李志争

（龙门景区伊河管理站）

0 引言

自20世纪50年代初开始，高分子合成材料的橡胶坝开始应用于水利、水文及环境保护行业。发展初期，许多国家和地区对橡胶坝进行了系统性的研究和探讨。美国、英国以及前苏联均对橡胶坝的水力特性、材料特性、溢流坝体震动以及溢流量计算等方面进行了深入研究并取得了丰富的成果。近年来，中国社会经济快速腾飞，城市生态环境问题极为突出。为改善城市生态环境和宜居环境，橡胶坝被广泛应用于城市河道治理、城市发展规划、水力发电、灌溉、防洪抗旱等方面。然而大量的橡胶坝拦河而建，其改变了河道原有的水力特性，使得河道的水位和流量等水文要素失去了代表性。这对水文测验，尤其是流量测验产生了很大的影响，使得流量测次大幅增加且难以精准控制水位流量变化转折处，使得常规测验方法难以开展。

1 国内研究

格雷斯对中国橡胶坝的大量实验研究，可改进橡胶坝技术，使其适应不断变化的气候条件和复杂的地区条件。在胶袋形状方面，周松康提出，充水胶袋的几何形状是由循环曲线和可变曲线组合而形成的，并给出了曲线的基本计算公式。橡胶坝包的设计和安装形式可以通过查阅橡胶坝的技术说明来得到。由于运行中的橡胶坝变形大，为了保证坝包的安全，实用工程中不需要崩塌，形成了坝破裂等一些严重问题。对不同荷载下橡胶坝荷载的成品进行了分析，关于橡胶的渗流特性，袁世敏进行了实验研究，并得到与此相关的上游和下游橡胶排放规律。关于橡胶坝的流量系数，陈鲁伊也进行了一些实验研究。陈瑞研究了可能影响橡胶坝流量系数的一些主要因素，得到了填满单锚水的橡胶坝流量系数与各影响因素的关系。

2 橡胶坝对流量测验的影响

2.1 对中低水流量测验的影响

枯水和平水期，上游来水量较小，当橡胶坝的坝袋处于充涨状态时，在橡胶坝上游形成面积较大的水域，即小型人工湖泊或水库。受橡胶坝影响，水位壅高，形成的回水淹没流量测验断面。而橡胶坝顶部泄流量不大，从而在其上游流量测验断面处形成高水位低流速、甚至无流速的现象。这对流量测验极为不利，流速很小时，流速仪无法测出流速。

当橡胶坝蓄水完成，坝顶开始溢流时，河道水力特性发生变化，由无流速变化为有流速，由于水流具有连续性，很难找到合适恰当的时机施测到临界状态。

当橡胶坝突然落坝时，大量水流下泄，水位快速下降，流速陡然增大，使得很难掌握到流量测验时机，同时也难准确地施测到最大流量及最大流速，最终难以准确推算出过水量。

2.2 橡胶坝对洪水期的影响

洪水期间，根据防洪调度，加快洪水下泄速度，橡胶坝一般处于坍塌状态。坍坝后的橡胶坝与河底几乎相平，其坝体对洪水下泄影响不大。而橡胶坝附件如锚固墙壁等对水流形成一定的约束，使橡胶坝处的流速增大，水流对橡胶坝的冲刷力增大，加剧了橡胶坝的磨损。

2.3 橡胶坝特性对水流的影响

由于橡胶坝完全充涨时，其顶部可以漫溢水流，水力特性与实用型溢流堰非常相似。水流通过橡胶坝顶部时，其水舌受到橡胶坝的约束和顶托，水舌形状与橡胶坝拟合的很好，水面线光滑连续过渡。由于橡胶坝坝体柔韧且水流中泓部位流速大，因此橡胶坝呈现变形，中间扭曲程度比两端大。水舌在橡胶坝前形成交涉衍行，水流紊乱。随着上游来水变化，橡胶坝承受的水压和坝体内水压不断变化，橡胶坝形态也随之而变化，这对橡胶坝泄流、下游流量测验以及堰流参数率定造成不利影响。

由于橡胶坝材质相对比较柔韧，在水流的冲击下，橡胶坝的坝体产生振动，从而对橡胶坝产生不利影响，同时使得过坝水流不稳定，不利于流量测验。

3 消除影响措施

3.1 迁移测验断面

在橡胶坝充涨状态下，橡胶坝上游开始蓄水，在上游形成小型湖泊或水库。当回水淹没测验断面，在测验断面形成高水位低流速、甚至水位上涨而无流速。根据情况可以在橡胶坝上、下游勘测满足流量测验要求的断面。根据规范要求，流量测验断面可以向上游迁址于回水影响以外且有足够顺直长度的河段，也可以向下游迁移于橡胶坝泄流消能影响以外、水流平稳且有足够顺直长度的河段。在勘选流量测验断面时，应避开死水区、回水回流区，并且勘选断面与原测验断面之间无支流加入，保证现有测验条件下的流量测验精度。该方案虽然完全摆脱了橡胶坝的影响，但迁移断面需要新建设施、配备设备，投资量大。

3.2 改变测验整编方法

橡胶坝蓄水时，在上游形成湖泊或水库，可根据其河槽蓄水变量推求水量。在橡胶坝上游的库区设置坝上水尺，观测橡胶坝库区水位。测绘橡胶坝上游河道地形，建立水位～蓄水量关系曲线。橡胶坝充涨蓄水期间，准确记录开始蓄水时间和开始溢流或坍坝放水结束时间。由开始蓄水至溢流或放水期间水位变化情况，推求出蓄水变量，从而计算出该时段内水量变化及平均流量。这种方案虽能推求出水量，但无法反映出流量变化的真实情况，更无法推求出该段时间内的流量极值，且建立水位～蓄水量关系较为困难。

3.3 采用多点法测速

橡胶坝蓄水期间，上游水位不断抬升，水面比降逐渐减小至0。流量测验断面水面变宽、面积增大，各测速垂线的流速很小，各垂线流速分布不再遵循抛物线或指数型分布。此种情况下，上层部分水体有流速，而下层某测点以下流速已经为0，若采用常规测流方法（如水面一点法或0.60一点法）难以得到精确的资料。为保证流量测验精度，应采用五点法甚至十一点法，测验出断面流速分布，并采用相应公式计算出垂线平均流速，进而计算出测验断面的流量。该方案能够得到测验断面处的实际流量过程，提高了流量测验精度，但是测验工作量大，耗时长。

3.4 精准把握测流时机

橡胶坝蓄水期间至蓄满期间，由于流速较小，施测不方便，在此期间不再施测流量。当橡胶坝开始溢流或者坍坝放水时，及时布设流量测次，并在允许误差范围内使用短历时测验出临界状态下的流量。该方案能够客观反映出天然径流过程，但要求密切关注橡胶坝变动情况、蓄水、溢流及坍坝放水时刻，随时出动，做到精准把握测流时机。

3.5 利用橡胶坝测流

橡胶坝属于低水头拦水建筑物。橡胶坝充涨时，其形态类似于实用性溢流堰。而坍坝运行时，橡胶坝几乎与河底平行，仍有阻水作用，其特性与宽顶堰相似。因此在橡胶坝溢流或坍坝期间，可以将橡胶坝作为实用堰或宽顶堰使用，从而推求出流量变化过程。在橡胶坝上游水流平顺区设立坝上水尺，观测坝上水位，计算坝上水头。在橡胶坝下游设立坝下测流断面，在坝下测流断面施测流量。通过观测橡胶坝形态变化，通过多次试验建立坝上水头与橡胶坝泄流量之间的关系，率定出橡胶坝泄流时的流量系数或建立橡胶坝溢流模型。利用橡胶坝流量系数、坝上水头、橡胶坝运行形态推求出过坝流量。目前该方案已经有了大量的研究成果，有多种经验公式可供借鉴。该方案大大减少了后期的流量测验工作量，并且能够准确推求出橡胶坝过坝流量，但是其前期工作量大，需要多次试验以建立橡胶坝不同状态下的关系模型。

3.6 加强与橡胶坝管理单位的联系

橡胶坝管理与水文测验分属不同部门，流量测验往往由于无法准确掌握橡胶坝状态变动情况而错过测流最佳时机。因此要加强与橡胶坝管理部门的联系，及时掌握橡胶坝状态变动情况，作出科学判断，及时合理布设流量测次，准确控制住流量变化过程。

4 结语

综上所述，橡胶坝已经成为河道治理、水力发电、灌溉等方面的重要拦水物。橡胶坝的建立改变了河道特性，对流量测验影响极大。在流量测验中，应根据不同情况，掌握橡胶坝、水位变动情况，通过深入研究分析并及时改变测验整编方法，以保证流量测验精度。