汾河太原段梯级橡胶坝调度运用方式研究

杨菊香

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

汾河太原段梯级橡胶坝调度运用方式研究

杨菊香

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

汾河干流太原城区段三期治理工程建成后，上下游橡胶坝形成了连接水面。为确保汛期塌坝时下游河段防洪安全，通过分析计算最大下泄流量、塌坝时间和洪水波传播速度等调度运行限制条件，根据梯级橡胶坝不同塌坝顺序、时间进行多方案调度的设计及计算，选定了合理可行的运行方案。

梯级橡胶坝；调度运行；塌坝流量；汾河

1 概况

已建的汾河太原城区段一期、二期治理工程北起柴村桥，南至祥云桥下游500m，总长约20km；综合治理三期工程是二期工程的延续，工程区位于太原市南部新区的汾河主河道上，北起二期工程末端的祥云桥下游500m，南至晋祠迎宾路下游2km，全长约12km。一期、二期治理工程自上游向下游共设有7道橡胶坝，其中一期工程4道，二期工程3道。三期工程拟设3道橡胶坝。

汾河三期工程建成后，上下游10处橡胶坝形成了连接水面，总长度32km，蓄水总量2200万m3，容量较大。调度要求上游汾河二库下泄流量到达各橡胶坝坝址前，各橡胶坝需完成塌落运行工作。即相当于上游没有来水情况下10座橡胶坝塌落运行调度的工况，即在上游下泄洪水到达前橡胶坝塌落完毕，蓄水泄空，只考虑10处橡胶坝的蓄水叠加，不叠加二库下泄洪水的调度运行；各级橡胶坝塌坝后叠加最大泄量不得超过下游河道防洪标准要求的洪峰流量，不能给下游造成人为洪水灾害。因此，10座橡胶坝能否安全调度运行，成为汾河三期治理工程立项的重要条件。

2 调度运行限制条件

2.1 下游允许最大泄量

汾河二库与汾河太原城区段一、二、三期治理河段采用洪水预报系统进行统一调度。当汾河二库下泄流量到达各橡胶坝坝址前，各相应橡胶坝需完成塌落运行工作，以满足下游河道的防洪标准。根据太原市防洪规划，治理段三期3号坝下游河道的防洪标准为20年一遇洪水设计，洪峰流量为2000m3/s。因此10座橡胶坝塌坝流量叠加后的最大流量不得超过2000m3/s。

2.2 洪水波传播速度选取

汾河太原城区治理段上游汾河干流上布设有寨上水文站、汾河二库站和兰村水文站，其中寨上站和兰村站有较为完整的洪水测验资料，洪水传播规律依据两站实测资料计算分析。

寨上水文站位于汾河二库坝址上游23km，兰村水文站位于汾河二库下游14km，两站相距37km，通过对两座水文站1966年，1967年，1971年，1977年，1982年和1985年等几场实测大洪水资料的分析，得出两座水文站洪水平均传播时间为3.3h，河段洪水平均流速为3.11m/s。由各年的实测洪峰流量可知，洪峰流量在507～2130m3/s，代表性较好。

2.3 塌坝最大时间要求

汾河二库坝址位于汾河太原城区段一期治理工程1号主坝上游33km，按照与寨上到兰村两水文站相同的洪水传播速度，二库坝址到一期工程1号主坝洪水传播时间为2.95h。一期工程1号主坝到三期工程3号橡胶坝距离为25km，依据该段河道治理后的洪水传播速度，计算此段洪水传播时间为3.96h。由此汾河二库泄量到达三期3号坝的时间为6.91h。因此，当接到汾河二库泄洪通知开始，治理段一期1号坝的完全塌落时间应不大于2.95h，3期3号坝完全塌落时间应不大于6.91h。

3 调度运行方案设计及计算

3.1 调度方案设计

根据10座橡胶坝的不同塌坝顺序、塌坝时间进行不同调度方案的设计，求解各方案、各断面不同时间的流量及塌坝时间，为确定合理可行的调度运行方案提供依据。

汾河太原城区段治理工程10座橡胶坝塌坝方案总体上可分为自上游向下游顺序依次塌坝、自下游向上游顺序依次塌坝和同时从上游和下游开始顺序塌坝。塌坝时间间隔通过多次反复试算确定。根据以上思路设计5种方案：

方案一：10座坝同时塌坝；

方案二：自下游向上游依次塌坝，每次塌1座坝，塌坝间隔时间0.5h；

方案三：自下游向上游依次塌坝，每次塌2座坝，塌坝间隔时间0.5h；

方案四：自下游向上游依次塌坝，三期工程每次塌1座坝，二期工程、一期工程每次塌2座坝，塌坝间隔时间0.5h；

方案五：上游、下游两头塌：上游一期工程1～4号橡胶坝、二期工程1号和2号橡胶坝共6座同时塌。下游三期工程1～3号橡胶坝、二期工程3号橡胶坝自下游向上游依次塌，每次塌1座坝，塌坝间隔时间0.25h。

3.2 塌坝流量计算

结合橡胶坝塌落特点，计算各坝段塌落时的泄量、流速，以及上游橡胶坝址处的塌坝泄量流达到下游橡胶坝址处的时间、泄量的叠加。

具体计算过程及计算参数选取：各橡胶坝最大塌坝时间分别按其各自坝袋排空时间考虑，塌泄速度与坝高成匀速直线关系；坝后平均下泄流量为塌坝前蓄水量与放空时间的比值；按均匀流公式计算河道内水流流速，波速与流速的关系按矩形断面考虑，系数为1.5；根据各坝之间的距离、洪水波波速计算洪水到达时间；塌坝最大流量为可相遇水流的叠加之和。

3.3 各方案计算成果比较

根据工程不同方案的运用调度方式，按调度运行限制条件和选取的计算参数，对各方案的塌坝流量、时间进行计算。

经计算，方案一三期工程3号坝最大流量为2432m3/s，超过下游河道最大防洪要求的2000m3/s，不满足河道行洪要求。方案二、方案三和方案四治理河段各断面最大流量在632～1734m3/s之间，从泄流规模上看满足要求，但塌坝运行操作时间多数断面超时，不符合塌坝时间限制条件要求。方案五各断面最大流量在632～1734m3/s之间，最大流量最晚出现时间在开始橡胶坝塌落时起2.91h的时刻，出现位置在二期3号坝断面，当二库洪水传播到治理河段时，蓄水段的蓄水可基本放空，河道可安全泄洪，从流量和时间上均满足要求，方案五为最优方案。

4 结语

通过汾河一、二、三期治理河段内10座梯级橡胶坝的塌坝调度运行研究，表明河道内梯级橡胶坝在汛期调度运行是十分重要的，如果运行不当，会给下游造成人为的洪水灾害。随着社会经济的发展，近5年来，我国城市河道综合治理项目较多，其中相当一部分为橡胶坝生态蓄水工程，如果在汛期调度运行不当，势必给下游带来“人造洪水”的威胁。因此对河段梯级橡胶坝的调度运行研究具有普遍意义。

第三，严格控制地下水开采量，保护地下水系，恢复岩溶大泉。通过在地表水供水工程覆盖区域置换地下水，加大地下水关井压采力度；在岩溶大泉重点保护区关停煤矿，加强采空区综合治理，减少采煤对水资源的破坏，晋祠、兰村、古堆3处岩溶大泉实现复流，其他5处岩溶大泉稳定出流。

第四，建立河源和泉源保护区，恢复植被，有效涵养水源。结合吕梁、太行山系自然特点，实施山水林田湖综合治理，其中在河流源头和岩溶大泉源头设立“两源”保护区，封山育林，以自然恢复为主；在25°以上的陡坡地区开展水土保持综合治理，坡面植树造林，沟道打坝造地；在25°以下耕地区大力发展高效灌溉农业，促进农业产业结构调整和农民增收。

第五，控制污水排放，加强污染防治，实现污水资

TV641 ［

］C ［

］1004-7042（2016）10-0026-02

杨菊香（1976-），女，2007年毕业于西安理工大学水文学及水资源专业，高级工程师。

2016-08-25；

2016-09-29 4.2亿m3，增加地下水补给量2.2亿m3。