橡胶坝工程布置及消能设计

刘 锐，谭立清，王立明

(1.辽宁省水利水电勘测设计研究院，沈阳110006;2.辽宁润中供水有限责任公司，沈阳110179)

1 设计依据

根据《水闸设计规范》SD265－2001规定，本工程防洪标准为50 a一遇，工程级别为3级，建筑物级别为3级建筑物，本区地震烈度为7度。

1.1 水位与泄量

水位与泄量关系见表1。

表1 橡胶坝坝址水位与泄量

1.2 坝下游水位与流量关系

橡胶坝下游水位与流量关系见表2。

表2 坝下游水位与流量关系

2 橡胶坝工程总布置

根据该河道环境综合整治的要求，在左右防洪堤之间修建橡胶坝工程，以形成壅水水面。达到改善河流的自然景观的目的，同时可对该河流进行开发利用、美化亮化，还碧水蓝天，秀城市景色。使整个工程成为一道亮丽的风景线。

2.1 坝址确定

根据河道综合整治的要求，充分考虑河道自然条件、河道汛期的泄洪要求、人工湖运用的水深要求及壅水回水影响范围等因素，确定橡胶坝的规模以满足规划要求。

橡胶坝坝址位置要求河道相对比较顺直、水流流态平稳，岸坡相对稳定，这样不仅可以避免发生波状水跃和折冲水流、防止有害的冲刷和淤积，而且使过坝水流平稳，减轻坝袋振动及磨损，延长坝袋寿命。并且根据尽量不改变河道比降的原则，回水影响范围末端水深均满足>0.7 m的要求。

2.2 橡胶坝底板高程的确定

为防止推移质泥沙随水流卷入坝袋底部从而增加坝袋的磨损，在坍坝泄洪时，坝袋被泥沙覆盖，管理维修困难，因此，在满足泄洪断面的情况下，除了检修坝段坝底板高程与主河道高程相同，其余坝段坝底板高程比河道高程抬高了0.5 m。据此，橡胶坝检修坝段坝底板高程71.20 m，其余坝段坝底板高程71.70 m。

2.3 坝长、坝高的确定

2.3.1 坝长的确定

根据城市河道防洪规划报告所述，橡胶坝坝址所在位置的河槽宽476 m，为满足坍坝时河道设计行洪要求，确定橡胶坝坝长476 m。

2.3.2 坝高的确定

依据城市整体规划，在河道上修建拦河坝以形成一片人工水域，满足开发旅游、美化环境、改善自然景观的要求。按照水深要求及参照类似工程，湖水最小水深应≥0.7 m。结合地面高程，确定橡胶坝坝顶高程为73.70 m。

2.4 坍坝水位的确定

橡胶坝坝址所在位置的河槽深度均>4.0 m，考虑正常运行及一定的超高使溢流水位不漫过堤防，确定最大水深达到0.5 m时坍坝。

2.5 橡胶坝工程布置

橡胶坝工程布置见图1、图2。

3 橡胶坝消能设计

3.1 坝袋充胀介质方案选择

橡胶坝坝袋充胀介质的选择应综合考虑坝区自然条件，遵循管理运用方便、经济实用的原则，橡胶坝坝型采用充水式。

3.2 溢流能力计算

为防止橡胶坝袋在共振区运行，根据规范坝上溢流水深控制在0.3 m，依据《橡胶坝技术规范》(SL227－98)在不同坝高时的泄流量按下列公式计算:

式中:Q为过坝流量，m3/s;δ为淹没系数，δ=1.0;ε为淹流侧收缩系数，ε=1.0;B为泄流坝宽;h0为计入行近流速的堰顶水头。

流量系数m的计算公式为:

式中:H0为坝袋内压水头;H为运行时坝袋充胀的实际坝高;h1为坝上游水深;h2为坝下游水深。

橡胶坝溢流能力计算结果见表3。

表3 橡胶坝坝址上游水位与最大溢流量

3.3 消能防冲设计

3.3.1 控制工况选定

当河道流量较大时，橡胶坝处于坍坝状态，建在河道上的橡胶坝，一般采用底流消能，随着橡胶坝坍坝，若上游水位不变，流量随橡胶坝落而增大，下游水深也逐渐升高，按(hc″－ht)为最大值的工况进行下游消能防冲计算。

3.3.2 橡胶坝消力池计算

经计算，橡胶坝坝袋单孔坍坝时，(hc″－ht)为最大值。计算成果见表4。

表4 橡胶坝消力池计算成果表

图1 橡胶坝平面布置图

图2 橡胶坝剖面布置图

根据表4中成果，橡胶坝消力池深度取0.7 m，消力池长度取12.0 m。

4 结论

橡胶坝具有不妨碍河道行洪，充放自如的优点，而且橡胶坝建成后，相当于一座小水库，其湿地效应十分明显，可提高地下水位，减少城市漏斗化，在一定程度上增加了空气湿度，防止沙尘，净化空气，调节昼夜温差，释放负氧离子，改善当地气候质量，加强生物多样性的良性发展。同时还可发展水上娱乐及水产养殖项目，为发展当地经济奠定坚实的基础，具有较好的生态效益和社会效益。

[1]杨国兴，潘为军，徐彦峰.略论闸坝消能防冲设施的改善[J].黑龙江水利科技，2000，28(3):72 －74.