充氣橡膠壩在紅星水電站的應(yīng)用

何海華

龍門縣水利水電勘測設(shè)計(jì)室，廣東 惠州 516800

1 工程簡介

紅星水電站位于龍門縣藍(lán)田鄉(xiāng)北面的紅星村馬池塘處，為引水式河床電站。電站水系隸屬增江主要支流的藍(lán)田河水的倒流水，壩址以上集雨面積為65km2。本工程為利用原有灌溉攔河壩攔水，沿左岸開挖85m長引水渠引水發(fā)電，電站廠房設(shè)置在壩址下游左岸的布置形式。經(jīng)實(shí)地勘測和水文水利計(jì)算，充分論證電站效益與淹沒賠償，提出提高蓄水水位1m以提高發(fā)電水頭，增加發(fā)電效益的方案。并經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行管理等綜合評(píng)價(jià)，確定采用充氣橡膠壩。因此建成了龍門縣第一座充氣橡膠壩。

2 橡膠壩形式的確定

我國首座橡膠壩建成至今已逾40年，這期間，每一座橡膠壩的建成并投入運(yùn)行，均在不斷地重復(fù)驗(yàn)證它的廣泛適用性及其節(jié)省三材、造價(jià)低、結(jié)構(gòu)簡單、施工期短，以及跨度大、不阻水、自重輕和抗震性好等諸多優(yōu)點(diǎn)。

龍門縣在2007年以前興建了4座橡膠壩，均為充水橡膠壩。其中三座運(yùn)用于水利發(fā)電，一座運(yùn)用于旅游項(xiàng)目，運(yùn)用于水利發(fā)電的有兩座是在原有砌石壩的基礎(chǔ)上加充水橡膠壩形式。通過對(duì)這4座充水橡膠壩建成后運(yùn)行管理的調(diào)查研究，普遍存在充排水時(shí)間長、運(yùn)行成本高等問題，特別是汛期超標(biāo)準(zhǔn)洪水來臨，由于橡膠壩排水塌壩時(shí)間長，導(dǎo)致洪水回涌上游，發(fā)生淹沒賠償?shù)壬显L問題。

針對(duì)龍門縣已建橡膠壩在建設(shè)過程中、實(shí)際運(yùn)行管理的基本情況，結(jié)合紅星水電站實(shí)際，分析設(shè)計(jì)采用橡膠壩的形式。

紅星水電站引水壩是對(duì)原砌石壩進(jìn)行加固后，為提高發(fā)電水頭，增加發(fā)電效益，同時(shí)兼顧上游的淹沒賠償，考慮提高蓄水水位1m，進(jìn)行改建工程。該工程可借鑒的經(jīng)驗(yàn)在龍門縣有3宗，一宗是在原砌石壩上加水力自控翻板閘，兩宗是在原砌石壩上加充水橡膠壩。由于提高水位只有1m，在原砌石壩上加水力自控翻板閘可否決，現(xiàn)在要考慮的是橡膠壩的形式。龍門縣兩宗在原砌石壩上加充水橡膠壩的電站都是為了提高發(fā)電水頭，增加發(fā)電效益而在后來加裝的，運(yùn)行已有十幾年，下面結(jié)合紅星水電站實(shí)際，對(duì)充水橡膠壩和充氣橡膠壩的特點(diǎn)進(jìn)行比較。

2.1 土建工程

滿足充水橡膠壩的順?biāo)骰A(chǔ)底板寬度為3.5m，而充氣橡膠壩僅要求為2.7m，充氣的基礎(chǔ)底板寬度要比充水橡膠壩節(jié)省23%；在壩袋的錨固方面，充水橡膠壩需壩面上下游、兩端壩頭錨固，而充氣橡膠壩為單錨系統(tǒng)，只需上游、兩端壩頭錨固，下游無需錨固。這樣，在基礎(chǔ)的投資和工程施工時(shí)間上，充氣橡膠壩比充水橡膠壩較優(yōu)越。

2.2 壩袋、充排系統(tǒng)

充水橡膠壩的壩袋造價(jià)較充氣橡膠壩的低，且充水橡膠壩可任意調(diào)整水頭，而充氣橡膠壩必須在設(shè)定的水頭下運(yùn)行，但充水橡膠壩的安裝較充氣橡膠壩復(fù)雜；充水橡膠壩必須設(shè)置集水井抽水，它的充水泵房受水泵揚(yáng)程影響，不能根據(jù)實(shí)際地形設(shè)置，往往還要考慮洪水的影響，相應(yīng)的會(huì)增加投資。充氣橡膠壩獨(dú)有的帶脊的應(yīng)用，有效增強(qiáng)壩體的橫向張力，解決充氣運(yùn)行過程中的振動(dòng)問題；充氣橡膠壩采用充氣自動(dòng)調(diào)壓裝置，可在風(fēng)機(jī)停止充氣時(shí)給充氣橡膠壩袋內(nèi)氣體保壓，在橡膠壩袋受過流水位上漲而壩袋內(nèi)氣體壓力增加時(shí)，通過調(diào)壓密封蓋板將氣體泄放，以避免超壓使橡膠壩袋破壞。

2.3 運(yùn)行管理

充氣橡膠壩的運(yùn)行管理較簡單，自動(dòng)化的充氣排系統(tǒng)，通過液位傳感器和壓力傳感器傳出的信號(hào)，自動(dòng)調(diào)節(jié)壩體高度和充氣壓力，完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理；其在運(yùn)行過程中的突出優(yōu)勢(shì)就是充排氣時(shí)間短，比充水橡膠壩節(jié)省2/3的時(shí)間，特別是塌壩迅速及時(shí)，滿足汛期防汛搶險(xiǎn)的快速反應(yīng)，對(duì)于小型水電站在管理不到位的情況下尤其適用，避免塌壩不及時(shí)，造成上游淹沒賠償問題。

充氣橡膠壩塌壩后阻水效果比充水橡膠壩較好。充排設(shè)備的維護(hù)，充水橡膠壩在運(yùn)行維護(hù)方面受地下潮濕影響易銹蝕，充氣橡膠壩就不存在這個(gè)問題。充氣橡膠壩上的帶脊在溢流狀態(tài)下運(yùn)行，可形成均勻瀑布形狀，從而提升橡膠壩工程的景觀效果。

綜合以上充氣橡膠壩和充水橡膠壩特點(diǎn)的比照，最后確定紅星水電站采用充氣橡膠壩。

3 工程完成運(yùn)用效果

紅星水電站已投產(chǎn)運(yùn)行3年多，基本達(dá)到原設(shè)計(jì)要求。但充氣橡膠壩也存在著一定的不足。諸如氣體壓縮的不均勻性導(dǎo)致壩袋塌壩出現(xiàn)凹口，泄洪時(shí)水流相對(duì)集中，對(duì)下游河道沖刷較強(qiáng)，這就要充分考慮壩后消能的形式，以滿足壩體安全運(yùn)行的要求。

4 體會(huì)

通過對(duì)紅星水電站充氣橡膠壩設(shè)計(jì)選型，體會(huì)到橡膠壩在小型工程的應(yīng)用上的許多優(yōu)點(diǎn)。但對(duì)于山區(qū)河流，尤其是修建橫跨河道的橡膠壩不一定就適宜。山區(qū)河流坡降陡，洪水暴漲暴落，洪流夾雜著塊石、泥沙，并攜帶各種大小樹木，極易造成橡膠壩袋的磨損破壞；同時(shí)對(duì)于已建橡膠壩工程，運(yùn)行管理人員應(yīng)該知道排水（氣）塌壩的時(shí)間，在汛期加強(qiáng)管理，以免因塌壩不及時(shí)，造成上游淹沒損失。在此，筆者認(rèn)為，對(duì)于山區(qū)河流或者水土流失較嚴(yán)重的河流，修建攔河壩時(shí)，應(yīng)綜合考慮各種因素選擇壩型，以使工程的效益最大化。

5 結(jié)論

近年隨著新型充氣橡膠壩技術(shù)的發(fā)展和我國城市用水、景觀建設(shè)及環(huán)境整治的需要，充氣橡膠壩得到更廣泛的運(yùn)用，并發(fā)揮著越來越重要的作用。

當(dāng)然，充氣橡膠壩也存在著一定不足。諸如氣體壓縮的不均勻性易導(dǎo)致出現(xiàn)凹口；壩袋的合成橡膠材料易風(fēng)化等，但這些技術(shù)問題隨著我國充氣橡膠壩生產(chǎn)技術(shù)的逐步提升，其所存在的相對(duì)不足也將迎刃而解。

[1]何海華，黃敬森，陳勇杰，等.龍門縣藍(lán)田鄉(xiāng)紅星水電站初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].龍門：龍門縣水利水電勘測設(shè)計(jì)室，2007.

[2]SL227-98，橡膠壩技術(shù)規(guī)范[S].

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

[4]中國水利，2007，16（586）.