杨春普

（辽宁江河水利水电新技术设计研究院，辽宁沈阳 110003）

橡胶坝调节能力的研究

杨春普

（辽宁江河水利水电新技术设计研究院，辽宁沈阳 110003）

本文通过对辽河毓宝台橡胶坝工程的设计分析，得出橡胶坝自身调节能力有限，坝袋频繁塌落既影响橡胶坝的使用年限，又无法保证蓄水水面高程。通过工程实例的研究分析，增加调节闸的布置形式比较合理，既增加了橡胶坝的使用年限，又保证了景观水面的高程，从而为北方季节河性河流生态景观蓄水橡胶坝工程设计提供依据。

橡胶坝；调节能力；景观水面；生态景观

0 引 言

橡胶坝适用于低水头、大跨度的闸坝工程，已被广泛用于灌溉、发电防洪、城市景观、美化等工程。特别是城区景观园林工程，采用彩色坝袋，造型优美，线条流畅，可为城市建设增添一道优美的风景。

依据橡胶坝设计规范橡胶坝泄洪能力，可按堰流基本公式计算：

式中：Q——过坝流量，m3/s；B——溢流断面的平均宽度，m；h0——计人行近流速水头的堰顶水头，m；m——流量系数；σ——淹没系数，可取宽顶堰的试验数据；ε—堰流侧收缩系数，与边界条件有关。

为避免坝袋频繁起落，设计允许坝顶在一定水深范围内溢流，溢流水深控制在坝袋共振区内运行。根据省内多数橡胶坝实际运行经验可以控制在0.3 m以内，当溢流水深超此限，须坍坝泄洪。根据该公式计算单宽50 m橡胶坝坝顶溢流0.3 m，泄洪流量为17.3 m3/s，自身调节能力很小。

北方河流季节性明显，河道径流量多集中在汛期7—9月份，占全年的50%以上。汛期为满足防洪安全橡胶坝汛期塌坝运行，只有非汛期正常运行。因此，橡胶坝设计过程中应避免在非汛期频繁塌坝，即非汛期控制坝袋顶溢流水深超0.3 m。以下以辽河干流毓宝台生态抗旱蓄水改造工程为例，介绍工程设计通过调节闸的方式增加了橡胶坝的调节能力，使其在非汛期长期运行，避免塌坝运行。

1 项目建设背景

辽河毓宝台橡胶坝位于辽宁省新民市近郊，辽河干流中部，北临辽河毓宝台大桥，周边方巾牛村为新农村示范村。近年来，伴随着对辽河沿线综合生态治理的逐步深入，作为辽宁省打造三带（生态带、旅游带、城镇带）的重要试点，毓宝台大桥桥区上下游5 km范围内大堤间的土地进行全面封育，封育面积达11 km2。2011年，辽河毓宝台橡胶坝即毓宝台生态抗旱临时蓄水工程建成后，在其上下游沿线相继实施了多项生态湿地治理工程，包括在上游建成了毓宝台生态示范区、毓宝台生态绿化工程、下游付家窝堡排干湿地工程、102线桥下湿地（生态岛）工程。桥区上下游均形成了大面积的景观生态湿地。毓宝台橡胶坝坝底板高程22.81 m，坝长119 m，坝高2.5 m，回水长度约3.65 km，由拦河橡胶坝、管理房等组成。毓宝台橡胶坝地区作为整个景观生态湿地的核心节点，其湿地规模也应相应增大，以更加充分地发挥生态湿地改变水环境的作用，进而实现对水质改善的持久性。因此，此次改造工程最终目的就是扩大湿地面积。

2 项目建设任务

毓宝台地区湿地面积的扩建，首先需要现状橡胶坝在非汛期长时间处在挡水状态，提供稳定的蓄水位，进而为湿地提供充足的水源。分析现状毓宝台橡胶坝的规模：1）橡胶坝上游河槽宽度在200 m左右，下游河槽为190 m左右，坝址位置河槽宽为119 m，橡胶坝的宽度缩窄了河道主槽的宽度；2）从橡胶坝近2年的实际运行情况来看，在非汛期橡胶坝塌坝的次数过于频繁，不能一直提供稳定的水位，不能满足对湿地的长时间供水，又缩短了橡胶坝坝袋使用年限，主要原因是橡胶坝自身调节能力有限；3）现在橡胶坝高度为2.5 m，从现在左岸地势上看，现状橡胶坝挡水高程基本能够满足给湿地供水。

因此需解决现状橡胶坝以下两点问题：1）增加橡胶坝的宽度。现状橡胶坝宽将主河槽缩窄了约80 m，因此，可以通过增加2孔39 m的橡胶坝来解决。2）增加橡胶坝的调节能力。增加2孔橡胶坝后调节能力为67.6 m3/s，调节能力仍然有限，可以通过增加1孔10 m宽钢坝闸来解决，增加后调节能力提高为166.3 m3/s。橡胶坝高度基本能够满足湿地供水要求，因此，此次只对橡胶坝坝长和调节能力进行改造，改造后在左岸滩地上将形成196 hm2的湿地。

3 合理性分析

由于毓宝台资料较短，因此采用了上游巨流河站实测流量资料作为设计参考。通过统计巨流河水文站实测流量资料，多年平均径流量为31.1亿m3，年内径流分配不均，多集中在7—9月，约占全年径流量的65%，多年平均径流量月分配见表1。

表1 多年实测平均流量分月成果表 m3/s

橡胶坝设计过流能力坝顶水深为30 cm，改造后调节闸处在挡水状态，橡胶坝和钢坝闸顶共同溢流，设计过流能力为70.5 m3/s。当溢流流量短时间超过设计过流能力时，橡胶坝可以继续运行；当溢流流量长时间超过设计流量，或橡胶坝溢流流量大于极限流量时，此时为了防止橡胶坝坝袋因压力过大而损坏，则需关闭钢坝闸进行调节，保持橡胶坝处在运行的状态。

从表1可以看出，除7，8月份汛期以外，各月平均流量最大月份为9月，平均流量为167.5 m3/s。当橡胶坝坝上溢流水深为0.3 m，钢坝闸处于完全泄水状态，此时为橡胶坝不用塌坝的极限状态，该状态下钢坝闸起到的调节能力为最大。此时橡胶坝过流量为67.5 m3/s，钢坝闸过流量为98.8 m3/s，共同过流能力为166.3 m3/s。与表1中的非汛期最大月份9月167.5 m3/s基本接近，因此说明此次改造工程的建设规模是合理的。橡胶坝通过钢坝闸的调节后，可以在非汛期处在长时间运行状态，既减少了塌坝的次数，延长橡胶坝袋的寿命，又最大程度发挥了其生态蓄水的作用。如果流量大于166.3 m3/s时，则需塌坝运行。如果实际流量在70.5～166.3 m3/s之间的情况下，可以调节钢坝闸的不同开启度进行调节流量，来保证上游的生态水面面积。

4 结语

通过对已建工程分析得出结论，橡胶坝自身调节能力有限，坝上溢流水深超高0.3 m，即需要塌坝运行，频繁塌落直接影响橡胶坝袋使用寿命，影响景观水面的效果。本文提出增加调节闸，通过调节闸灵活启闭的特点，来调节橡胶坝坝顶溢流深度，使坝顶溢流水深控制在0.3 m以下，长时间处于挡水状态，减少塌坝次数，增加橡胶坝袋使用年限。

［1］苑希民.溢流橡胶坝泄流特性试验［J］.天津大学学报，1995（6）.

［2］臧宏.橡胶坝在溢流堰顶应用的水力特点［J］.河南水利，2003（10）.

［3］姚泽永.坝闸在城市用水及景观建设中的优势［J］.水利科技与经济，2010（10）.

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2016-03-21