式計算[6]：

(3)

式中：m取0.35，計算結果見表6，滿足河道泄洪要求。

表6 橡膠壩壩址水位與泄量

3.2 蓄水能力分析

橡膠壩運行方式為：春季河道解凍后后開始蓄水，汛前塌壩檢修，主汛期塌壩運行，汛后再次檢修，檢修后開始蓄水至年終。根據橡膠壩運行方式，橡膠壩年運行最小蓄水量包括春季蓄水庫容，汛后二次蓄水，以及蒸發滲透的損失水量。經計算橡膠壩年蓄水量為2847萬m3，見表7。

六間房(朱家房)站現有1951-2004年實測資料，1974年遼河自福德店以下大型水庫先后建成。因此，采用1974-2004年共31年連續實測水量資料進行橡膠壩入庫水量的簡單分析，六間房站實測年徑流量保證率如表8。

表7 橡膠壩蓄水分析表

表8 六間房站實測年徑流量保證率成果表

遼河流域年徑流量的年內分配極不均勻，從多年平均徑流量年內分配來看，六間房站6-9月份徑流量基本占到全年徑流總量的73.2%，非汛期徑流量僅占26.8%。保證率P=95%年份的年徑流量394×106m3，非汛期水量大致為105.6×106m3。橡膠壩年蓄水量為2847萬m3，僅占非汛期水量的27.0%。從六間房實測水量來看，可基本滿足橡膠壩的蓄水需求(以上分析未考慮下游灌區的用水需求)。如發生極端缺水條件，利用上游清河、柴河、南城子、榛子嶺等水庫進行生態供水，也能夠滿足橡膠壩的正常蓄水要求[8-10]。

3.3 橡膠壩的建成影響

1)對兩岸浸沒影響。該橡膠壩為主槽橡膠壩，設計壩頂高程低于現狀灘唇，正常蓄水位較現狀水位僅抬高1.2m，較多年平均高潮位僅高0.59m。濱海蘆葦鹽土濕地分布于遼河兩側，濱岸地帶局部有淺水洼地，地表潮濕，潮溝密布甚至成沼澤，蘆葦叢生，因此對兩岸不會產生浸沒影響。盤錦市在中華路大橋附近修建了三處灘地公園，公園內有部分林地高程低于橡膠壩壩頂高程0.5m左右，不會產生太大的浸沒問題[11]。

2)對河道淤積的影響。橡膠壩采用主槽建壩方案，壩高與低灘高程相近，壩寬與原河道一致，壩底板高程與原河道最深河底高程基本一致，汛期發生洪水時塌壩運行，不會造成來自橡膠壩上游陸相泥沙的顯著淤積。曙光橋的位置處在過渡段中，距河口約45km。雖然本次設計采用主槽建壩方案，對過流斷面影響較小，但由于橡膠壩蓄水將引起潮流量減小和潮波的顯著變形，將加重海相泥沙的淤積[12]。

3)對防洪的影響分析。由于橡膠壩的壩高與低灘高程相近，汛期發生洪水時塌壩運行，不會造成壅水，與建壩前河道天然河道泄洪基本一致，也未改變河槽水流流態，不會對河道橫向自然演變造成不利影響[13]。

4 結 語

1)攔河橡膠壩具有管理方便、施工簡單、成本造價低等優勢，在城區園林美化工程中具有廣泛的應用前景。經計算，盤錦市曙光橋橡膠壩年運行最小蓄水量為2847萬m3，主要包括春季蓄水庫容，汛后二次蓄水，以及蒸發滲透的損失水量。從六間房實測水量來看，可基本滿足橡膠壩的蓄水需求，如發生極端缺水條件，利用上游清河、柴河、南城子、榛子嶺等水庫進行生態供水，也能夠滿足橡膠壩的正常蓄水要求。

2)由于橡膠壩蓄水將引起潮流量減小和潮波的顯著變形，將加重海相泥沙的淤積。因此，在為了保證本段及上游的防洪安全和維持橡膠壩的正常運行，應嚴密觀測橡膠壩上下游河段的淤積情況，如發生淤積必須及時進行人工清淤至設計斷面，以確保行洪斷面的暢通。