基于橡胶坝群的联合调度运行方式研究

高大鹏

(阜新市水利局，辽宁 阜新 123000)

橡胶坝具有规模宏大、造型优美、投资节省、见效较快、生态环境效益显著等诸多优点，被广泛应用于生态景观治理、防潮工程、地下水回灌、水力发电、农业灌溉等领域。近年来，在城市生态景观建设中由多个梯级橡胶坝工程组合而成的橡胶坝群所发挥的重要作用日趋突出，橡胶坝群的建成明显提高了城市品位，促进了城市建设以及水生态景观建设的发展[1]。

1 橡胶坝概况

为改善细河沿岸生态环境，合理利用流域洪水资源，在细河干流城区段阜新市相继建成蓄水高度均为2.5m的16座橡胶坝，如表1及图1阜新城市橡胶坝群位置图。这些梯级橡胶坝形成的带状水面长20.13km，覆盖水域范围244万m2，总蓄水量337万m3，有利于最大程度地拦蓄过境水量、打造滨河景观工程和补给城区地下水，明显改善了流域的生态环境。

细河景区防汛管辖范围为：细河上游与高林台河汇水口至细河下游玻璃园区漫水桥，全线11.7km，包括九座橡胶坝及泵房。橡胶坝为注水式，电动操作(停电时手动操作)，若需塌坝，全部排空水量，电动强排需20min。日常管理若将橡胶坝降坝50cm，电动需要5min，手动需要30min。平均坝长160m、坝袋平均高1.8m，库区总储水量180万m3，平均每个库区20万m3。入主汛期后，每个橡胶坝有两名技术人员看守，对橡胶坝坝袋进行监控、水位调节水位，防止坝袋破裂，造成洪水倒流，遇洪水来临超过警戒线时，确保橡胶坝能够正常趴坝、落坝。

2 细河橡胶坝群管护现状

2.1 主城区防洪与河道景观蓄水的矛盾

细河低水头水工建筑物——橡胶坝的坝高不超过5m，橡胶坝蓄水区域水深受坝袋高度和河道自然坡降的控制，大多处于1.5-2.5m范围，夏季充足的阳光日照条件适合于微生物、藻类的生长。库区水温升高及长期的立坝蓄水运行加剧了水体富营养化，立坝时间越长水生杂草的繁殖速度就越快，所引起的水域和水体污染也越严重。另外，塌坝运行致使滩地裸露在外，长期以往将滋生许多杂草，杂乱无章与周边景观极不协调，难以充分发挥工程的景观效益。

表1 细河城市段橡胶坝基本情况表

图1 阜新市城市橡胶坝群位置图

2.2 下游地区与主城区对塌坝时间要求的矛盾

细河干流16座橡胶坝坝袋材质均为棉纶帆布和橡胶，全部为注水式。由于特殊的坝体结构，汛期调度运行过程中橡胶坝仍存在许多问题，具体如下：

1)受限条件多，需专人管护。由于特殊的坝体结构，泥沙、气温、水温、内外水压力等因素均可对橡胶坝运行工况及其蓄水高度造成影响，实际运行过程中实现全部自动化管理难度较大。

2)安全泄量小，坝体溢流量有限。对于柔性结构的橡胶坝，受水流脉动压力影响坝顶过流时坝袋易产生振动。为解决坝体易产生“V”形流或出现共振的问题，在充坝运行情况下坝上溢流设计允许水头为0.4-0.6m，以5a一遇洪水流量作为溢流控制流量。充坝运行过程中遇超过允许水头时，塌坝运行使得橡胶坝泄量非常有限。

3)调度不便，预警时间短。采取向坝袋充、排水的方式实现橡胶坝的塌坝和充坝运行，一般控制塌坝和充坝时间为1-2h、2-3h。所以，必须预留足够的预警时间确保调度目标的实现，对于突发洪水等非常规调度其适用性较差。例如，2013年7月15日，阜新市出现局部大暴雨，全市大到暴雨，平均降水量105.1mm，全市降水量156.0mm，最大降水量215.8mm。由于3号、4号、5号、6号坝出现塌坝运行，使得细河干流8号坝和2号坝达到10年一遇、20年一遇洪峰流量，实际过坝流量达到346m3/s和617m3/s，细河防洪压力明显增加。

3 细河橡胶坝群联合调度运行方式

为了有效缓解城市防洪安全与橡胶坝群运行之间的矛盾，必须以联合调度为基本原则，通过科学研究与分析体积橡胶坝群联合调度，制定科学合理的汛期运行方案[2-3]。

3.1 联合调度原则

实际工程中必须遵循以下调度原则，确保汛期橡胶坝群运行和城市防洪安全，具体如下：①以及时、准确的水文预报和水文情报为依据，通过对水情的跟踪预报实现科学调度、蓄泄兼顾运行。②全面考虑阜蒙县段、城市中心段、新邱段防洪要求，对橡胶坝实行统筹管理、统一调度。③设计多种预案，为了保障橡胶坝的安全运行制定适用于不同级别洪水的预案。④实施汛期限蓄，坚持防洪安全第一的原则，在确保安全度汛的情况下兼顾景观蓄水的要求。

3.2 调度运行方式

1)防洪为先，限蓄调度。为了能够安全度汛，各橡胶坝在6月1日-9月20日(汛期)贯彻执行讯限水位，以低于正常蓄水位1m作为讯限水位，该条件下控制库区蓄水量为正常运行时的36%。以7月中旬-8月中旬为主汛期，在获取大雨预报后要提前24h塌坝运行，保证洪水宣泄及原河床断面的及时恢复[4]。

2)多预案应对，洪水分级。根据洪峰流量对洪水合理划分等级，不同的控制运行方案适用于不同级别的洪水。结合工程实际和相关资料，可将洪水级别划分为设计、一般、小型3个等级。设Q为上游流，A、B为设计允许水头和半塌坝运行条件下最大允许水头的溢流流量，并将其作为洪水分级的边界值，引入量，科学设计多应对预案：①设计洪水预案：设计洪水符合流量条件Q>B，该条件下必须全部塌坝泄洪，市防指经过各成员单位专家会商结果，防办调度组统一调度橡胶坝群运行管理单位，保证橡胶坝运行和河道防洪的安全。②一般洪水预案：一般洪水符合流量条件A

3)依据水情，积极调控。在汛期运行过程中橡胶坝群必须遵循调度得当、蓄泄兼顾的原则，保证提供的水文预报、情报的及时准确性。为了及时应对随机的上游来水，洪水预报必须贯穿联合调度的始终，这也是实时动态预报的过程。同时，加快形成及时报告重要天气制度，气象部门对细河流域可能发生的较大降雨要提前1-3d通知橡胶坝管理单位和市防办及给成员单位。发生降雨较大时，结合海州水文站、朱家洼子雨量站的实测数据，水文局负责水情上报人员要快速预报出细河干流上游来水洪水过程、洪峰流量，并在此基础上科学决策橡胶坝调度方式。通过对降雨产流趋势的合理分析，为梯级橡胶坝提供尾部洪水开始拦蓄的最佳时机，以防发生水小时无法完全利用、水大时不能利用的情况。

4)统筹调度，地域管理。结合细河橡胶坝群8号距9号坝5km、10号距11号坝3.1km的分布情况，洪水演进时具有较充足的时间。对此，可以采取地域管理的模式，将12座橡胶坝划分成新邱段、城市中心段、阜蒙县段，并实行联合调度、统一管理。收到洪水预报后，在预报发生设计洪水时按橡胶坝控制方案，按照城市中心段1、3、5、7号橡胶坝以及阜蒙县段、新邱段的9号和11号橡胶坝的顺序依次塌落，若洪水进一步发展则全部塌落所有橡胶坝，合理控制相邻橡胶坝的塌落时间间隔为10min。

在最大洪峰来临之前必须保证橡胶坝塌坝操作的全部完成，为了防止出现自然来水洪峰流量人为加大的情况，应将上游来水洪峰流量与塌坝引起的坝前蓄水出流过程错开。同时，要最大程度的人为造峰促使洪水成为肥胖平缓型过程，而非尖廋的陡涨陡落型过程，即遵循量大峰小的原则保证橡胶坝群度汛安全。

4 结 论

如何科学合理的调度运行橡胶坝群，在很大程度上决定了城市生态河道建设及橡胶坝群工程效益的发挥。文章全面研究了细河干流主城区防洪与河道景观蓄水、下游地区与主城区对塌坝时间要求间的矛盾，提出了实用性较强的橡胶坝群联合调度运行方式，可为综合调度运行各地橡胶坝提供一定指导依据。