孫 晨，李城涵

(1.山東省水利勘測設(shè)計院有限公司，山東 濟南 250013；2.山東水文水環(huán)境科技有限公司，山東 濟南 250014)

乳山河地下水庫位于乳山河流域下游，不僅可以緩解乳山市水資源緊缺狀況，滿足該區(qū)今后社會經(jīng)濟發(fā)展對水資源的需求，提高水資源的利用效率，而且能防止海水入侵、水質(zhì)等問題進一步惡化。地下水庫經(jīng)濟效益和環(huán)境效益顯著。地下水庫汛期調(diào)度根據(jù)各橡膠壩的位置、工程特性、汛期來水、塌壩流量，有計劃地進行塌壩，滿足地下水庫的防洪安全[1]。

1 工程概況

乳山河地下水庫位于乳山河干流與支流司馬莊河上，分為上級庫工程與下級庫工程。上級庫工程包括上級庫地下截滲墻、于家莊橡膠壩工程；下級庫工程包括下級庫地下截滲墻、乳山寨橡膠壩、鳳臺頂橡膠壩等。其中乳山寨橡膠壩左岸設(shè)調(diào)節(jié)閘1處。

乳山市乳山河地下水庫上下級庫總庫容共2 197萬m3，于2018年9月完成竣工驗收，工程洪水標準按20 a一遇設(shè)計，50 a一遇校核。乳山河地下水庫的3座橡膠壩能夠最大限度攔蓄過境水量，為區(qū)域地下水補給、工農(nóng)業(yè)供水提供水源。因為這些攔河橡膠壩蓄水能力較大，如果調(diào)度不當，會直接影響橡膠壩工程及周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)的防洪安全。乳山河地下水庫下游河道為20 a一遇防洪標準，影響下游威青高速、S202省道等以及附近夏村鎮(zhèn)、乳山寨鎮(zhèn)、乳山口鎮(zhèn)等三個鎮(zhèn)的沿河村莊、耕地等。

2 汛期控制運用指標計算

2.1 洪水調(diào)度原則

乳山河地下水庫的3座橡膠壩組成了一個橡膠壩群(見圖1)，入汛后，橡膠壩工程首先要考慮的是防洪安全，其次才是興利、景觀需要，結(jié)合乳山河地下水庫前幾年的調(diào)度實況和省內(nèi)其他橡膠壩群調(diào)度運用經(jīng)驗，乳山河3座橡膠壩的調(diào)度要遵循以下6個原則：限蓄原則、洪水分級原則、峰小量大原則、泄量相當原則、先蓄先泄原則、跟蹤預(yù)報原則[2]。

2.2 設(shè)計特征水位

設(shè)計特征水位主要包括橡膠壩的正常蓄水位和下游擋潮水位見表1。

表1 乳山河地下水庫主要特征水位指標表 m

2.3 汛期限制水位

根據(jù)《山東省橡膠壩控制運用導(dǎo)則(試行)》，汛限水位按汛初(6月1日—6月20日)、汛中(6月21日—8月31日)、汛末(9月1日—9月30日)三個階段設(shè)定。汛中限制水位取閘上1/2正常蓄水深對應(yīng)的水位，汛初和汛末限制水位可在汛中限制水位至正常蓄水位以下0.5 m之間合理確定。于家莊橡膠壩在乳山河干流上，為安全起見，汛初和汛末限制水位取正常蓄水位以下1 m；乳山寨橡膠壩是乳山河最后一級攔河壩，且承擔擋潮作用，防洪壓力較小，汛初和汛末限制水位取正常蓄水位以下0.5 m；鳳臺頂橡膠壩在支流司馬莊河上，防洪壓力較小，且承擔擋潮作用，汛初和汛末限制水位取正常蓄水位以下0.5 m。根據(jù)以上原則綜合確定的3座橡膠壩特征水位如表2所示。

表2 乳山河地下水庫汛限水位指標表 m

2.4 橡膠壩過流計算

根據(jù)SL 227—98橡膠壩技術(shù)規(guī)范，橡膠壩泄洪能力，可按堰流基本公式計算：

其中，Q為過壩流量，m3/s；B為溢流斷面的平均寬度,m；h0為計入行進流速水頭的堰頂水頭，一般情況下，行進流速水頭較小，計算時常忽略，m；m為流量系數(shù)；σ為淹沒系數(shù)，可取寬頂堰的試驗數(shù)據(jù)，自由出流為1.0；ε為堰流側(cè)收縮系數(shù)，與邊界條件有關(guān)。

橡膠壩的流量系數(shù)介于寬頂堰與曲線型實用堰之間，壩袋完全坍平時，可視作寬頂堰，流量系數(shù)m=0.33～0.36；壩袋充脹時，可視為曲線型實用堰，流量系數(shù)m=0.36～0.45。

通常情況下，橡膠壩壩袋在充滿狀態(tài)下，壩頂水深不宜大于50 cm，所以當壩頂水深0.5 m時即要開始塌壩泄洪。3座橡膠壩泄洪能力計算成果見表3～表6[3-5]。

表3 于家莊橡膠壩泄洪能力計算表

表4 乳山寨橡膠壩泄洪能力計算表

表5 乳山寨橡膠壩調(diào)節(jié)閘泄洪能力計算表

表6 鳳臺頂橡膠壩泄洪能力計算表

2.5 洪水調(diào)度計劃

汛期開始，乳山河水庫3座橡膠壩均服從乳山河地下水庫管理所統(tǒng)一調(diào)度。一般次序是先下游后上游，必須保證各壩塌落總歷時最短，以保證最上游壩也是最早接到洪水的那個壩能在洪水來到前騰完庫迎接洪水，這是泄洪準備工作，接下來就要根據(jù)來水大小各壩確定是否將橡膠壩塌落到底。

1)根據(jù)限蓄原則。

a.于家莊橡膠壩汛初執(zhí)行汛初限制水位(5.00 m)，6月21日前應(yīng)降至汛中限制水位(3.75 m)，9月1日起，恢復(fù)至汛末水位(5.00 m)。

b.乳山寨橡膠壩汛初執(zhí)行汛初限制水位(1.50 m)，6月21日前應(yīng)降至汛中限制水位(0.25 m)，9月1日起，恢復(fù)至汛末水位(1.50 m)。

c.鳳臺頂橡膠壩汛初執(zhí)行汛初限制水位(1.50 m)，6月21日前應(yīng)降至汛中限制水位(1.00 m)，9月1日起，恢復(fù)至汛末水位(1.50 m)。

各特征水位數(shù)值見表2。

2)根據(jù)洪水分級原則和泄量相當原則，參考橡膠壩過流能力計算表3～表6，制定洪水分級表見表7。

表7 乳山河地下水庫3座橡膠壩洪水分級表 m3/s

因為于家莊橡膠壩和乳山寨橡膠壩都在乳山河干流上，是上下游關(guān)系，所以以于家莊橡膠壩上游來水大小為準。

a.當于家莊橡膠壩上游來水小于70 m3/s，為小洪水，于家莊橡膠壩不塌壩，來水完全通過壩頂溢流，乳山寨橡膠不塌壩通過調(diào)節(jié)閘下泄。

b.當來水為70 m3/s～800 m3/s時，為一般洪水，于家莊橡膠壩塌落1/3～1/2壩袋，乳山寨橡膠壩塌落1/3～1/2壩袋或通過調(diào)節(jié)閘泄洪(在來水流量小于300 m3/s時，乳山寨橡膠壩可以不塌壩調(diào)節(jié)閘泄洪，以實現(xiàn)其擋潮作用)。

c.當來水為大于800 m3/s時，為中高洪水，于家莊橡膠壩和乳山寨橡膠壩全部塌壩泄洪。

鳳臺頂橡膠壩位于支流司馬莊河上，相對獨立：

a.當鳳臺頂橡膠壩上游來水小于30 m3/s，為小洪水，鳳臺頂橡膠壩不塌壩，來水完全通過壩頂溢流。

b.當來水為30 m3/s～250 m3/s時，為一般洪水，鳳臺頂橡膠壩塌落1/3～1/2壩袋。

c.當來水為大于250 m3/s時，為中高洪水，鳳臺頂橡膠壩全部塌壩泄洪。

3)根據(jù)峰小量大原則，橡膠壩塌壩必須在洪水到來之前完成。橡膠壩設(shè)計塌壩時間一般在1 h～3 h左右(于家莊橡膠壩1 h～1.9 h，乳山寨橡膠壩1.2 h～2.4 h，鳳臺頂橡膠壩50 min～1.7 h)。在汛限水位下塌壩，時間比設(shè)計水位下塌壩時間略短，為安全起見，汛限水位下塌壩時間仍取設(shè)計蓄水位下的最大塌壩時間，即于家莊橡膠壩1.9 h，乳山寨橡膠壩2.4 h，鳳臺頂橡膠壩1.7 h。因為洪水遇見期有限，得到氣象部門大雨預(yù)報后，必須提前6 h塌壩運行，恢復(fù)原河床斷面，宣泄洪水。

4)根據(jù)先蓄先泄原則，梯級橡膠壩無論是塌壩泄水騰空庫容還是充水攔蓄洪水尾部均應(yīng)按照先下游后上游的次序進行。為錯峰，塌壩時，先從乳山寨橡膠壩開始，然后再鳳臺頂橡膠壩，最后于家莊橡膠壩。各橡膠壩塌壩開始時間可分別向后錯開10 min。蓄水時，亦先從乳山寨橡膠壩開始，待乳山寨橡膠壩蓄至汛限(汛末)水位時，再依次將鳳臺頂橡膠壩、于家莊橡膠壩蓄至汛限(汛末)水位。

5)根據(jù)跟蹤預(yù)報原則，乳山市水利局氣象局應(yīng)建立重要天氣及時報告制度，當乳山河流域有較大降雨可能時，應(yīng)提前1 d～3 d通知市防辦和有關(guān)單位。當乳山河上游發(fā)生較大降雨時，乳山市水利局駐市防辦水情值班人員應(yīng)根據(jù)乳山河上游的龍角山水文站、中游臺依雨量站的實測數(shù)據(jù)，快速預(yù)報出乳山河干流上游來水的洪峰流量、洪水過程，依此來決定橡膠壩的調(diào)度方式。乳山市防辦、威海市水文局和地下水庫管理所應(yīng)密切配合，汛情傳遞要暢通，預(yù)報手段也要實現(xiàn)現(xiàn)代化。

6)防止海水入侵：在保證完成防洪任務(wù)的情況下，鳳臺頂橡膠壩和乳山寨橡膠壩還應(yīng)承擔防止海水入侵的任務(wù)，在遇到洪水需要泄洪時，必須等到壩上洪水位高于壩下潮水位才能泄洪。否則延遲泄洪，待洪水位超過壩下潮水位時再泄洪。當洪水過去后，及時立壩發(fā)揮擋潮作用。

2.6 工程險情處置及搶護

當橡膠壩發(fā)生險情時，險情處置流程如下：

1)乳山河地下水庫管理所加強對橡膠壩工程的監(jiān)測和巡視檢查，動態(tài)跟蹤水位和工程險情發(fā)展變化，做好信息匯總與傳遞，定時續(xù)報相關(guān)情況，為處置提供支撐。

2)發(fā)生險情后，乳山河地下水庫管理所立即組織搶險隊進行應(yīng)急處置，同時向市水利局和市防辦報告。

3)乳山市水利局接到險情報告后，應(yīng)立即派出專家組趕赴現(xiàn)場，組織、指導(dǎo)現(xiàn)場搶險工作；同時調(diào)度搶險隊伍和搶險物資赴現(xiàn)場待命支援。

4)當險情持續(xù)發(fā)展，搶險隊伍或物資不能滿足搶險需求時，應(yīng)立即報告市防辦請求支援，并說明需要的人員數(shù)量及搶險物資種類與數(shù)量、到達的時間與地點。

結(jié)合乳山河地下水庫工程基本情況及自然地理位置，對可能發(fā)生的橡膠壩險情提出基本的搶險措施：

1)自動化控制系統(tǒng)損壞和斷電都是充排設(shè)備無法正常工作的原因。如果是自動化控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，搶險隊員應(yīng)該手動操作按鈕開關(guān)進行充排操作；外用電網(wǎng)停電時，應(yīng)該第一時間利用發(fā)電機組發(fā)電帶動設(shè)備正常運行。

2)建筑物的岸墻、翼墻、邊墩、護坡等混凝土或砌體與堤防土壩結(jié)合部位，由于土料回填不實，建筑物與堤壩承受的荷載不均勻，或結(jié)合面處理不好，很容易引起裂縫。一旦臨水面水位升高或遇降雨地面徑流侵入，沿岸墻、翼墻、邊墩與堤壩結(jié)合裂縫流動，可能造成集中滲漏。嚴重時，在建筑物下游造成管涌、流土等險情，危及建筑物及橡膠壩安全。滲水漏洞搶護的原則：臨水截滲，背水導(dǎo)滲。大汛期、遇超標準洪水或平時高水位時，水壓力、流速和風浪加大，翼墻可能出現(xiàn)裂縫、塌坡、潰決等險情，必須緊急搶護，避免失事。

2.7 運行管理建議

1)在實際應(yīng)用中，地下水庫橡膠壩技術(shù)人員要和當?shù)厮臍庀蟛块T密切配合，做好洪水預(yù)報，以指導(dǎo)實時調(diào)度，加強防洪措施。如果在調(diào)度過程中出現(xiàn)異常情況，應(yīng)針對問題積極采取相應(yīng)的措施，提高防洪調(diào)度的主動性。

2)建議加強橡膠壩高水位運行時的工程監(jiān)測，及時對工程運行狀況進行分析和評價。

3)乳山河地下水庫處在乳山河最下游，汛期調(diào)度要結(jié)合乳山河整體進行調(diào)度，與潮水位結(jié)合，防止海水入侵。

3 結(jié)語

地下水庫是通過地下截滲墻和地上的橡膠壩群共同攔蓄水源進行蓄水。其橡膠壩群在汛期要考慮防洪調(diào)度，在興利的基礎(chǔ)上保證防洪安全。通過對塌壩流量的計算，結(jié)合來水大小、擋潮作用等，對橡膠壩群進行科學(xué)合理調(diào)度，提出了汛期發(fā)生險情時的處置及搶護措施以及運行管理建議，保障地下水庫汛期安全運行。