武烈河橡胶坝群汛期调度方案研究

周政民

（承德市武烈河河道与橡胶坝管理处，河北 承德 067000）

武烈河橡胶坝群汛期调度方案研究

周政民

（承德市武烈河河道与橡胶坝管理处，河北 承德 067000）

橡胶坝群是多个橡胶坝工程的组合，承德市从1989年起，在武烈河上相继建成了12道橡胶坝工程，形成了全国最大的橡胶坝群。如何做好橡胶坝群的安全调度，使其充分发挥效益，是工程目前面临的一个新课题。作者通过橡胶坝群多年运行管理，提出了对汛期橡胶坝群采取动态控制和生态调度的方法，解决了橡胶坝群在汛期调度中遇到的问题。

橡胶坝群；综合调度；动态控制；生态调度

1 提出问题

橡胶坝是一种新型水工建筑物，具有投资省、见效快、造型优美、规模宏大、生态、社会、环境效益显著等优点，被广泛应用于灌溉、发电、回灌地下水、防潮和城市河道生态景观治理中。橡胶坝群是多个梯级橡胶坝工程的组合，近几年，橡胶坝群在我国城市生态景观建设中显示了不可替代的作用。橡胶坝群的建成，促进了城市河道水生态景观建设及城市建设的发展，大大提高了城市品味。承德市从1989年开始在市区段武烈河上修建橡胶坝工程，目前已建成了12道梯级橡胶坝，形成12km长，水面面积240万m2的全国最大的梯级橡胶坝群。

橡胶坝群在汛期立坝运行管理中会遇到以下几个突出问题：

1.1 汛期立坝蓄水运行与城市整体防洪的矛盾

汛期一旦上游洪水来临，橡胶坝群要在短时间塌坝泄洪的问题就突显出来。武烈河是一条典型的山区河流，汛期洪湖水暴涨暴落且夹带大量泥沙，为保证橡胶坝工程安全度汛运行，一旦上游发生较大洪水，必须在洪水到来之前将坝袋塌平。如何在短时间内完成泄洪而又不造成坝袋振动，确保橡胶坝库区不落淤，这就形成了立坝蓄水与塌坝泄洪之间的矛盾。

1.2 立坝蓄水运行、塌坝运行与整体景观的矛盾

橡胶坝是一种低水头水工建筑物，我国橡胶坝高度一般在5m以下，受河道自然坡降和橡胶坝坝袋高度的控制，橡胶坝蓄水区域平均水深一般为1.5～2.5m,由于夏季日照阳光充足，这样的条件正好适合于微生物、藻类的生长。长时间立坝蓄水运行，库区水温逐渐升高，加快了水体富营养化。立坝时间越长，库区水生杂草繁殖越快，造成水体、水面污染。塌坝运行，河道滩地裸露在外面，杂乱无章，时间一长，又会滋生很多杂草，与周围景观显得很不协调，工程景观效益不能发挥。

如何解决上述矛盾，发挥工程的最大作用，是一项重要课题。因此，加强橡胶坝群的联合调度研究，合理确定不同橡胶坝群的蓄水和泄水过程，科学制定橡胶坝群蓄水时段和水位动态控制方案非常必要。

2 目标任务

根据橡胶坝群的功能和使用目的，橡胶坝群综合调度方案研究目标任务就是通过动态控制，探索橡胶坝工程汛期立坝如何安全度汛、安全运行。通过生态调度，探索橡胶坝工程汛期立坝兴利与生态如何协调统一。同时，制定橡胶坝群应急调度预案：①研究在汛期洪水到来之前，在最短的时间内，如何安全、快速地将橡胶坝坝袋坍平，选择最佳塌坝时间、塌坝间隔、塌坝次序、塌坝方式，从而达到橡胶坝群在短时间内塌坝泄空，保证上游洪水安全下泄；②研究汛期橡胶坝立坝最佳方案，确定科学合理的立坝、塌坝组合，通过生态调度，确保橡胶坝库区水面洁净，整体景观效益最大限度地发挥；③研究橡胶坝在遇到突发事件时应急调度方案。

目前橡胶坝群塌坝泄洪，主要采用逆序逐级塌坝方式，即在上游洪水到来之前，首先泄掉橡胶坝群最后一座坝的蓄水，然后开始泄其上一座橡胶坝的蓄水，直至最上一座橡胶坝水体全部泄完。这种塌坝泄洪方式时间较长，在上游洪水到来之前，不能满足将所有橡胶坝泄空、塌平，极易造成橡胶坝库区淤积或给橡胶坝的运行带来较大安全隐患。对库区内滋生的大量的水生杂草、青苔等主要依靠人力进行清除，费时、费力，又花费大量投资。

3 橡胶坝群调度目标原则

橡胶坝群作为城市水景观建设的一种新型组合水利工程，橡胶坝的数量越多，蓄水量越大，综合调度技术越复杂、难度越大。一旦一座橡胶坝坝袋发生破坏，突发的大流量泄水会危及下游橡胶坝的安全，乃至危及整个橡胶坝群的安全，所以从这一方面说，必须做到万无一失。

目前市区段已经建成12道橡胶坝，总蓄水量达300万m3，相当于一座小型水库，如果调度不当，发生坝袋撕裂事故，就会因为水的叠加作用，给下游的橡胶坝工程造成毁灭性的损坏，经济损失不可估量。武烈河是一条多发洪水的典型的山区河流，由于上游没有控制性拦蓄水工程，一到汛期，市区防洪任务非常艰巨。所以，各橡胶坝之间的科学调度、安全运行，对于保障市区行洪安全，保护各橡胶坝的安全至关重要。

橡胶坝群的综合运行调度必须与工程的运行管理统一起来。根据上述特点，确定了橡胶坝群调度原则：①上游来水经过橡胶坝库区时，橡胶坝库区不落淤；②塌坝泄水水流过坝时橡胶坝坝袋不发生振动，坝袋安全运行；③洪水到来之前坝袋全部塌平；④橡胶坝库区不滋生水生杂草，水质无污染，水面洁净。

根据武烈河橡胶坝群深浅槽布置形式，通过对武烈河洪水总量、泥沙资料及坝袋过水情况综合分析计算，确定武烈河橡胶坝群的控制运用原则：即上游来水清澈明亮，流量小于40m3/s立坝运行；上游来水大于40m3/s或来水浑浊，塌坝运行。

4 橡胶坝群汛期立坝组合形式

4.1 限蓄立坝组合

为保证工程安全度汛，汛期6月1日～9月30日，各橡胶坝汛期立坝高度采用设计坝高的80%蓄水，根据承德多年橡胶坝运行实际情况，各橡胶坝在放坝泄流时，即使上游放坝泄水造成洪水的叠加，橡胶坝袋也不会发生振动情况，能够保证安全泄流。

4.1.1 限蓄立坝组合的优点

（1）汛期上游来水，橡胶坝需要塌坝泄洪时，可以同时进行泄洪，坝袋放坝泄水时坝袋不发生振动，缩短了落坝时间。

（2）有利于汛期放坝运行调度，对橡胶坝塌坝行洪有利。

4.1.2 限蓄立坝组合的缺点

（1）由于达不到设计坝高，库区滩地不能全部覆盖，对整体景观环境有一定影响。

（2）长时间的立坝蓄水，库区内容易滋生水生微生物等，易诱发水华，加快水恶化及库区内的水生杂草、河道内藻类等微生物的繁殖，水面不洁净。

（3）长时间立坝蓄水，不利于工程的运行检修。

4.2 蓄泄交替动态控制立坝组合

即1、3、5、7、9、11道坝立坝蓄水运行，2、4、6、8、10、12道坝塌坝运行。橡胶坝蓄水、泄水实行动态控制，蓄水、泄水交换时间间隔以10～20d为宜。蓄泄交替动态控制立坝组合从优化防洪调度、生态调度、运行调度3个方面进行了综合考虑和详细分析。

4.2.1 蓄泄交替动态控制立坝组合的优点

（1）汛期上游来水，橡胶坝需要塌坝泄洪时，根据观测计算，上游橡胶坝放水流到下一道橡胶坝时，下一道橡胶坝在这段时间差内坝袋已经降到了设计坝高的80%以下，避开了坝袋发生振动的区域，可以同时进行泄洪。缩短了落坝时间，有利于汛期放坝运行调度。

（2）通过蓄泄进行水体交换，改善水质，同时，通过泄水对库区滩地进行晾晒，将水生杂草凉晒致死，抑制或减少了库区内的水生杂草过快繁殖，抑制河道内藻类等微生物的产生。通过及时蓄水，可以使库区滩地生长出来的小草浸泡淹死。这种方法在武烈河橡胶坝对库区水生杂草的治理中效果非常明显。

（3）通过蓄泄，利用蓄泄时间差对泄水坝袋进行工程的运行检修，彻底解决了长期立坝蓄水对橡胶坝工程不能按时检修的难题。

4.2.2 蓄泄交替动态控制立坝组合的缺点

对整体景观环境产生一定的影响。

4.3 全蓄立坝组合

按设计高度全部立坝蓄水。

4.3.1 全蓄立坝组合的优点

对整体景观环境好，能够最大限度地发挥橡胶坝的工程效益。

4.3.2 全蓄立坝组合的缺点

（1）汛期上游来水，橡胶坝需要塌坝泄洪时，放坝时间长，不利于汛期放坝运行调度。

（2）易诱发水华，加快水恶化，加快库区内的水生杂草、河道内藻类等微生物过快产生繁殖。

（3）长时间立坝蓄水，不利于工程的运行检修。

通过上述分析，得出如下结论：汛期橡胶坝群立坝宜采取蓄泄交替动态控制的立坝组合和限蓄的立坝组合，不宜采取全蓄水立坝组合。

5 橡胶坝群汛期坝袋塌落方式

5.1 工程措施

工程措施有自排和强排2种方法。

5.2 非常措施

上游来洪较大，夹杂树木、石头较多时，如情况紧急，为减少洪水对坝袋的破坏，可采取人工穿戴救生绳索，在坝头附近部位人为用刀将坝袋纵向割破（坝袋会沿裁口方向撕裂，如横向裁口，会造成坝袋整个横向大面积撕裂，这样只会纵向撕裂一小段）排水，等洪水过后及时进行修补。坝袋需裁口的部位、数量视具体情况现场确定。

在汛期立坝蓄水较多，上游汛情严重需要放坝较快时，为确保下游人民生命财产安全，要及时通知下游，以及时撤出河道内的人、机械及施工队伍等。

6 橡胶坝群汛期立坝综合调度方案

6.1 建立上游水情、汛情报汛站

对上游没有拦蓄水控制性工程的橡胶坝群，要保证橡胶坝群汛期立坝安全度汛及运行，必须在上游建立水情、汛情报汛站，以便在第一时间内为下游提供准确的汛情资料。随着计算机技术的发展，计算机预报洪水系统已经广泛应用在水利气象等各个方面，通过对上游产流信息的采集、传输、处理，对上游区域可能发生的洪水在最短的时间内作出预报预警。通过科学监控，及时准确地预报，管理部门可尽早做出准确的决策、判断，及时准确确定橡胶坝塌坝时间，提前做好塌坝的各项准备工作，进行科学调度，为橡胶坝的安全运行提供的保障。承德市通过在武烈河橡胶坝群上游30km的高寺台建立报汛站，设立报讯水尺、报讯断面等，在汛期坚持24h值班，及时将有关汛情、水情资料报告给管理单位。管理单位根据上游汛情资料，及时推测洪水大小和到达时间，并及时准确地调度塌坝，保证了橡胶坝群工程的安全。

6.2 严格按照橡胶坝升落坝操作规程操作

橡胶坝用锦纶6、锦纶66两种纤维做受力骨架，是一种柔性薄壳结构，富有弹性，对水流流态反映敏感。橡胶坝工程能否发挥已有的效益，运行管理是关键。运行管理人员必须严格按照操作规程升落坝才能保证橡胶坝工程安全运行。

6.3 落坝按照先下游后上游原则

落坝要坚持先下后上原则，橡胶坝群自下至上开始逐级放水，每座坝落坝时间一般为2h。经测算和分析，对于汛期限蓄立坝、蓄泄交替立坝组合的橡胶坝群工程，可以同时塌坝泄水，橡胶坝群可以在短时间内塌平度汛。对于汛期立坝全蓄水的橡胶坝群组合工程，上、下游坝袋落坝间隔时间为5min。利用时间差，避开坝袋振动的不利组合，减少橡胶坝坝袋磨损机会。

6.4 深槽泄洪优先原则

对中小洪水，如果泥沙含量大，洪水总量较大，为保证橡胶坝库区不产生落淤，采用深槽泄洪优先原则。只从深槽泄洪，减少了坝袋起落次数，节省运行费用，延长坝袋的使用寿命。

7 结语

橡胶坝群是我国城市生态河道建设中出现的一种新型组合工程。工程能否发挥其效益，关键在于如何调度运行。本课题研究从多方面对橡胶坝群汛期调度运行进行了详细分析，提出了独具武烈河橡胶坝群特色的运行方案，具有很高的实用性。同时对各地橡胶坝群汛期的综合调度运行也有较好的借鉴作用，极大地促进了工程运行管理的规范化、制度化、科学化。

［1］高本虎.橡胶坝工程技术指南［M］.北京：中国水利水电出版社，2004.

［2］徐智延，孙延玺.沂河梯级橡胶坝汛期调度运用原则探讨［J］.中国水利，2008（10）.

［3］杨士学.橡胶坝工程的管理与运用［J］.北京水利，1995（4）：41-45.

［4］武烈河橡胶坝工程管理办法［R］.

Research on Integrated Dispatching Scheme of the Rubber Dam Group of Wulie River

ZHOU Zheng-min
（Management Office of Wulie River Course and Rubber Dam，Chengde067000，China）

Rubber dam group is a combination of several rubber dam engineerings.12 rubber dam engineerings have been built in Chengde since 1989,which came into the largest rubber dam group of China.Based on the research of the operation and management of rubber dam group for many years,bringing up a dynamic controlling and ecological dispatching method for the rubber dam group in flood season,which solved the problem of rubber dam group dispatching in flood season.

rubber dam group;integrated dispatching;dynamic controlling;ecological dispatching

TV64

A

1672-9900（2011）05-0004-03

2011-05-25

河北省水利重点科研项目冀水科（2010）-10-96

周政民（1965—），男（汉族），河北昌黎人，高级工程师，主要从事橡胶坝工程的运行管理研究，（Tel）13831401203。