武烈河橡膠壩群汛期調(diào)度方案研究

周政民

（承德市武烈河河道與橡膠壩管理處，河北 承德 067000）

武烈河橡膠壩群汛期調(diào)度方案研究

周政民

（承德市武烈河河道與橡膠壩管理處，河北 承德 067000）

橡膠壩群是多個(gè)橡膠壩工程的組合，承德市從1989年起，在武烈河上相繼建成了12道橡膠壩工程，形成了全國(guó)最大的橡膠壩群。如何做好橡膠壩群的安全調(diào)度，使其充分發(fā)揮效益，是工程目前面臨的一個(gè)新課題。作者通過橡膠壩群多年運(yùn)行管理，提出了對(duì)汛期橡膠壩群采取動(dòng)態(tài)控制和生態(tài)調(diào)度的方法，解決了橡膠壩群在汛期調(diào)度中遇到的問題。

橡膠壩群；綜合調(diào)度；動(dòng)態(tài)控制；生態(tài)調(diào)度

1 提出問題

橡膠壩是一種新型水工建筑物，具有投資省、見效快、造型優(yōu)美、規(guī)模宏大、生態(tài)、社會(huì)、環(huán)境效益顯著等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于灌溉、發(fā)電、回灌地下水、防潮和城市河道生態(tài)景觀治理中。橡膠壩群是多個(gè)梯級(jí)橡膠壩工程的組合，近幾年，橡膠壩群在我國(guó)城市生態(tài)景觀建設(shè)中顯示了不可替代的作用。橡膠壩群的建成，促進(jìn)了城市河道水生態(tài)景觀建設(shè)及城市建設(shè)的發(fā)展，大大提高了城市品味。承德市從1989年開始在市區(qū)段武烈河上修建橡膠壩工程，目前已建成了12道梯級(jí)橡膠壩，形成12km長(zhǎng)，水面面積240萬m2的全國(guó)最大的梯級(jí)橡膠壩群。

橡膠壩群在汛期立壩運(yùn)行管理中會(huì)遇到以下幾個(gè)突出問題：

1.1 汛期立壩蓄水運(yùn)行與城市整體防洪的矛盾

汛期一旦上游洪水來臨，橡膠壩群要在短時(shí)間塌壩泄洪的問題就突顯出來。武烈河是一條典型的山區(qū)河流，汛期洪湖水暴漲暴落且夾帶大量泥沙，為保證橡膠壩工程安全度汛運(yùn)行，一旦上游發(fā)生較大洪水，必須在洪水到來之前將壩袋塌平。如何在短時(shí)間內(nèi)完成泄洪而又不造成壩袋振動(dòng)，確保橡膠壩庫區(qū)不落淤，這就形成了立壩蓄水與塌壩泄洪之間的矛盾。

1.2 立壩蓄水運(yùn)行、塌壩運(yùn)行與整體景觀的矛盾

橡膠壩是一種低水頭水工建筑物，我國(guó)橡膠壩高度一般在5m以下，受河道自然坡降和橡膠壩壩袋高度的控制，橡膠壩蓄水區(qū)域平均水深一般為1.5～2.5m,由于夏季日照陽光充足，這樣的條件正好適合于微生物、藻類的生長(zhǎng)。長(zhǎng)時(shí)間立壩蓄水運(yùn)行，庫區(qū)水溫逐漸升高，加快了水體富營(yíng)養(yǎng)化。立壩時(shí)間越長(zhǎng)，庫區(qū)水生雜草繁殖越快，造成水體、水面污染。塌壩運(yùn)行，河道灘地裸露在外面，雜亂無章，時(shí)間一長(zhǎng)，又會(huì)滋生很多雜草，與周圍景觀顯得很不協(xié)調(diào)，工程景觀效益不能發(fā)揮。

如何解決上述矛盾，發(fā)揮工程的最大作用，是一項(xiàng)重要課題。因此，加強(qiáng)橡膠壩群的聯(lián)合調(diào)度研究，合理確定不同橡膠壩群的蓄水和泄水過程，科學(xué)制定橡膠壩群蓄水時(shí)段和水位動(dòng)態(tài)控制方案非常必要。

2 目標(biāo)任務(wù)

根據(jù)橡膠壩群的功能和使用目的，橡膠壩群綜合調(diào)度方案研究目標(biāo)任務(wù)就是通過動(dòng)態(tài)控制，探索橡膠壩工程汛期立壩如何安全度汛、安全運(yùn)行。通過生態(tài)調(diào)度，探索橡膠壩工程汛期立壩興利與生態(tài)如何協(xié)調(diào)統(tǒng)一。同時(shí)，制定橡膠壩群應(yīng)急調(diào)度預(yù)案：①研究在汛期洪水到來之前，在最短的時(shí)間內(nèi)，如何安全、快速地將橡膠壩壩袋坍平，選擇最佳塌壩時(shí)間、塌壩間隔、塌壩次序、塌壩方式，從而達(dá)到橡膠壩群在短時(shí)間內(nèi)塌壩泄空，保證上游洪水安全下泄；②研究汛期橡膠壩立壩最佳方案，確定科學(xué)合理的立壩、塌壩組合，通過生態(tài)調(diào)度，確保橡膠壩庫區(qū)水面潔凈，整體景觀效益最大限度地發(fā)揮；③研究橡膠壩在遇到突發(fā)事件時(shí)應(yīng)急調(diào)度方案。

目前橡膠壩群塌壩泄洪，主要采用逆序逐級(jí)塌壩方式，即在上游洪水到來之前，首先泄掉橡膠壩群最后一座壩的蓄水，然后開始泄其上一座橡膠壩的蓄水，直至最上一座橡膠壩水體全部泄完。這種塌壩泄洪方式時(shí)間較長(zhǎng)，在上游洪水到來之前，不能滿足將所有橡膠壩泄空、塌平，極易造成橡膠壩庫區(qū)淤積或給橡膠壩的運(yùn)行帶來較大安全隱患。對(duì)庫區(qū)內(nèi)滋生的大量的水生雜草、青苔等主要依靠人力進(jìn)行清除，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，又花費(fèi)大量投資。

3 橡膠壩群調(diào)度目標(biāo)原則

橡膠壩群作為城市水景觀建設(shè)的一種新型組合水利工程，橡膠壩的數(shù)量越多，蓄水量越大，綜合調(diào)度技術(shù)越復(fù)雜、難度越大。一旦一座橡膠壩壩袋發(fā)生破壞，突發(fā)的大流量泄水會(huì)危及下游橡膠壩的安全，乃至危及整個(gè)橡膠壩群的安全，所以從這一方面說，必須做到萬無一失。

目前市區(qū)段已經(jīng)建成12道橡膠壩，總蓄水量達(dá)300萬m3，相當(dāng)于一座小型水庫，如果調(diào)度不當(dāng)，發(fā)生壩袋撕裂事故，就會(huì)因?yàn)樗寞B加作用，給下游的橡膠壩工程造成毀滅性的損壞，經(jīng)濟(jì)損失不可估量。武烈河是一條多發(fā)洪水的典型的山區(qū)河流，由于上游沒有控制性攔蓄水工程，一到汛期，市區(qū)防洪任務(wù)非常艱巨。所以，各橡膠壩之間的科學(xué)調(diào)度、安全運(yùn)行，對(duì)于保障市區(qū)行洪安全，保護(hù)各橡膠壩的安全至關(guān)重要。

橡膠壩群的綜合運(yùn)行調(diào)度必須與工程的運(yùn)行管理統(tǒng)一起來。根據(jù)上述特點(diǎn)，確定了橡膠壩群調(diào)度原則：①上游來水經(jīng)過橡膠壩庫區(qū)時(shí)，橡膠壩庫區(qū)不落淤；②塌壩泄水水流過壩時(shí)橡膠壩壩袋不發(fā)生振動(dòng)，壩袋安全運(yùn)行；③洪水到來之前壩袋全部塌平；④橡膠壩庫區(qū)不滋生水生雜草，水質(zhì)無污染，水面潔凈。

根據(jù)武烈河橡膠壩群深淺槽布置形式，通過對(duì)武烈河洪水總量、泥沙資料及壩袋過水情況綜合分析計(jì)算，確定武烈河橡膠壩群的控制運(yùn)用原則：即上游來水清澈明亮，流量小于40m3/s立壩運(yùn)行；上游來水大于40m3/s或來水渾濁，塌壩運(yùn)行。

4 橡膠壩群汛期立壩組合形式

4.1 限蓄立壩組合

為保證工程安全度汛，汛期6月1日～9月30日，各橡膠壩汛期立壩高度采用設(shè)計(jì)壩高的80%蓄水，根據(jù)承德多年橡膠壩運(yùn)行實(shí)際情況，各橡膠壩在放壩泄流時(shí)，即使上游放壩泄水造成洪水的疊加，橡膠壩袋也不會(huì)發(fā)生振動(dòng)情況，能夠保證安全泄流。

4.1.1 限蓄立壩組合的優(yōu)點(diǎn)

（1）汛期上游來水，橡膠壩需要塌壩泄洪時(shí)，可以同時(shí)進(jìn)行泄洪，壩袋放壩泄水時(shí)壩袋不發(fā)生振動(dòng)，縮短了落壩時(shí)間。

（2）有利于汛期放壩運(yùn)行調(diào)度，對(duì)橡膠壩塌壩行洪有利。

4.1.2 限蓄立壩組合的缺點(diǎn)

（1）由于達(dá)不到設(shè)計(jì)壩高，庫區(qū)灘地不能全部覆蓋，對(duì)整體景觀環(huán)境有一定影響。

（2）長(zhǎng)時(shí)間的立壩蓄水，庫區(qū)內(nèi)容易滋生水生微生物等，易誘發(fā)水華，加快水惡化及庫區(qū)內(nèi)的水生雜草、河道內(nèi)藻類等微生物的繁殖，水面不潔凈。

（3）長(zhǎng)時(shí)間立壩蓄水，不利于工程的運(yùn)行檢修。

4.2 蓄泄交替動(dòng)態(tài)控制立壩組合

即1、3、5、7、9、11道壩立壩蓄水運(yùn)行，2、4、6、8、10、12道壩塌壩運(yùn)行。橡膠壩蓄水、泄水實(shí)行動(dòng)態(tài)控制，蓄水、泄水交換時(shí)間間隔以10～20d為宜。蓄泄交替動(dòng)態(tài)控制立壩組合從優(yōu)化防洪調(diào)度、生態(tài)調(diào)度、運(yùn)行調(diào)度3個(gè)方面進(jìn)行了綜合考慮和詳細(xì)分析。

4.2.1 蓄泄交替動(dòng)態(tài)控制立壩組合的優(yōu)點(diǎn)

（1）汛期上游來水，橡膠壩需要塌壩泄洪時(shí)，根據(jù)觀測(cè)計(jì)算，上游橡膠壩放水流到下一道橡膠壩時(shí)，下一道橡膠壩在這段時(shí)間差內(nèi)壩袋已經(jīng)降到了設(shè)計(jì)壩高的80%以下，避開了壩袋發(fā)生振動(dòng)的區(qū)域，可以同時(shí)進(jìn)行泄洪?？s短了落壩時(shí)間，有利于汛期放壩運(yùn)行調(diào)度。

（2）通過蓄泄進(jìn)行水體交換，改善水質(zhì)，同時(shí)，通過泄水對(duì)庫區(qū)灘地進(jìn)行晾曬，將水生雜草涼曬致死，抑制或減少了庫區(qū)內(nèi)的水生雜草過快繁殖，抑制河道內(nèi)藻類等微生物的產(chǎn)生。通過及時(shí)蓄水，可以使庫區(qū)灘地生長(zhǎng)出來的小草浸泡淹死。這種方法在武烈河橡膠壩對(duì)庫區(qū)水生雜草的治理中效果非常明顯。

（3）通過蓄泄，利用蓄泄時(shí)間差對(duì)泄水壩袋進(jìn)行工程的運(yùn)行檢修，徹底解決了長(zhǎng)期立壩蓄水對(duì)橡膠壩工程不能按時(shí)檢修的難題。

4.2.2 蓄泄交替動(dòng)態(tài)控制立壩組合的缺點(diǎn)

對(duì)整體景觀環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。

4.3 全蓄立壩組合

按設(shè)計(jì)高度全部立壩蓄水。

4.3.1 全蓄立壩組合的優(yōu)點(diǎn)

對(duì)整體景觀環(huán)境好，能夠最大限度地發(fā)揮橡膠壩的工程效益。

4.3.2 全蓄立壩組合的缺點(diǎn)

（1）汛期上游來水，橡膠壩需要塌壩泄洪時(shí)，放壩時(shí)間長(zhǎng)，不利于汛期放壩運(yùn)行調(diào)度。

（2）易誘發(fā)水華，加快水惡化，加快庫區(qū)內(nèi)的水生雜草、河道內(nèi)藻類等微生物過快產(chǎn)生繁殖。

（3）長(zhǎng)時(shí)間立壩蓄水，不利于工程的運(yùn)行檢修。

通過上述分析，得出如下結(jié)論：汛期橡膠壩群立壩宜采取蓄泄交替動(dòng)態(tài)控制的立壩組合和限蓄的立壩組合，不宜采取全蓄水立壩組合。

5 橡膠壩群汛期壩袋塌落方式

5.1 工程措施

工程措施有自排和強(qiáng)排2種方法。

5.2 非常措施

上游來洪較大，夾雜樹木、石頭較多時(shí)，如情況緊急，為減少洪水對(duì)壩袋的破壞，可采取人工穿戴救生繩索，在壩頭附近部位人為用刀將壩袋縱向割破（壩袋會(huì)沿裁口方向撕裂，如橫向裁口，會(huì)造成壩袋整個(gè)橫向大面積撕裂，這樣只會(huì)縱向撕裂一小段）排水，等洪水過后及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)。壩袋需裁口的部位、數(shù)量視具體情況現(xiàn)場(chǎng)確定。

在汛期立壩蓄水較多，上游汛情嚴(yán)重需要放壩較快時(shí)，為確保下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全，要及時(shí)通知下游，以及時(shí)撤出河道內(nèi)的人、機(jī)械及施工隊(duì)伍等。

6 橡膠壩群汛期立壩綜合調(diào)度方案

6.1 建立上游水情、汛情報(bào)汛站

對(duì)上游沒有攔蓄水控制性工程的橡膠壩群，要保證橡膠壩群汛期立壩安全度汛及運(yùn)行，必須在上游建立水情、汛情報(bào)汛站，以便在第一時(shí)間內(nèi)為下游提供準(zhǔn)確的汛情資料。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)預(yù)報(bào)洪水系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在水利氣象等各個(gè)方面，通過對(duì)上游產(chǎn)流信息的采集、傳輸、處理，對(duì)上游區(qū)域可能發(fā)生的洪水在最短的時(shí)間內(nèi)作出預(yù)報(bào)預(yù)警。通過科學(xué)監(jiān)控，及時(shí)準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)，管理部門可盡早做出準(zhǔn)確的決策、判斷，及時(shí)準(zhǔn)確確定橡膠壩塌壩時(shí)間，提前做好塌壩的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，進(jìn)行科學(xué)調(diào)度，為橡膠壩的安全運(yùn)行提供的保障。承德市通過在武烈河橡膠壩群上游30km的高寺臺(tái)建立報(bào)汛站，設(shè)立報(bào)訊水尺、報(bào)訊斷面等，在汛期堅(jiān)持24h值班，及時(shí)將有關(guān)汛情、水情資料報(bào)告給管理單位。管理單位根據(jù)上游汛情資料，及時(shí)推測(cè)洪水大小和到達(dá)時(shí)間，并及時(shí)準(zhǔn)確地調(diào)度塌壩，保證了橡膠壩群工程的安全。

6.2 嚴(yán)格按照橡膠壩升落壩操作規(guī)程操作

橡膠壩用錦綸6、錦綸66兩種纖維做受力骨架，是一種柔性薄殼結(jié)構(gòu)，富有彈性，對(duì)水流流態(tài)反映敏感。橡膠壩工程能否發(fā)揮已有的效益，運(yùn)行管理是關(guān)鍵。運(yùn)行管理人員必須嚴(yán)格按照操作規(guī)程升落壩才能保證橡膠壩工程安全運(yùn)行。

6.3 落壩按照先下游后上游原則

落壩要堅(jiān)持先下后上原則，橡膠壩群自下至上開始逐級(jí)放水，每座壩落壩時(shí)間一般為2h。經(jīng)測(cè)算和分析，對(duì)于汛期限蓄立壩、蓄泄交替立壩組合的橡膠壩群工程，可以同時(shí)塌壩泄水，橡膠壩群可以在短時(shí)間內(nèi)塌平度汛。對(duì)于汛期立壩全蓄水的橡膠壩群組合工程，上、下游壩袋落壩間隔時(shí)間為5min。利用時(shí)間差，避開壩袋振動(dòng)的不利組合，減少橡膠壩壩袋磨損機(jī)會(huì)。

6.4 深槽泄洪優(yōu)先原則

對(duì)中小洪水，如果泥沙含量大，洪水總量較大，為保證橡膠壩庫區(qū)不產(chǎn)生落淤，采用深槽泄洪優(yōu)先原則。只從深槽泄洪，減少了壩袋起落次數(shù)，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，延長(zhǎng)壩袋的使用壽命。

7 結(jié)語

橡膠壩群是我國(guó)城市生態(tài)河道建設(shè)中出現(xiàn)的一種新型組合工程。工程能否發(fā)揮其效益，關(guān)鍵在于如何調(diào)度運(yùn)行。本課題研究從多方面對(duì)橡膠壩群汛期調(diào)度運(yùn)行進(jìn)行了詳細(xì)分析，提出了獨(dú)具武烈河橡膠壩群特色的運(yùn)行方案，具有很高的實(shí)用性。同時(shí)對(duì)各地橡膠壩群汛期的綜合調(diào)度運(yùn)行也有較好的借鑒作用，極大地促進(jìn)了工程運(yùn)行管理的規(guī)范化、制度化、科學(xué)化。

［1］高本虎.橡膠壩工程技術(shù)指南［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2004.

［2］徐智延，孫延璽.沂河梯級(jí)橡膠壩汛期調(diào)度運(yùn)用原則探討［J］.中國(guó)水利，2008（10）.

［3］楊士學(xué).橡膠壩工程的管理與運(yùn)用［J］.北京水利，1995（4）：41-45.

［4］武烈河橡膠壩工程管理辦法［R］.

Research on Integrated Dispatching Scheme of the Rubber Dam Group of Wulie River

ZHOU Zheng-min
（Management Office of Wulie River Course and Rubber Dam，Chengde067000，China）

Rubber dam group is a combination of several rubber dam engineerings.12 rubber dam engineerings have been built in Chengde since 1989,which came into the largest rubber dam group of China.Based on the research of the operation and management of rubber dam group for many years,bringing up a dynamic controlling and ecological dispatching method for the rubber dam group in flood season,which solved the problem of rubber dam group dispatching in flood season.

rubber dam group;integrated dispatching;dynamic controlling;ecological dispatching

TV64

A

1672-9900（2011）05-0004-03

2011-05-25

河北省水利重點(diǎn)科研項(xiàng)目冀水科（2010）-10-96

周政民（1965—），男（漢族），河北昌黎人，高級(jí)工程師，主要從事橡膠壩工程的運(yùn)行管理研究，（Tel）13831401203。