武烈河橡膠壩工程特性及科學管理

楊春偉

(河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250)

武烈河是灤河的一條較大的支流，發源于圍場縣道至溝，由雙峰寺進入承德市區。全長96 km，流域面積2 591 km2，河床平均縱坡為2.7‰，多年平均降水量550 mm，多年平均徑流量2.55億cm3，實測年最大蒸發量1 507.8 mm，屬典型山區多沙河流，洪水暴漲暴落。武烈河水環境綜合整治梯級開發工程從1989年開始至2007年，歷時18年，經過三次全市性河道整治，結合防洪堤建設，建成12道橡膠壩蓄水工程。

1 橡膠壩工程概況

現以第一橡膠壩為例，橡膠壩主體工程由壩體、泵房、泄水閘、供水井組成。壩體位置設計河寬200 m，橡膠壩壩袋長180 m，共分三段:深槽段長60 m，壩高3.5 m，設計壩頂高程334.5 m，壩前設20 m長鋼筋混凝土鋪蓋，壩后設8 m長鋼筋混凝土護坦，末端設混凝土防沖墻，防沖墻滿足壩體正常運行和行洪時的防沖及穩定要求，墻厚80 cm;兩側淺槽段壩體長均為60 m，壩高為2.5 m，壩頂高程334.5 m，壩前設20 m 長鋼筋混凝土鋪蓋，壩后設8 m長鋼筋混凝土護坦，末端設混凝土防沖墻，防沖墻滿足壩體正常運行和行洪時的防沖及穩定要求，墻厚80 cm。深淺槽之間用混凝土導墻隔開，壩袋采用充水式，作為供水源水井泵房，泄水閘均布置在左岸。

2 橡膠壩的特性

2.1 輸沙效果

武烈河上游隆化縣境內大部分為黃砂壤土且植被較差。泥沙主要來源于承德縣小西山水文站以上的興隆河，其年輸沙量約占承德水文站以上輸沙總量的30%。多年平均總輸沙量為206萬t，汛期(6—9月)輸沙量占年輸沙量的99.5%，而汛期輸沙量又往往集中在7—8月份的洪水期。泥沙在年際之間變化懸殊，同時隨著城市用水量的增長而增加。武烈河橡膠壩按深、淺槽布置，解決了山區河道來水泥沙含量高，容易造成淤積的問題。洪水期利用深槽進行沖沙行洪，減少淤沙對壩袋侵蝕。

2.2 防洪效益

承德市區防洪標準采用50年一遇，相應設計流量為 2 600 m3/s，設計洪水位 336.3 m［1］。為滿足城市防洪需要，汛期壩體頻繁起落，一般正常汛期可起落15次左右。壩體起落原理簡單，操作方便，防洪方式為根據需要調節壩高，壩頂可溢流，排除壩袋水后，壩袋塌落，恢復原有的天然過水斷面，不影響泄流。

2.3 滿足城市用水需求

武烈河流域氣候屬內陸性季風氣候，冬季干燥少雨雪，夏季多雨，且年降雨量分配極不均勻。6—9月份降雨量占全年降雨量的70% ～80%，7、8兩月為年降雨量的50% ～60%，且天然徑流變化懸殊，1959年年徑流量為 10.197 m3，1968 年年徑流量為 0.512 m3，相差20倍。年內分配不均勻，最大月流量為1959年8月，達4.02億m3，最小月流量為1922年6月，河道幾乎斷流。從實測資料分析，年徑流量的70% ～80%集中于汛期。而橡膠壩可根據需要調節壩高，起到蓄水作用，為灌溉、發電、防洪、城市美化、城市供水、城市建設等方面發揮巨大的經濟和社會效益。

3 科學管理

3.1 汛期管理

及時檢查并清除壩袋附近上游至河床中的裸露石塊、木屑等堅硬物體，以免被洪水卷起，砸壞壩袋。汛期過洪期間立壩運行前要清除壩袋上的泥沙，并嚴格控制流量。同時在立壩過程中，要檢查立壩是否有破損部位，以便及時修補。

一般上游來水，當流量Q＜20 m3/s時，水流清澈，立壩運行;當Q＞20 m3/s時，水流帶動推移質向前移動，庫區易形成淤積，應塌壩運行，同時注意觀察起落壩時壩袋的振動情況。據觀測，在壩高2.0 m以下塌落壩，最大過流時壩袋基本上不振動;最大振動發生在壩高 2.5 m，蓄水量 13.7 萬 m3，以2.5 cm/s的速度塌壩，壩袋受溢流水流脈動影響產生振動的頻率與壩袋在水下的自振頻率一致時，產生共振，此時壩袋振幅最大。據觀測最大振幅可達10 m左右，對橡膠壩威脅最大。對此可在上游水深近1.9～2.0 m處控制壩袋溢流，減輕或消除振動現象，其次疏通下游河道，增大下游泄洪能力，降低下游正常尾水位，改善水流條件，使壩袋不受下游尾水影響。

另外，控制塌壩是利用大口徑離心泵通過Φ400 mm的鑄鐵管將水強排至壩外。為防止壩袋中有殘留氣體和水造成行洪時被洪水從上游擠壓到下游錨固線形成隆起，從而阻水使壩袋產生振動，對壩袋安全產生威脅，應充分利用供排水管的布設，通過調節閥門，利用供水井水位與壩底板之間的高差，使壩袋內的水自流排到橡膠壩供水井中。

為確保壩袋安全，保護壩袋原有的應力結構，延長壩袋的使用壽命，減速壩袋老化，嚴禁超高、超壓運行［2］。

3.2 冬季管理

承德市屬北方寒冷地區，冬季最低氣溫零下26°，為保證橡膠壩正常運行，應采取如下措施:

(1)在臨水面開鑿1.5 m寬的冰槽，堅持每天打冰，使冰體與壩袋分離，避免冰體下移對壩體產生冰壓作用。

(2)確定在冬季運行的最佳壩高。因在結冰期壩袋背水面也凍成一整體，壩高不能調節，而局部滲漏又使壩高逐漸降低，給開鑿冰槽造成極大困難。根據實測資料確定最佳壩高為2.20～2.30 m，避免了因水結冰膨脹對壩袋造成不利影響。

4 結語

橡膠壩是一種造價低，經濟效益非常可觀的低水頭水工建筑物。橡膠壩工程的布置應盡量與原河床保持一致，工程地點宜選在河道順直、水流平緩及岸坡相對穩定的河段，不宜選在沖刷和淤積變化大、斷面變化頻繁的河段。同時運行中嚴格遵照橡膠壩工程的要求，科學管理與維護，確保壩袋原有的結構應力，保證大壩安全運行。

［1］ 中華人民共和國水利部.防洪標準:GB/T 50201—94［S］.北京:中國計劃出版社，1994.

［2］ 中華人民共和國水利部.橡膠壩技術規范:SL227—98［S］.北京:中國水利水電出版社，1998.