宝鸡市区段闸坝联合运行调度探析

陈焕荣

(宝鸡市渭河拦河闸工程管理中心，陕西 宝鸡 721000)

1 工程概况

宝鸡市市区河道生态治理工程始于2004年，经过十余年的不懈努力，在市区渭河干流上先后建成了拦河闸工程，沙河、茵香河、代家湾橡胶坝工程，形成了365万m2的景观水面。在河道滩地、亲水平台建成了多处园林景观，使市区河道成为宝鸡生态园林大城市建设中最靓丽的风景之一。不但提高了市区防洪能力，改善了市区局部区域小气候，而且为市民提供了健身、休闲、娱乐的场所，基本形成水清、岸绿、景美、人水和谐的发展新局面。

1.1 宝鸡市渭河拦河闸工程

拦河闸工程位于市区渭河大桥下游350 m处，于2004年10月25日建成蓄水，为开敞式平底闸，闸室总跨度626 m，共29孔。闸门为桁架平板钢闸门，闸门设计总过水流量7590 m3/s，单孔设计过水流量216.4 m3/s，拦蓄河水形成蓄水238万m3、回水长度1.65 km，140万m2的水面。2006年在一号闸门后改建了两孔弧形闸门，单孔弧门设计过水流量95 m3/s。

1.2 宝鸡市沙河橡胶坝工程

沙河橡胶坝位于渭河拦河闸下游1.90 km的渭河主河道上，于2007年12月16日建成蓄水，坝高3.5 m，坝长408 m，蓄水区宽约405 m～460 m，回水长度1.84 km，回水末端至拦河闸下游海漫，形成面积85万m2，蓄水量145万m3景观水面。

1.3 宝鸡市茵香河橡胶坝工程

茵香河橡胶坝位于渭河拦河闸下游3.54 km的渭河主河道上，距上游沙河橡胶坝1.70 km，于2012年1月13日建成蓄水。坝高3.50 m，坝长392.95 m，右岸布设有一孔节制闸，闸门采用弧形门，景观水位下的最大下泄量95 m3/s。蓄水区宽约405 m～420 m，回水长度1.7 km，回水末端至沙河橡胶坝下游海漫，形成面积67万m2，蓄水量138万m3景观水面。

1.4 宝鸡市代家湾橡胶坝工程

代家湾橡胶坝位于拦河闸下游7.74 km的渭河主河道上，距上游茵香河橡胶坝4.2 km于2014年10月建成。坝高3.50 m，坝长406.8 m，回水长度1.7 km，蓄水区宽约405 m～440 m，形成面积约73.2万m2，总蓄水量121.3万m3的景观水面。

1.5 宝鸡峡渠首枢纽水库

位于渭河拦河闸工程上游10 km处，调节库容3000多万m3。运行方式是：蓄清排浑，汛期控制水位。在主汛期(7月～8月)以630 m为控制水位，当渭河来水流量超过200 m3/s或含沙量超过15%(165 kg/m3)时，水库放空冲沙，并维持水库敞泄，非主汛期蓄水引水灌溉。

2 联合调度运行方式

统一调度，同步运行，蓄清排浑，主汛期敞泄过流；非主汛期结合宝鸡峡渠首枢纽水库及金陵河、清姜河橡胶坝的调泄流量和含沙量，合理调蓄。

1)主汛期7、8、9月不蓄水，全断面敞泄过流。

2)非主汛期蓄泄方式

(1)当上游来水含沙量≥10 kg/m3或流量≥100 m3/s时，泄水排沙，塌坝敞泄。

(2)泄水时，遵循从下到上，橡胶坝逐级泄水，后拦河闸泄水。

(3)拦河闸泄水，先弧形门开启降低水位，后开启平板门。正常景观水位下，开启一孔平板门下泄流量216 m3/s。

3 联合调度运行中出现的问题及联合调度成因分析

3.1 泄水延迟的问题

根据近几年调度运行观察，每年10月至来年6月为蓄水期，其中12月至来年3月蓄水期，上游来水少，宝鸡峡引水，即使泄水含沙量均小于10 kg/m3，可保持景观水位蓄水，调度运行频率低。4月～6月、10月～11月蓄水期间，上游来水(含沙量≥10 kg/m3)频率高，调度运行频繁，无法完全做到上游来水含沙量≥10 kg/m3时，塌坝敞泄，空库运行。特别是拦河闸，处于渭河干流橡胶坝群上游，为确保橡胶坝安全，经常出现上游泄水已进库区，但库内还有一定水位，泄水延迟现象很突出，造成拦河闸蓄水区淤积增加。主要原因是按现有泄水程序，泄水需要得到上级审批，闸坝调度运行与宝鸡峡同步，上游宝鸡峡渠首枢纽至拦河闸只有10 km，泄水到拦河闸时间短，仅仅1个小时，一般宝鸡峡泄水给拦河闸提前2 h～3 h通知，因此给拦河闸和下游橡胶坝调度泄空时间只有3 h～4 h。如闸坝均保持正常蓄水高度，按现有运行方式，泄水从下到上，先坝后闸泄水，一座橡胶坝完全泄空，最少需要1.5 h，三座橡胶坝需要4 h～4.5 h。拦河闸按1孔平板门泄水，泄水按216 m3/s计算，完全泄空需要3个小时，闸坝泄空最少需要7 h～7.5 h，远远超过调度运行反应时间，泄水延迟现象一直存在。

3.2 工程安全问题

按照橡胶坝运行规范和设计要求，橡胶坝设计水位运行坝顶溢流不能超过0.3 m，否则有爆裂危险。沙河、代家湾橡胶坝设计时没有考虑配套调节闸门，对橡胶坝运行安全提出更高要求。

3.3 下泄流量问题

为了减少库区淤积，在上游来水含沙量≥10 kg/m3时，就需要快速泄空库容，畅泄过流。快速泄流需要加大泄水流量，短时会形成人为小洪水，给下游河道造成压力，近年来河道泄水发生困人现象时有发生。

4 调度运行对策及建议

4.1 限制条件

塌坝最大时间要求4 h，最大下泄流量控制在300 m3/s。根据各工程所处位置及功能特点，茵香河橡胶坝上建有文化廊桥，配套有观赏瀑布和喷泉，瀑布和喷泉开启要求蓄水水位不能低于2.8 m。拦河闸蓄水高3 m时，金陵河入渭口段景观水面形成，其余橡胶坝没有蓄水高度要求。因此茵香河蓄水控制3.0 m，对应库容99.7万m3，拦河闸蓄水控制3.0 m，对应库容182万m3。

4.2 调度运行方案设计

在满足限制条件情况下，根据闸坝泄水塌坝顺序和时间，在确定茵香河橡胶坝和拦河闸蓄水高度情况下，首先计算他们各自不同塌坝时间和最大泄量，最后计算确定其余两坝蓄水高度和泄水时间。

4.2.1 拦河闸不同泄空时间下最大泄量

3 m蓄水高度，按平板闸孔出流，开启一孔闸门提出水面计算，最大下泄流量160.4 m3/s，开启一孔弧形门，最大下泄流量71.76 m3/s，共最大下泄流量232.16 m3/s。根据运行观察，当拦河闸闸前水位下降至1.0 m时，水集中在主河槽，开启全部闸门，可很快泄空。故只考虑开始泄水3 m至泄水1 m时库容，计算为161.6万m3，按最大泄水量计算需要1.93 h，随着水位下降，再开启一孔弧形门或平板门，保持下泄流量，因此拦河闸泄水时间综合考虑取2 h。

4.2.2 茵香河橡胶坝不同塌坝时间及最大泄量

根据山东农业大学马静《梯级橡胶坝塌坝泄流计算与塌坝方案优化方法研究》研究成果，Qmax=2.07274[εW/TH0.2(L/100)0.1]0.88123为橡胶坝最大下泄流量估算公式。其中Qmax为最大下泄流量，m3/s；ε为橡胶坝侧收缩系数，取0.98；W为蓄水量，m3；T为完全塌坝时间，s；H为坝蓄水高度，m；L为橡胶坝长(溢流长度)，m。

计算蓄水3 m时不同塌落时间下的最大流量。泄水时长2 h时最大泄量209.22 m3/s，泄水时长1.4 h时，最大泄量286 m3/s，故取泄水时长1.4 h。

4.2.3 其余橡胶坝蓄水高度确定

1)代家湾橡胶坝蓄水高度计算

总时长4 h去掉拦河闸泄水时长2 h和茵香河橡胶坝泄水时长1.4 h，给代家湾橡胶坝泄水时间只有0.6 h，按最大泄水量300 m3/s反推库容64.8万m3，此时对应蓄水高度为1.7 m，计算最大泄量为375 m3/s。逐步计算，当蓄水高度1.2 m时，最大泄量284 m3/s。故代家湾蓄水高度确定为1.2 m，此时库容50.56万m3。

2)沙河橡胶坝蓄水高度计算

按泄水时长0.6 h计算蓄水高度，按最大泄水量300 m3/s反推库容64.8万m3，此时对应蓄水高度为1.8 m，计算最大泄量为379 m3/s。逐步计算，当蓄水高度1.6 m时，最大泄量295 m3/s。故沙河橡胶坝蓄水高度确定为1.6 m，此时库容50万m3。

4.2.4 方案组合优化

拦河闸泄水为平板闸门和弧形门，下泄流量可通过开启闸门实现均衡控制。橡胶坝泄水下泄流量是一个单峰曲线，刚开始泄水泄量小，随后逐渐增大，随着坝袋降低，泄量减少。根据以上计算，沙河橡胶坝和代家湾橡胶坝只能选1座坝蓄水，鉴于代家湾橡胶坝距离拦河闸有7.74 km，拦河闸泄水，水头至代家湾需要0.5 h，因此计算代家湾橡胶坝坝顶泄水能力，优化拦河闸及橡胶坝调度泄水方案，最终确定代家湾橡胶坝蓄水与否。

调度泄水按照依次茵香河橡胶坝，沙河橡胶坝，最后代家湾橡胶坝和拦河闸同时泄水。

核算代家湾蓄水1.2 m时的坝顶溢流能力。根据《橡胶坝技术规范》，橡胶坝过坝流量可以按实用堰进行水力计算，Q=εδmB(2g)0.5h01.5，计算结果见表1。

表1 坝顶水头～流量关系(最大坝高3.5 m、坝宽406.8 m)

经计算，代家湾蓄水1.2 m时，立坝可满足茵香河橡胶坝、沙河橡胶坝泄水安全。

拦河闸、代家湾橡胶坝同时塌坝，当拦河闸泄水到代家湾橡胶坝时，代家湾橡胶坝已基本踏平。故代家湾橡胶坝蓄水是能满足要求的。

4.2.5 调度运行方案的建议

根据以上计算结果，在每年4月～6月、10月～11月蓄水期间，在满足限制条件和工程功能特点，确保工程安全前提下，必须对拦河闸和橡胶坝蓄水高度进行限制，拦河闸限制蓄水高度3.0 m，沙河橡胶坝限制蓄水高度1.6 m，茵香河橡胶坝限制蓄水高度3.0 m，代家湾橡胶坝限制蓄水1.2 m。泄水时按照先泄茵香河橡胶坝、再泄沙河橡胶坝，最后拦河闸与代家湾橡胶坝同时泄水。

5 结语

由于受各种条件的限制，本文只是从满足限定条件下宝鸡市区段闸坝联合调度泄水最短时间和下泄流量考虑方案。在实际调度运行中，管理单位还要综合考虑，一方面多与宝鸡峡渠首加强联系，结合渭河拓石水文站报汛，提前研判宝鸡峡泄水时间。另一方面加强梯级闸坝的联合调度研究，探索出最优的联合调度方案，以充分发挥所有工程的效益，更好地服务于城市和市民。