武烈河橡胶坝工程特性及科学管理

2015-01-16杨春伟

资源环境与工程 2015年5期

杨春伟

(河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250)

武烈河是滦河的一条较大的支流，发源于围场县道至沟，由双峰寺进入承德市区。全长96 km，流域面积2 591 km2，河床平均纵坡为2.7‰，多年平均降水量550 mm，多年平均径流量2.55亿cm3，实测年最大蒸发量1 507.8 mm，属典型山区多沙河流，洪水暴涨暴落。武烈河水环境综合整治梯级开发工程从1989年开始至2007年，历时18年，经过三次全市性河道整治，结合防洪堤建设，建成12道橡胶坝蓄水工程。

1 橡胶坝工程概况

现以第一橡胶坝为例，橡胶坝主体工程由坝体、泵房、泄水闸、供水井组成。坝体位置设计河宽200 m，橡胶坝坝袋长180 m，共分三段:深槽段长60 m，坝高3.5 m，设计坝顶高程334.5 m，坝前设20 m长钢筋混凝土铺盖，坝后设8 m长钢筋混凝土护坦，末端设混凝土防冲墙，防冲墙满足坝体正常运行和行洪时的防冲及稳定要求，墙厚80 cm;两侧浅槽段坝体长均为60 m，坝高为2.5 m，坝顶高程334.5 m，坝前设20 m 长钢筋混凝土铺盖，坝后设8 m长钢筋混凝土护坦，末端设混凝土防冲墙，防冲墙满足坝体正常运行和行洪时的防冲及稳定要求，墙厚80 cm。深浅槽之间用混凝土导墙隔开，坝袋采用充水式，作为供水源水井泵房，泄水闸均布置在左岸。

2 橡胶坝的特性

2.1 输沙效果

武烈河上游隆化县境内大部分为黄砂壤土且植被较差。泥沙主要来源于承德县小西山水文站以上的兴隆河，其年输沙量约占承德水文站以上输沙总量的30%。多年平均总输沙量为206万t，汛期(6—9月)输沙量占年输沙量的99.5%，而汛期输沙量又往往集中在7—8月份的洪水期。泥沙在年际之间变化悬殊，同时随着城市用水量的增长而增加。武烈河橡胶坝按深、浅槽布置，解决了山区河道来水泥沙含量高，容易造成淤积的问题。洪水期利用深槽进行冲沙行洪，减少淤沙对坝袋侵蚀。

2.2 防洪效益

承德市区防洪标准采用50年一遇，相应设计流量为 2 600 m3/s，设计洪水位 336.3 m［1］。为满足城市防洪需要，汛期坝体频繁起落，一般正常汛期可起落15次左右。坝体起落原理简单，操作方便，防洪方式为根据需要调节坝高，坝顶可溢流，排除坝袋水后，坝袋塌落，恢复原有的天然过水断面，不影响泄流。

2.3 满足城市用水需求

武烈河流域气候属内陆性季风气候，冬季干燥少雨雪，夏季多雨，且年降雨量分配极不均匀。6—9月份降雨量占全年降雨量的70% ～80%，7、8两月为年降雨量的50% ～60%，且天然径流变化悬殊，1959年年径流量为 10.197 m3，1968 年年径流量为 0.512 m3，相差20倍。年内分配不均匀，最大月流量为1959年8月，达4.02亿m3，最小月流量为1922年6月，河道几乎断流。从实测资料分析，年径流量的70% ～80%集中于汛期。而橡胶坝可根据需要调节坝高，起到蓄水作用，为灌溉、发电、防洪、城市美化、城市供水、城市建设等方面发挥巨大的经济和社会效益。

3 科学管理

3.1 汛期管理

及时检查并清除坝袋附近上游至河床中的裸露石块、木屑等坚硬物体，以免被洪水卷起，砸坏坝袋。汛期过洪期间立坝运行前要清除坝袋上的泥沙，并严格控制流量。同时在立坝过程中，要检查立坝是否有破损部位，以便及时修补。

一般上游来水，当流量Q＜20 m3/s时，水流清澈，立坝运行;当Q＞20 m3/s时，水流带动推移质向前移动，库区易形成淤积，应塌坝运行，同时注意观察起落坝时坝袋的振动情况。据观测，在坝高2.0 m以下塌落坝，最大过流时坝袋基本上不振动;最大振动发生在坝高 2.5 m，蓄水量 13.7 万 m3，以2.5 cm/s的速度塌坝，坝袋受溢流水流脉动影响产生振动的频率与坝袋在水下的自振频率一致时，产生共振，此时坝袋振幅最大。据观测最大振幅可达10 m左右，对橡胶坝威胁最大。对此可在上游水深近1.9～2.0 m处控制坝袋溢流，减轻或消除振动现象，其次疏通下游河道，增大下游泄洪能力，降低下游正常尾水位，改善水流条件，使坝袋不受下游尾水影响。

另外，控制塌坝是利用大口径离心泵通过Φ400 mm的铸铁管将水强排至坝外。为防止坝袋中有残留气体和水造成行洪时被洪水从上游挤压到下游锚固线形成隆起，从而阻水使坝袋产生振动，对坝袋安全产生威胁，应充分利用供排水管的布设，通过调节阀门，利用供水井水位与坝底板之间的高差，使坝袋内的水自流排到橡胶坝供水井中。

为确保坝袋安全，保护坝袋原有的应力结构，延长坝袋的使用寿命，减速坝袋老化，严禁超高、超压运行［2］。