淺談橡膠壩的設(shè)計(jì)與運(yùn)行管理

閆黃鳳 張 松

(北京中水科總公司 100048)

陳秀菊

(南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局 北京 100053)

河北省邯鄲市峰峰礦區(qū)為解決中長期城市環(huán)境用水需求、改善城市河湖水系狀態(tài)、營造人水相親的和諧環(huán)境，在滏陽河治理中，采用了橡膠壩工程。

1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與樞紐布置

樞紐建筑物的設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。樞紐建筑物由橡膠壩、泄水渠道、觀景平臺(tái)和管理房組成。橡膠壩采用斜坡式，壩高6.5m，底部寬度為80m，頂部寬度為107m，橡膠壩溢流前沿寬度為109m，左岸設(shè)置泄水渠道寬度為15m，在泄水道上游設(shè)置兩扇油壓啟閉平板鋼閘門，樞紐建筑物總寬度為124m。天然河床最低點(diǎn)高程為105.7m，壩頂高程選定為114.0m，壩底板高程選為107.5m，壩底板厚度為1.4m，底板底面高程為106.1m。橡膠壩固定在壩底板上，底板長度23m，壩上游設(shè)置鋼筋混凝土鋪蓋，鋪蓋長20m，下游連接消力池，消力池長度20m。觀景平臺(tái)布置在泄水渠道上，長度為101m，寬度為15.4m。管理用房布置在左岸河道轉(zhuǎn)彎處。

2 橡膠壩的充排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在橡膠壩壩高、壩長確定后，壩體容積便可確定，因此橡膠壩的充排水時(shí)間成為決定充排系統(tǒng)容量的前提，是選擇充排方式、水泵臺(tái)數(shù)和充排管徑的主要參數(shù)。

滏陽河橡膠壩單個(gè)壩體的水容積為7950m3，充水系統(tǒng)采用純動(dòng)力式系統(tǒng)，由集水井引水至泵房，通過水泵抽水至壩袋，根據(jù)公式(1)和(2)計(jì)算所得選定水泵流量與揚(yáng)程。

式中 Q——計(jì)算水泵所需最小流量，m3/s;

V——壩袋充水容積，m3;

n——水泵臺(tái)數(shù);

t——充壩或坍壩所需最短時(shí)間，h。

式中 H0——水泵所需揚(yáng)程;m;

a——壩袋內(nèi)外壓比;

H1——壩高，m;

Z0——出水口(壩底版)高程，m;

Zd——井內(nèi)動(dòng)水位或者水泵吸水管最低水位，m;

∑hf∑hj——水泵吸水管進(jìn)口至伸入壩袋內(nèi)的充水口之間管道沿程和局部水頭損失，m;

選定一臺(tái) SLS400—300離心泵，泵流量 Q為1300m3/h，揚(yáng)程為 16m，電機(jī)功率為 90kW，轉(zhuǎn)速為1480r/min，充水6.1h，主管道直徑DN400。排水系統(tǒng)考慮混合式充排方式，排水時(shí)間為2h，首先依靠自流排水，可降低設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用。當(dāng)洪水期不能及時(shí)或無法靠自流排空壩袋時(shí)，啟動(dòng)水泵排水，動(dòng)力強(qiáng)排仍利用充水系統(tǒng)的水泵和部分管道。

在橡膠壩的充排水系統(tǒng)中，設(shè)置了以下幾個(gè)閘(閥)門:進(jìn)水閥門:將水由上游引入集水井，閥門直徑1200mm;水泵系統(tǒng)控制閥門:將水充進(jìn)壩袋或?qū)未乃畯?qiáng)排到下游的控制閥門，閥門型號(hào)為D97AIX—10 DN400的閘閥，數(shù)量為5個(gè);系統(tǒng)設(shè)一止回閥，型式為H77X—10DN400。泵房布置見圖1。

圖1 泵房布置圖

3 橡膠壩的自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

壩袋內(nèi)壓力是橡膠壩運(yùn)行控制的主要指標(biāo)，為了橡膠壩的安全運(yùn)行，橡膠壩工程設(shè)置了自動(dòng)控制系統(tǒng)，這套控制系統(tǒng)的主要功能是控制上游水位和壩袋內(nèi)壓。

上游水位按下列參數(shù)控制:

正常擋水位:114.0m

自動(dòng)塌壩水位:114.65～114.75m

壩袋內(nèi)壓按下列值控制:

正常內(nèi)壓:

緊急塌壩內(nèi)壓:

塌壩或充壩的上游水位及壩袋內(nèi)的壓力可以人工控制，也可以用程序邏輯控制單元(PLC)進(jìn)行自動(dòng)控制。用人工控制時(shí)，應(yīng)隨時(shí)觀測(cè)上游水位和壩袋內(nèi)壓，當(dāng)上游水位和壩袋內(nèi)壓達(dá)到塌壩或緊急塌壩水位時(shí)，用人工開啟閉門，讓壩袋塌落;當(dāng)水位降到充壩水位時(shí)，關(guān)閉排水閥門，打開充水閥門，讓壩袋充起。用PLC控制時(shí)，在壩的上游安裝水位傳感器，在控制房中安裝壩內(nèi)壓力傳感器;上游水位和壩內(nèi)壓力數(shù)據(jù)用計(jì)算機(jī)采集，由PLC控制系統(tǒng)自動(dòng)判斷是否要塌壩和充壩。

橡膠壩的自動(dòng)控制系統(tǒng)包括PLC單元、附屬繼電器、控制儀表盤(LOC)、水流模擬表、指示燈、控制開關(guān)和其他需要的控制設(shè)備(見圖2)。在控制儀表盤上設(shè)有充壩、塌壩和運(yùn)行的指示燈，警報(bào)指示燈，人工操作控制水位指示表和每個(gè)壩袋內(nèi)壓指示表。

圖2 橡膠壩控制系統(tǒng)示意圖

4 橡膠壩的維護(hù)管理

橡膠壩的運(yùn)行管理主要工作內(nèi)容包括:建立管理制度，落實(shí)管理責(zé)任;監(jiān)測(cè)水情、水流形態(tài)以及工程狀態(tài);做好防凌、防洪、防人為破壞;及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程隱患，及時(shí)修復(fù)，充分發(fā)揮工程效益。

為做好上述運(yùn)行管理工作，首先要做好“源頭”檢查工作。包括:?經(jīng)常性檢查。運(yùn)行管理人員應(yīng)嚴(yán)格按照相應(yīng)的規(guī)章制度，利用眼觀、耳聽、手摸等方式，經(jīng)常對(duì)橡膠壩的壩袋、錨固件、充排設(shè)備、機(jī)電設(shè)施、機(jī)電設(shè)備、河床沖刷、壩頂溢流情況等進(jìn)行檢查。檢查周期每月不少于2次，對(duì)容易發(fā)生問題的部位要增加檢查的次數(shù)，檢查中發(fā)現(xiàn)的問題要上報(bào)和處理;?定期性檢查。橡膠壩每運(yùn)行2～3年，應(yīng)進(jìn)行一次全面檢查。每年汛前、汛后、冬季封凍時(shí)或橡膠壩運(yùn)行前，對(duì)橡膠壩工程必須進(jìn)行一次全面的檢查。汛前著重檢查歲修工程完成情況，汛后著重檢查工程變化和損壞情況。特別是冬季，著重檢查壩袋內(nèi)是否結(jié)冰，防止壩袋受損;?特別性檢查。當(dāng)工程遭遇暴風(fēng)、暴雨、大洪水或地震時(shí)，必須進(jìn)行特別檢查。重點(diǎn)檢查壩體有無損壞，是否影響工程安全運(yùn)行等。上述檢查，必須規(guī)范、認(rèn)真、科學(xué)地做好記錄，健全技術(shù)檔案，及時(shí)將檢查報(bào)告提交上級(jí)主管部門，以使工程得到及時(shí)保養(yǎng)與維護(hù)。

5 結(jié)語

橡膠壩的控制系統(tǒng)以及運(yùn)行管理對(duì)橡膠來說至關(guān)重要，在設(shè)計(jì)中應(yīng)給與充分考慮，排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)以簡單實(shí)用為原則。滏陽河橡膠壩設(shè)計(jì)排水系統(tǒng)考慮防洪條件，設(shè)計(jì)了強(qiáng)排和自排相結(jié)合的方式，簡化了施工、運(yùn)行和管理工作，給后期運(yùn)行管理帶來了便利，值得廣泛推薦。