武烈河橡膠壩群汛期調度方案研究

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，形成了全國最大的橡膠壩群。如何做好橡膠壩群的安全調度，使其充分發(fā)揮效益，是工程目前面臨的一個新課題。作者通過橡膠壩群多年運行管理，提出了對汛期橡膠壩群采取動態(tài)控制和生態(tài)調度的方法，解決了橡膠壩群在汛期調度中遇到的問題。

橡膠壩群；綜合調度；動態(tài)控制；生態(tài)調度

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、環(huán)境效益顯著等優(yōu)點，被廣泛應用于灌溉、發(fā)電、回灌地下水、防潮和城市河道生態(tài)景觀治理中。橡膠壩群是多個梯級橡膠壩工程的組合，近幾年，橡膠壩群在我國城市生態(tài)景觀建設中顯示了不可替代的作用。橡膠壩群的建成，促進了城市河道水生態(tài)景觀建設及城市建設的發(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道梯級橡膠壩，形成12km長，水面面積240萬m2的全國最大的梯級橡膠壩群。

橡膠壩群在汛期立壩運行管理中會遇到以下幾個突出問題：

1.1 汛期立壩蓄水運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。如何在短時間內完成泄洪而又不造成壩袋振動，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 立壩蓄水運行、塌壩運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。長時間立壩蓄水運行，庫區(qū)水溫逐漸升高，加快了水體富營養(yǎng)化。立壩時間越長，庫區(qū)水生雜草繁殖越快，造成水體、水面污染。塌壩運行，河道灘地裸露在外面，雜亂無章，時間一長，又會滋生很多雜草，與周圍景觀顯得很不協(xié)調，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，是一項重要課題。因此，加強橡膠壩群的聯(lián)合調度研究，合理確定不同橡膠壩群的蓄水和泄水過程，科學制定橡膠壩群蓄水時段和水位動態(tài)控制方案非常必要。

2 目標任務

根據(jù)橡膠壩群的功能和使用目的，橡膠壩群綜合調度方案研究目標任務就是通過動態(tài)控制，探索橡膠壩工程汛期立壩如何安全度汛、安全運行。通過生態(tài)調度，探索橡膠壩工程汛期立壩興利與生態(tài)如何協(xié)調統(tǒng)一。同時，制定橡膠壩群應急調度預案：①研究在汛期洪水到來之前，在最短的時間內，如何安全、快速地將橡膠壩壩袋坍平，選擇最佳塌壩時間、塌壩間隔、塌壩次序、塌壩方式，從而達到橡膠壩群在短時間內塌壩泄空，保證上游洪水安全下泄；②研究汛期橡膠壩立壩最佳方案，確定科學合理的立壩、塌壩組合，通過生態(tài)調度，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)事件時應急調度方案。

目前橡膠壩群塌壩泄洪，主要采用逆序逐級塌壩方式，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間較長，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行帶來較大安全隱患。對庫區(qū)內滋生的大量的水生雜草、青苔等主要依靠人力進行清除，費時、費力，又花費大量投資。

3 橡膠壩群調度目標原則

橡膠壩群作為城市水景觀建設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，綜合調度技術越復雜、難度越大。一旦一座橡膠壩壩袋發(fā)生破壞，突發(fā)的大流量泄水會危及下游橡膠壩的安全，乃至危及整個橡膠壩群的安全，所以從這一方面說，必須做到萬無一失。

目前市區(qū)段已經建成12道橡膠壩，總蓄水量達300萬m3，相當于一座小型水庫，如果調度不當，發(fā)生壩袋撕裂事故，就會因為水的疊加作用，給下游的橡膠壩工程造成毀滅性的損壞，經濟損失不可估量。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)防洪任務非常艱巨。所以，各橡膠壩之間的科學調度、安全運行，對于保障市區(qū)行洪安全，保護各橡膠壩的安全至關重要。

橡膠壩群的綜合運行調度必須與工程的運行管理統(tǒng)一起來。根據(jù)上述特點，確定了橡膠壩群調度原則：①上游來水經過橡膠壩庫區(qū)時，橡膠壩庫區(qū)不落淤；②塌壩泄水水流過壩時橡膠壩壩袋不發(fā)生振動，壩袋安全運行；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，通過對武烈河洪水總量、泥沙資料及壩袋過水情況綜合分析計算，確定武烈河橡膠壩群的控制運用原則：即上游來水清澈明亮，流量小于40m3/s立壩運行；上游來水大于40m3/s或來水渾濁，塌壩運行。

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計壩高的80%蓄水，根據(jù)承德多年橡膠壩運行實際情況，各橡膠壩在放壩泄流時，即使上游放壩泄水造成洪水的疊加，橡膠壩袋也不會發(fā)生振動情況，能夠保證安全泄流。

4.1.1 限蓄立壩組合的優(yōu)點

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

（2）有利于汛期放壩運行調度，對橡膠壩塌壩行洪有利。

4.1.2 限蓄立壩組合的缺點

（1）由于達不到設計壩高，庫區(qū)灘地不能全部覆蓋，對整體景觀環(huán)境有一定影響。

（2）長時間的立壩蓄水，庫區(qū)內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)內的水生雜草、河道內藻類等微生物的繁殖，水面不潔凈。

（3）長時間立壩蓄水，不利于工程的運行檢修。

4.2 蓄泄交替動態(tài)控制立壩組合

即1、3、5、7、9、11道壩立壩蓄水運行，2、4、6、8、10、12道壩塌壩運行。橡膠壩蓄水、泄水實行動態(tài)控制，蓄水、泄水交換時間間隔以10～20d為宜。蓄泄交替動態(tài)控制立壩組合從優(yōu)化防洪調度、生態(tài)調度、運行調度3個方面進行了綜合考慮和詳細分析。

4.2.1 蓄泄交替動態(tài)控制立壩組合的優(yōu)點

（1）汛期上游來水，橡膠壩需要塌壩泄洪時，根據(jù)觀測計算，上游橡膠壩放水流到下一道橡膠壩時，下一道橡膠壩在這段時間差內壩袋已經降到了設計壩高的80%以下，避開了壩袋發(fā)生振動的區(qū)域，可以同時進行泄洪。縮短了落壩時間，有利于汛期放壩運行調度。

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

（3）通過蓄泄，利用蓄泄時間差對泄水壩袋進行工程的運行檢修，徹底解決了長期立壩蓄水對橡膠壩工程不能按時檢修的難題。

4.2.2 蓄泄交替動態(tài)控制立壩組合的缺點

對整體景觀環(huán)境產生一定的影響。

4.3 全蓄立壩組合

按設計高度全部立壩蓄水。

4.3.1 全蓄立壩組合的優(yōu)點

對整體景觀環(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

（1）汛期上游來水，橡膠壩需要塌壩泄洪時，放壩時間長，不利于汛期放壩運行調度。

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

（3）長時間立壩蓄水，不利于工程的運行檢修。

通過上述分析，得出如下結論：汛期橡膠壩群立壩宜采取蓄泄交替動態(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，如情況緊急，為減少洪水對壩袋的破壞，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（壩袋會沿裁口方向撕裂，如橫向裁口，會造成壩袋整個橫向大面積撕裂，這樣只會縱向撕裂一小段）排水，等洪水過后及時進行修補。壩袋需裁口的部位、數(shù)量視具體情況現(xiàn)場確定。

在汛期立壩蓄水較多，上游汛情嚴重需要放壩較快時，為確保下游人民生命財產安全，要及時通知下游，以及時撤出河道內的人、機械及施工隊伍等。

6 橡膠壩群汛期立壩綜合調度方案

6.1 建立上游水情、汛情報汛站

對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行，必須在上游建立水情、汛情報汛站，以便在第一時間內為下游提供準確的汛情資料。隨著計算機技術的發(fā)展，計算機預報洪水系統(tǒng)已經廣泛應用在水利氣象等各個方面，通過對上游產流信息的采集、傳輸、處理，對上游區(qū)域可能發(fā)生的洪水在最短的時間內作出預報預警。通過科學監(jiān)控，及時準確地預報，管理部門可盡早做出準確的決策、判斷，及時準確確定橡膠壩塌壩時間，提前做好塌壩的各項準備工作，進行科學調度，為橡膠壩的安全運行提供的保障。承德市通過在武烈河橡膠壩群上游30km的高寺臺建立報汛站，設立報訊水尺、報訊斷面等，在汛期堅持24h值班，及時將有關汛情、水情資料報告給管理單位。管理單位根據(jù)上游汛情資料，及時推測洪水大小和到達時間，并及時準確地調度塌壩，保證了橡膠壩群工程的安全。

6.2 嚴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，是一種柔性薄殼結構，富有彈性，對水流流態(tài)反映敏感。橡膠壩工程能否發(fā)揮已有的效益，運行管理是關鍵。運行管理人員必須嚴格按照操作規(guī)程升落壩才能保證橡膠壩工程安全運行。

6.3 落壩按照先下游后上游原則

落壩要堅持先下后上原則，橡膠壩群自下至上開始逐級放水，每座壩落壩時間一般為2h。經測算和分析，對于汛期限蓄立壩、蓄泄交替立壩組合的橡膠壩群工程，可以同時塌壩泄水，橡膠壩群可以在短時間內塌平度汛。對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間為5min。利用時間差，避開壩袋振動的不利組合，減少橡膠壩壩袋磨損機會。

6.4 深槽泄洪優(yōu)先原則

對中小洪水，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)省運行費用，延長壩袋的使用壽命。

7 結語

橡膠壩群是我國城市生態(tài)河道建設中出現(xiàn)的一種新型組合工程。工程能否發(fā)揮其效益，關鍵在于如何調度運行。本課題研究從多方面對橡膠壩群汛期調度運行進行了詳細分析，提出了獨具武烈河橡膠壩群特色的運行方案，具有很高的實用性。同時對各地橡膠壩群汛期的綜合調度運行也有較好的借鑒作用，極大地促進了工程運行管理的規(guī)范化、制度化、科學化。

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

［2］徐智延，孫延璽.沂河梯級橡膠壩汛期調度運用原則探討［J］.中國水利，2008（10）.

［3］楊士學.橡膠壩工程的管理與運用［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

河北省水利重點科研項目冀水科（2010）-10-96

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