浅谈橡胶坝的设计与运行管理

2012-10-19闫黄凤

水利建设与管理 2012年6期

关键词：坝袋橡胶坝内压

闫黄凤张松

(北京中水科总公司 100048)

陈秀菊

(南水北调中线干线工程建设管理局北京 100053)

河北省邯郸市峰峰矿区为解决中长期城市环境用水需求、改善城市河湖水系状态、营造人水相亲的和谐环境，在滏阳河治理中，采用了橡胶坝工程。

1 设计标准与枢纽布置

枢纽建筑物的设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为50年一遇。枢纽建筑物由橡胶坝、泄水渠道、观景平台和管理房组成。橡胶坝采用斜坡式，坝高6.5m，底部宽度为80m，顶部宽度为107m，橡胶坝溢流前沿宽度为109m，左岸设置泄水渠道宽度为15m，在泄水道上游设置两扇油压启闭平板钢闸门，枢纽建筑物总宽度为124m。天然河床最低点高程为105.7m，坝顶高程选定为114.0m，坝底板高程选为107.5m，坝底板厚度为1.4m，底板底面高程为106.1m。橡胶坝固定在坝底板上，底板长度23m，坝上游设置钢筋混凝土铺盖，铺盖长20m，下游连接消力池，消力池长度20m。观景平台布置在泄水渠道上，长度为101m，宽度为15.4m。管理用房布置在左岸河道转弯处。

2 橡胶坝的充排水系统设计

在橡胶坝坝高、坝长确定后，坝体容积便可确定，因此橡胶坝的充排水时间成为决定充排系统容量的前提，是选择充排方式、水泵台数和充排管径的主要参数。

滏阳河橡胶坝单个坝体的水容积为7950m3，充水系统采用纯动力式系统，由集水井引水至泵房，通过水泵抽水至坝袋，根据公式(1)和(2)计算所得选定水泵流量与扬程。

式中 Q——计算水泵所需最小流量，m3/s;

V——坝袋充水容积，m3;

n——水泵台数;

t——充坝或坍坝所需最短时间，h。

式中 H0——水泵所需扬程;m;

a——坝袋内外压比;

H1——坝高，m;

Z0——出水口(坝底版)高程，m;

Zd——井内动水位或者水泵吸水管最低水位，m;

∑hf∑hj——水泵吸水管进口至伸入坝袋内的充水口之间管道沿程和局部水头损失，m;

选定一台 SLS400—300离心泵，泵流量 Q为1300m3/h，扬程为 16m，电机功率为 90kW，转速为1480r/min，充水6.1h，主管道直径DN400。排水系统考虑混合式充排方式，排水时间为2h，首先依靠自流排水，可降低设备运行费用。当洪水期不能及时或无法靠自流排空坝袋时，启动水泵排水，动力强排仍利用充水系统的水泵和部分管道。

在橡胶坝的充排水系统中，设置了以下几个闸(阀)门:进水阀门:将水由上游引入集水井，阀门直径1200mm;水泵系统控制阀门:将水充进坝袋或将坝袋的水强排到下游的控制阀门，阀门型号为D97AIX—10 DN400的闸阀，数量为5个;系统设一止回阀，型式为H77X—10DN400。泵房布置见图1。

图1 泵房布置图

3 橡胶坝的自动控制系统设计

坝袋内压力是橡胶坝运行控制的主要指标，为了橡胶坝的安全运行，橡胶坝工程设置了自动控制系统，这套控制系统的主要功能是控制上游水位和坝袋内压。

上游水位按下列参数控制:

正常挡水位:114.0m

自动塌坝水位:114.65～114.75m

坝袋内压按下列值控制:

正常内压:

紧急塌坝内压:

塌坝或充坝的上游水位及坝袋内的压力可以人工控制，也可以用程序逻辑控制单元(PLC)进行自动控制。用人工控制时，应随时观测上游水位和坝袋内压，当上游水位和坝袋内压达到塌坝或紧急塌坝水位时，用人工开启闭门，让坝袋塌落;当水位降到充坝水位时，关闭排水阀门，打开充水阀门，让坝袋充起。用PLC控制时，在坝的上游安装水位传感器，在控制房中安装坝内压力传感器;上游水位和坝内压力数据用计算机采集，由PLC控制系统自动判断是否要塌坝和充坝。

橡胶坝的自动控制系统包括PLC单元、附属继电器、控制仪表盘(LOC)、水流模拟表、指示灯、控制开关和其他需要的控制设备(见图2)。在控制仪表盘上设有充坝、塌坝和运行的指示灯，警报指示灯，人工操作控制水位指示表和每个坝袋内压指示表。

图2 橡胶坝控制系统示意图

4 橡胶坝的维护管理

橡胶坝的运行管理主要工作内容包括:建立管理制度，落实管理责任;监测水情、水流形态以及工程状态;做好防凌、防洪、防人为破坏;及时发现工程隐患，及时修复，充分发挥工程效益。

为做好上述运行管理工作，首先要做好“源头”检查工作。包括:ⓐ经常性检查。运行管理人员应严格按照相应的规章制度，利用眼观、耳听、手摸等方式，经常对橡胶坝的坝袋、锚固件、充排设备、机电设施、机电设备、河床冲刷、坝顶溢流情况等进行检查。检查周期每月不少于2次，对容易发生问题的部位要增加检查的次数，检查中发现的问题要上报和处理;ⓑ定期性检查。橡胶坝每运行2～3年，应进行一次全面检查。每年汛前、汛后、冬季封冻时或橡胶坝运行前，对橡胶坝工程必须进行一次全面的检查。汛前着重检查岁修工程完成情况，汛后着重检查工程变化和损坏情况。特别是冬季，着重检查坝袋内是否结冰，防止坝袋受损;ⓒ特别性检查。当工程遭遇暴风、暴雨、大洪水或地震时，必须进行特别检查。重点检查坝体有无损坏，是否影响工程安全运行等。上述检查，必须规范、认真、科学地做好记录，健全技术档案，及时将检查报告提交上级主管部门，以使工程得到及时保养与维护。