□崔進(jìn)濤 孫旭良 石煥玲

山區(qū)河道橡膠壩群調(diào)度方案研究

□崔進(jìn)濤 孫旭良 石煥玲

近年，不少北方城市為改善城市生態(tài)環(huán)境，在實施河道防洪整治工程的同時修建橡膠壩群。橡膠壩汛期蓄水和城市及下游防洪往往存在矛盾。因此，研究汛期橡膠壩群的調(diào)度規(guī)則，尋求防洪與生態(tài)蓄水景觀的平衡點，制定合理的調(diào)度方案具有比較重要的意義。

1.基本情況和存在問題

清水河自北向南縱貫張家口市主城區(qū)，汛期洪水源短流急、陡漲陡落，是主城區(qū)及下游的主要洪水威脅。為提高主城區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)，市政府治理了河道和31座橡膠壩等工程。工程調(diào)度特點如下：一是橡膠壩塌壩形成的人工洪峰流量（塌壩洪峰）不得超過清水河治理后的防洪標(biāo)準(zhǔn)。二是上游天然洪水從啕來廟至市區(qū)傳播時間僅為1h左右，上游首座橡膠壩應(yīng)在洪水到來之前放空庫容，若塌壩時間過長，將危及橡膠壩自身安全并與塌壩洪峰疊加，增加防洪風(fēng)險。三是塌壩過程受到橡膠壩排空壩袋內(nèi)水的時間限制。因此，本研究需解決兩個問題：一則合理確定塌壩時間和順序，保證塌壩洪峰不造成溢岸。二則考慮上游洪水與塌壩洪水組合，保證疊加后的洪峰流量控制在防洪標(biāo)準(zhǔn)（2200m3/s）之內(nèi)。

2.研究思路

2.1 橡膠壩塌壩洪水過程

將橡膠壩群視作串聯(lián)水庫群，各橡膠壩間水體根據(jù)水量平衡進(jìn)行水庫調(diào)節(jié)，分別計算不同塌壩方案的泄流過程和洪峰流量。橡膠壩下泄流量根據(jù)壩上水深按堰流公式進(jìn)行計算。

2.2 塌壩洪水和上游來水的組合過程

選取的上游天然典型洪水過程，利用水量平衡原理和堰流公式，確定各橡膠壩壩上流量與水深關(guān)系、各橡膠壩下泄洪水流量和水位，得出洪水演進(jìn)過程；同時考慮塌壩洪水過程，分析兩洪水的疊加后的過程和疊加后的洪峰流量。

3.調(diào)度方案與工況

3.1 橡膠壩蓄水高度和塌壩歷時

以2010年汛前情況為計算條件進(jìn)行研究。按滿壩蓄水和汛前降壩蓄水兩種情況作為計算條件，各橡膠壩塌壩歷時為30min。

3.2 塌壩方案

塌壩順序應(yīng)按自下而上進(jìn)行操作，上游壩塌壩時間不應(yīng)早于下游壩。本研究分別對同時塌壩（塌壩滯時為0）和依次滯后塌壩1、2、5min 4種塌壩方案。

3.3 上游來水過程

選取1984年洪水作為典型洪水過程。過程線按同倍比縮放，然后進(jìn)行橡膠壩調(diào)度分析。

3.4 上游洪水預(yù)見期

根據(jù)相關(guān)分析成果，啕來廟水文站暴雨洪水相關(guān)的預(yù)見期為30min～1h；啕來廟與張家口水文站洪峰相關(guān)預(yù)見期在30min～1h。本次橡膠壩調(diào)度洪水預(yù)見期按1h考慮。

4.成果分析與結(jié)論

4.1 塌壩過程產(chǎn)生的洪水和洪峰流量

計算結(jié)果表明，隨著塌壩滯時的增加，最下游形成的最大洪峰流量逐漸減小，空庫歷時為逐漸加長。滿壩情況下，同時塌壩形成洪峰流量最大，空庫歷時最短；滯時為5min形成的最大洪峰最小。降壩蓄水時空庫歷時和滿壩基本一致。無論那種蓄水方案，塌壩洪峰流量均不大于河道防洪標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 塌壩洪水與上游來水疊加后的洪水過程

塌壩前滿蓄。滯后2min塌壩方案，最上游壩剛塌落完畢之前洪峰已進(jìn)入庫區(qū)，洪水發(fā)生溢岸；滯后1min方案，橡膠壩蓄水未完全放空，上游洪水前鋒即已到達(dá)，兩洪水發(fā)生遭遇，但對洪峰峰值沒有影響。故為保證河道行洪和橡膠壩自身安全，在洪水預(yù)見期為1h、橡膠壩滿蓄條件下，上下橡膠壩塌壩滯后時間不應(yīng)超過1min。

塌壩前降壩蓄水。按前后橡膠壩塌壩時間滯后1min計算，最大洪峰流量仍由上游來水過程控制，但比滿壩蓄水條件更為安全。

4.3 主要結(jié)論

按上游洪水預(yù)見期1h計，橡膠壩采用同時塌壩或塌壩滯時不大于1min，塌壩洪水洪峰不會與清水河上游洪水峰疊加，清水河行洪能力滿足組合后洪峰流量要求。宜自下而上順序塌壩，滯時應(yīng)不大于1min?！?/p>

2014-05-27

崔進(jìn)濤，男，漢族，河北省水利水電第二勘測設(shè)計研究院，正高級工程師。

孫旭良，男，漢族，南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局河北直管項目建設(shè)管理部，高級工程師。

石煥玲，女，漢族，河北省水利水電第二勘測設(shè)計研究院，工程師。