橡胶坝调度与洪水利用

杨 松 李可任 姚慧敏/.河北省水利水电第二勘测设计研究院 .河北天和咨询有限公司

橡胶坝调度与洪水利用

杨 松1李可任1姚慧敏2/1.河北省水利水电第二勘测设计研究院 2.河北天和咨询有限公司

橡胶坝广泛应用在河道防洪生态综合治理工程中，汛期如何确保河道防洪安全，合理调蓄雨洪资源，是橡胶坝调度需解决的主要技术问题，也是工程管理的重点和难点。结合迁安市7座橡胶坝，通过调度影响分析，得出了不同塌坝方案下的洪水过程，提出了橡胶坝调度运用条件，在保证防洪安全的前提下充分利用了雨洪资源。

橡胶坝；调度；洪水利用

近年来，橡胶坝做为河道防洪生态综合治理工程的首选结构形式，广泛应用于规划设计及工程建设中，其具有营造生态水面，塑造滨水景观，临时拦蓄洪水，有序调节洪峰等良好功能[1-2]。汛期如何确保河道防洪安全，合理调蓄雨洪资源，尽可能多的拦蓄上游来水，实现洪水的风险管理[3]，是橡胶坝调度需解决的主要技术问题，也是工程管理的重点和难点。本文以滦河迁安市段7座橡胶坝群为例，提出橡胶坝调度与洪水利用的相应关系。

一、橡胶坝概况

迁安市位于河北省唐山市东北部。滦河干流上段是迁安市最大的过境河流，境内全长53km，河道纵坡约为1‰。滦河迁安上游段建有潘家口、大黑汀两座大型水库。2003年以来，迁安市对滦河河道进行了综合治理，先后实施了左、右岸堤防及7座橡胶坝等多项工程。7座橡胶坝自下而上分别为4号橡胶坝、燕山橡胶坝、右支3号橡胶坝、左支3号橡胶坝、右支2号橡胶坝、左支2号橡胶坝、1号橡胶坝。由于7座橡胶坝均修建在行洪主河道上，因此其调度运用将对河道行洪、橡胶坝自身安全、县城防洪安全、下游河道行洪安全产生影响，同时也关系到雨洪资源利用、河道景观等问题。

根据橡胶坝出厂技术指标，长期过流情况下，橡胶坝坝上安全溢流水深一般为0.2m。根据《橡胶坝技术规范》（SL227-98）及各地经验，短时间洪水不会造成橡胶坝袋发生振动。但长期溢流会造成磨损破裂，降低坝袋运行寿命，影响橡胶坝安全。因此，橡胶坝坝顶不宜长时间过流，但允许短时间洪水过流。

二、橡胶坝调度影响分析

将橡胶坝分割的各河段蓄水工程视为一个调蓄水库，根据水位－蓄水量关系、水位－泄量关系，按照串并联水库对蓄水橡胶坝进行调节计算，由于橡胶坝沿程河段较短，不考虑橡胶坝之间的洪水传播时间。橡胶坝泄洪能力按堰顶出流考虑，在非汛期泄流期间不考虑上游洪水汇入，在汛期按照设计洪水过程考虑上游洪水汇入。

调节计算分析了同时塌坝、依次塌坝（逐个橡胶坝依次从下游至上游依次错时塌坝）等多种方案。根据橡胶坝所配机电设备能力和尽量缩短塌坝时间的要求，各橡胶坝塌坝时间取120分钟。为保证橡胶坝的安全和避免发生洪水漫溢，塌坝顺序必须按自下而上进行操作，且上游坝塌坝时间不应早于下游坝。

对7座橡胶坝满库运行同时塌坝、依次滞后塌坝方案的进行泄流分析，随着塌坝滞时的增加，由塌坝所形成的最大洪峰流量逐渐减小，洪峰逐渐变缓，洪峰位置逐步后移，空库历时则逐渐加长。橡胶坝满库运行情况下，滦河迁安段4号橡胶坝下游位置洪峰到达时间最短，洪峰呈现“瘦高”的形态，形成洪峰流量最大，约为5588m3/s，小于滦河迁安段河道治理标准20年一遇的设计流量13818m3/s。因此，滦河迁安段橡胶坝在满库运行时同时塌坝不会对迁安县城及滦河下游造成防洪威胁。

对7座橡胶坝半库运行同时塌坝方案进行泄流分析，橡胶坝半库运行同时塌坝情况下，滦河迁安段4号橡胶坝下游位置洪峰流量为2484m3/s，远小于滦河迁安段河道治理标准，不会对迁安县城及滦河下游造成防洪威胁。

三、橡胶坝塌坝洪水与上游来水叠加后的洪水过程分析

7座橡胶坝的设计标准均为20年一遇，对橡胶坝过流能力进行复核。

在满库运行工况下，当水位达到设计洪水位时，1号、2号（含左支2号、右支2号）、3号（含左支3号、右支3号）、燕山、4号橡胶坝过流能力分别为3424m3/s，1883m3/s、5563m3/s、7621m3/s、9278m3/s。在半库运行工况下，当水位达到设计洪水位时，各号橡胶坝过流能力分别为5218m3/s、7130m3/s、11640m3/s、11478m3/s、13624m3/s。

滦河迁安段洪水由大黑汀水库以上洪水和大迁区间设计洪水两部分组成，并由桑园站进行控制。根据桑园站20年一遇设计洪水的成果，最大泄量出现在45h，相对于橡胶坝的最大塌坝时间2h，是可提前预报塌坝时机的。结合橡胶坝的泄流能力分析计算成果，确定橡胶坝满库运行时，当桑园站流量达到1285m3/s，此时发出预报，7座橡胶坝开始同时塌坝；橡胶坝半库运行时，当桑园站流量达到5198m3/s，此时发出预报，7座橡胶坝开始同时塌坝。通过对比可知，橡胶坝半库运行时的预警时间比满库运行时的预警时间推后12h。

在满库运行的情况下，当桑园站流量达到1200m3/s，发出预警，7座橡胶坝同时塌坝，塌坝时间为2h，洪水与蓄水遭遇洪水过程线出现两个洪峰，第一次洪峰出现在第11h，橡胶坝完全塌坝时，下泄流量为7526m3/s；之后是设计洪水洪峰13818m3/s，塌坝洪水洪峰不会与设计洪水洪峰遭遇。因此，在橡胶坝满库运用时同时塌坝洪水与设计洪水遭遇不会对迁安县城及滦河下游造成防洪威胁。在半库运行的情况下，当桑园站流量达到5000m3/s，发出预警，7座橡胶坝同时塌坝，塌坝时间为1h，洪水与蓄水遭遇洪水过程线出现两个洪峰，第一次洪峰出现在第22h，橡胶坝完全塌坝时，下泄流量为7680m3/s；之后是设计洪水洪峰13818m3/s，塌坝洪水洪峰不会与设计洪水洪峰遭遇。因此，在橡胶坝半库运用时同时塌坝洪水与设计洪水遭遇不会对迁安县城及滦河下游造成防洪威胁。

四、橡胶坝调度影响

在非汛期，滦河迁安段7座橡胶坝满库运行和半库运行时，橡胶坝同时塌坝、依此塌坝等不同工况下，塌坝所形成的洪水均小于滦河迁安段河道治理标准。因此，非汛期的橡胶坝塌坝不会对迁安市城区及下游造成防洪威胁。在汛期，滦河迁安段7座橡胶坝满库运行和半库运行时，同时塌坝，橡胶坝泄流洪水和上游设计洪水的洪峰均不会出现叠加情况，洪水主峰仍是滦河设计洪水洪峰，满足滦河迁安段河道治理标准。因此不会对迁安市城区及下游造成防洪威胁。

五、结束语

经过对滦河迁安段7座橡胶坝调度影响分析可知，橡胶坝在汛期可满库运行，当上游桑园站流量达到1200m3/s，橡胶坝实行半库运行，当上游桑园站流量持续上涨达到5000m3/s，橡胶坝完全塌坝运行。通过蓄泄交替有序调节洪峰流量，减轻下游防洪压力及损失，并实现水体交换，改善水质，充分利用洪水资源，满足景观生态用水与防洪保安的合理需求。

[1]李宏军，杨佳栋.城市河流生态景观与橡胶坝设计运用探讨[J]水利建设与管理,2014（5）：27-30.

[2] 邢广军.城市河道橡胶坝建设及其对防洪的影响分析[J].中国水利,2009(10):25-26.

[3]鄂竟平.论控制洪水向洪水管理转变[J].中国水利，2004（8）：15-21.