盘锦市曙光桥橡胶坝蓄水能力分析

杜 涛

(盘锦市水利服务中心辽河闸管理中心，辽宁 盘锦 124000)

1 流域概况

1.1 自然地理概况

曙光桥橡胶坝位于辽河盘锦城市段范围内，上游有盘海营高速公路桥、中华路桥、铁路桥、盘锦大桥、盘山桥等多座桥梁跨越辽河。工程建成后将增加城市水面，与苇海蟹田风景区、鼎翔生态旅游度假区、滨湖公园等构成盘锦市辽河旅游观光带。橡胶坝位于曙光桥下游405m处，坝址上下游河道顺直、河槽居中，平面形态较稳定，坝址位于感潮河段内。

1.2 水文测站与水文资料

橡胶坝位于曙光桥下游405m处，距离盘山水文站较近，区间无较大支流汇入。橡胶坝坝址处最大组合流量可直接采用盘山水文站成果，考虑到橡胶坝位于感潮河段内，设计年最高高潮位采用三道沟站成果，见表1。据分析，石佛寺以下干流洪水与下游支流洪水不遭遇，考虑到工程安全，橡胶坝址处汛前及汛后设计洪峰采用石佛寺站成果，见表2。

1.3 年径流量分析

大气降水时辽河中下游径流补给的主要来源，因此在年内分配、年际变化、地区分布上径流与降水基本一致。借鉴1954-2004年统计数据，辽河径流丰枯变化较大，干流通江口、铁岭、巨流河三座水文站历年天然径流量最大分别为5650×106m3、9470×106m3、11120×106m3。历年径流量最小分别为262×106m3、707×106m3、805×106m3，年最大与年最小径流量的比值达到21.6、13.4、13.8。年内年径流量分配也极不均匀，7、8月份径流量基本都占到全年总量的50%以上，各控制站年径流分配情况如表3。

表1 石佛寺水库洪峰和盘山站组合流量

2 橡胶坝工程设计

2.1 防洪标准

修建橡胶坝主要是为了在辽河非汛期拦蓄河水，在河槽内形成稳定的生态水面，以改善河道生态环境，即满足生态需要，不承担防洪、灌溉等传统拦蓄工程的任务[1]。旅游船闸工程修建在滩地上，为生态旅游船闸，当发生洪水时游船上岸，船闸全部开启，宣泄洪水，可加大橡胶坝断面的泄洪能力。因此，橡胶坝和旅游船闸作为河道内的生态工程建筑物，与辽河其他防洪工程相比，其标准宜低不宜高[2]。

表2 分期设计洪水成果表

表3 辽河多年平均年径流量年内分配表

2.2 橡胶坝坝长度

修建橡胶坝工程的主要目的是为了在辽河非汛期拦蓄河水，在河槽内形成稳定的生态水面，以改善河道生态环境。

L24断面主槽宽160m，L25断面主槽宽190m。为了尽量降低橡胶坝工程对河势的影响，根据《辽河干流河道生态建设实施方案》提出的主河槽建坝原则，确定橡胶坝长度为200m。

2.3 橡胶坝底板高程

盘山闸(L51)-河口(L1)段长64.4km，为感潮河段。平均河宽在230-780m之间，河床比降0.07‰，河槽属窄深型。

曙光桥橡胶坝位于辽河大断面L24和L25之间，在L25断面下游230m。该段河道顺直、水流较平顺，河宽在1300m左右，河槽属窄深型，L24-L26断面间最深河底高程在-2.52m到-2.94m间，深度达4m以上，L22至L26断面见纵断面如图1，各断面特性见表4。

辽河属于北方多泥沙河流，上游支流柳河来沙较多。橡胶坝位于辽河下游辽河口的感潮段，由于上游径流量减少、潮流量减小和潮波变形等因素引起的闸下水力条件和输沙条件改变，促使盘山闸下河道呈现淤积态势。为最大限度地减少建坝后对河道淤积的影响，尽可能满足泄洪要求，避免人为抬高河底，形成永久性高坎[3,4]。经过上下游断面最深河底线比较分析，根据《辽河干流河道生态建设实施方案》提出的原则，避免对河道行洪及自然演变造成不利影响，橡胶坝底板设计高程依据现状河道最深点高程确定，因此选定橡胶坝底板高程为-2.60m。

表4 各断面特性表

图1 L22-L26纵断面图

盘山闸以下河段淤积的泥沙主要是来源于海相的潮流泥沙。闸下河道与河口间泥沙的中值粒径大多在0.02-0.03mm间，基本无推移质，泥沙对橡胶坝坝带的影响较小，橡胶坝底板高程依据现状河道最深点高程确定是可以的。

2.4 坝顶高程确定

1)防洪安全要求。在《辽河干流河道生态建设实施方案》中明确提出了橡胶坝的设计原则，为了减小对防洪安全的影响，橡胶坝设计坝顶高程应低于现状滩唇[5]。曙光桥-盘山闸下现状滩面高程在2.14-3.42m之间，L27断面以上滩面高程均高于2.6m以上。按此要求，橡胶坝坝顶高程应低于2.6m。

2)回水长度要求。。根据规划要求，要确保上游桥梁上下游形成水面。L25断面距盘山闸下距离18.7km，经计算需要壅水高度1.20m。盘锦市曙光桥橡胶坝位于辽河口的感潮段。根据营口站潮位资料分析，1-5月份多年平均高潮位为1.21m。按此计算，橡胶坝坝顶高程应不低于2.41m。

综合上述原因，选定橡胶坝坝顶高程为2.4m，橡胶坝坝高为5m。橡胶坝回水长度18.7km，水面面积3.37km2。

3 橡胶坝蓄水能力

3.1 泄流能力计算

1)橡胶坝溢流能力计算。根据《橡胶坝技术规范》相关要求，控制坝上溢流水深不超过0.3m，并利用下式计算不同坝高条件下的泄流量，即：

(1)

式中：Q为过坝流量，m3/s；δ为淹没系数，δ=1；ε为淹流侧收缩系数，ε=1.0；B为泄流坝宽，取B=198m；h0为计入行近流速的堰顶水头；m为流量系数，利用下式计算：

(2)

式中：H0为坝袋内压水头；H为运行时坝袋充胀的实际坝高；h1、h2为坝上游和下游水深。橡胶坝溢流能力计算结果见表5。

表5 主橡胶坝溢流水位与流量关系

2)橡胶坝泄流能力计算。当坝上水深超过0.3m时，橡胶坝坍坝开始泄洪，视作宽顶堰，泄流量按下列公式计算[6]：

(3)

式中：m取0.35，计算结果见表6，满足河道泄洪要求。

表6 橡胶坝坝址水位与泄量

3.2 蓄水能力分析

橡胶坝运行方式为：春季河道解冻后后开始蓄水，汛前塌坝检修，主汛期塌坝运行，汛后再次检修，检修后开始蓄水至年终。根据橡胶坝运行方式，橡胶坝年运行最小蓄水量包括春季蓄水库容，汛后二次蓄水，以及蒸发渗透的损失水量。经计算橡胶坝年蓄水量为2847万m3，见表7。

六间房(朱家房)站现有1951-2004年实测资料，1974年辽河自福德店以下大型水库先后建成。因此，采用1974-2004年共31年连续实测水量资料进行橡胶坝入库水量的简单分析，六间房站实测年径流量保证率如表8。

表7 橡胶坝蓄水分析表

表8 六间房站实测年径流量保证率成果表

辽河流域年径流量的年内分配极不均匀，从多年平均径流量年内分配来看，六间房站6-9月份径流量基本占到全年径流总量的73.2%，非汛期径流量仅占26.8%。保证率P=95%年份的年径流量394×106m3，非汛期水量大致为105.6×106m3。橡胶坝年蓄水量为2847万m3，仅占非汛期水量的27.0%。从六间房实测水量来看，可基本满足橡胶坝的蓄水需求(以上分析未考虑下游灌区的用水需求)。如发生极端缺水条件，利用上游清河、柴河、南城子、榛子岭等水库进行生态供水，也能够满足橡胶坝的正常蓄水要求[8-10]。

3.3 橡胶坝的建成影响

1)对两岸浸没影响。该橡胶坝为主槽橡胶坝，设计坝顶高程低于现状滩唇，正常蓄水位较现状水位仅抬高1.2m，较多年平均高潮位仅高0.59m。滨海芦苇盐土湿地分布于辽河两侧，滨岸地带局部有浅水洼地，地表潮湿，潮沟密布甚至成沼泽，芦苇丛生，因此对两岸不会产生浸没影响。盘锦市在中华路大桥附近修建了三处滩地公园，公园内有部分林地高程低于橡胶坝坝顶高程0.5m左右，不会产生太大的浸没问题[11]。

2)对河道淤积的影响。橡胶坝采用主槽建坝方案，坝高与低滩高程相近，坝宽与原河道一致，坝底板高程与原河道最深河底高程基本一致，汛期发生洪水时塌坝运行，不会造成来自橡胶坝上游陆相泥沙的显著淤积。曙光桥的位置处在过渡段中，距河口约45km。虽然本次设计采用主槽建坝方案，对过流断面影响较小，但由于橡胶坝蓄水将引起潮流量减小和潮波的显著变形，将加重海相泥沙的淤积[12]。

3)对防洪的影响分析。由于橡胶坝的坝高与低滩高程相近，汛期发生洪水时塌坝运行，不会造成壅水，与建坝前河道天然河道泄洪基本一致，也未改变河槽水流流态，不会对河道横向自然演变造成不利影响[13]。

4 结 语

1)拦河橡胶坝具有管理方便、施工简单、成本造价低等优势，在城区园林美化工程中具有广泛的应用前景。经计算，盘锦市曙光桥橡胶坝年运行最小蓄水量为2847万m3，主要包括春季蓄水库容，汛后二次蓄水，以及蒸发渗透的损失水量。从六间房实测水量来看，可基本满足橡胶坝的蓄水需求，如发生极端缺水条件，利用上游清河、柴河、南城子、榛子岭等水库进行生态供水，也能够满足橡胶坝的正常蓄水要求。

2)由于橡胶坝蓄水将引起潮流量减小和潮波的显著变形，将加重海相泥沙的淤积。因此，在为了保证本段及上游的防洪安全和维持橡胶坝的正常运行，应严密观测橡胶坝上下游河段的淤积情况，如发生淤积必须及时进行人工清淤至设计断面，以确保行洪断面的畅通。