基于辽宁省辽河本辽辽蓄水工程实施方案选定

张树伟

(辽宁省辽中县水利局，辽宁辽中110200)

1 坝型确定

辽河干流辽中段(本辽辽环线)生态蓄水工程段辽河主槽水面平均宽度190 m，实测河道平均比降0.18‰，两岸堤防防洪标准达20 a一遇，两岸堤防间距约3 500 m。为不影响河道行洪，不宜减缩河道行洪断面。

如修建固定坝，坝址处河道行洪断面减小，将影响河道行洪;经对河道进行水力计算，必须采用活动坝，比较合适的闸(坝)型式是橡胶坝和翻板闸。

翻板闸管理不便，对行洪有一定影响;橡胶坝行洪期间塌坝，河道有效行洪断面基本上不会缩小，不影响河道行洪，且该坝型节约投资，运行安全，管理方便。因此，辽河干流辽中段(本辽辽环线)生态蓄水工程中挡水建筑物开发宜修建橡胶坝。

同时，结合《辽河干流河道生态建设实施方案》中坝型选择对固定堰坝、常规水闸、翻板闸及橡胶坝进行比较，实施方案推荐橡胶坝作为拦蓄水工程的基本坝型。辽河干流辽中段(本辽辽环线)生态蓄水工程修建橡胶坝符合实施方案的要求。3种活动闸坝的详细比较如下:

1.1 传统平板门拦河闸方案

优缺点为:

1.1.1 优点

泄流能力大，水库运行调度灵活，通过闸门不同组合的开启调度方式，可以宣泄各种频率的洪水。

1.1.2 缺点

1)金属结构及土建工程量较大，投资成本高昂，施工较复杂，工期较长。

2)人工湖正常蓄水位与堤防设计水位相差较大，闸门启闭排架结构高大，外形不够美观，增加投资。

3)水流从底部集中下泄，对下游河道消能防冲要求较高。

4)水流从闸门下部流出，水面漂浮物不易排泄出去，水面不够美观清洁。

5)运行维护费用较高。

1.2 水力自控翻板闸方案

翻板闸是由基础固定坝和翻板闸门组成的，依靠作用在闸门上的水压力和闸门的自重作为启闭闸门的动力，利用杠杆平衡与转动对闸门进行自控启闭［2］。优缺点为:

1.2.1 优点

1)无需其他外加能源，无需其他启闭机械、启闭机架和闸控房，也不需要泵房。

2)造价合理、节省三材、施工期短。

3)启闭完全由水力自控、准确及时、不需人员操作，管理方便。

4)便于及时排走漂浮物与推移质。

1.2.2 缺点

1)翻平(一般只能达到与水平线成75°～80°角)后门体仍较高，而且支墩较多，阻水断面相对较大，因此，需相应增加溢流宽度。

2)闸门间依靠橡胶止水带挤压止水，容易破损。

3)翻板闸门易堵塞，造成启闭不灵，影响行洪安全，必要时需设置人工启拉平台。

4)下游立面为钢筋混凝土结构，欠美观。

1.3 橡胶坝方案

橡胶坝由高强度的织物合成纤维受力骨架与合成橡胶构成，锚固在基础底板上，形成密封袋形，充入水或气，形成坝体。橡胶坝适用于低水头、大跨度的闸坝工程，主要用于灌溉、防洪和改善环境［3］。

1.3.1 优点

1)造价合理、节省“三材”、施工期短。

2)抗震性能好，能抵抗强大地震波和特大洪水的波浪冲击。

3)过水能力较大，阻水较小，对下游的冲刷力较小，同时整体止水效果好。

4)自然美观。

1.3.2 缺点

1)增加泵房，机电设备等。

2)坝袋耐久性较差，容易老化。

3)需要专门的充水(气)设备与管理人员，运行费用较高。

4)抗冲击能力和抗磨损能力较差，运行中遇尖锐物坝袋易破损。

自动翻板闸和橡胶坝优点和缺点都很突出，运行管理问题也比较多，从工程投资上看，翻板闸与橡胶坝相差不多，平板闸投资最为昂贵。

结合本工程的特点，由于辽河水流比较平稳，河道断面较宽，能充分发挥橡胶坝跨度大的优点;同时考虑翻板闸易堵塞，造成启闭不灵，影响行洪安全;而且橡胶坝造型优美，线条流畅。因此，本次设计仍采用实施方案推荐的橡胶坝作为拦河蓄水基本坝型。

2 坝址选择

辽河干流辽中段(本辽辽环线)生态蓄水工程中主体橡胶坝工程布置在本辽辽高速桥下游约1.1 km处。根据平面套汇可知，坝址处所处辽河段为卡力马—六间房段，该段辽河干流河道总体上历年变化较小［4］。

本橡胶坝坝址位于本辽辽高速桥下，受上游桥节点的影响，河道摆动较小，河势较为稳定，需加强上、下游两岸防护。坝址上、下游两侧滩地宽阔，适宜修建人工湿地。坝址紧邻辽中县十间房，交通、电力等施工建设条件较好。

3 工程规模选取

3.1 规模Ⅰ

辽河干流辽中段(本辽辽环线)生态蓄水工程橡胶坝坝址位于辽河干流辽中县辽中环线高速公路桥下游约1.1 km处，橡胶坝坝长171 m，底板高程11.7 m，坝高2.5 m。在橡胶坝两侧修建横堤，横堤两侧长各为100 m。

3.2 规模Ⅱ

辽河干流辽中段(本辽辽环线)生态蓄水工程橡胶坝坝址位于辽河干流辽中县辽中环线高速公路桥下游约1.1 km处，橡胶坝坝长171 m，底板高程11.7 m，坝高2.5 m。

在橡胶坝两侧修建横堤，横堤两侧长各为90 m。距橡胶坝两侧30 m处修建两座宽10 m，高1 m的钢坝闸来调节水量及给坝下游区域供水，同时为满足上游净水植物生长的浅水区，底板高程13.2 m。

3.3 合理性分析

拦河坝所在河段距辽中水文站较近，因此选取该站作为代表站进行分析。

根据辽中站实测4—6月、9—11月径流量系列进行保证率计算，采用经验频率排频，选取与50%、75%频率对应的月径流量相近的年份作为典型年，由典型年的4—6、9—11月实测逐日流量资料绘制流量历时保证率图［5］。

由流量历时保证率图得到各保证率日平均流量成果，见表1。

表1 各保证率日平均流量成果表 m3/s

通过与生产厂家沟通，确定橡胶坝设计过流能力为42.4 m3/s，极限过流能力为65.2 m3/s。即当溢流流量长时间超过设计过流能力时，橡胶坝需要塌坝运行，而橡胶坝短时间内流量达到甚至超过设计流量，橡胶坝可以继续运行，但是橡胶坝的极限过流能力是70.08 m3/s，一旦溢流达到极限过流能力，则橡胶坝必须塌坝运行，防止橡胶坝坝袋因压力过大而损坏。

本次橡胶坝主要用于湿地供水，一般在4—6月份植物生长期运用，用日均流量相对较小的4—6月份中相对偏于安全的P=50%典型年的20%流量成果与橡胶坝设计流量进行比较。

根据规模Ⅰ计算，当橡胶坝及横堤顶过流0.3 m时，即橡胶坝和横堤的设计过流能力为91.9 m3/s，P =50%典型年(即1975年)4—6月份91 d里共有26 d大于设计流量。

当橡胶坝及横堤过流0.4 m，即橡胶坝和横堤极限过流能力为141.6 m3/s，P=50%典型年(即1975年)4—6月份91 d里共有12 d超过橡胶坝的极限过流能力。即需要橡胶坝塌坝运行的天数在12～26 d。

根据规模Ⅱ计算，增加两孔钢坝闸后，当橡胶坝及横堤顶过流0.3 m，钢坝闸塌坝时，即橡胶坝、横堤、钢坝闸设计过流能力为131.7 m3/s，P=50%典型年(即1975年)4—6月份91 d里共有14 d大于设计流量。

当橡胶坝及横堤堤顶过流0.4 m，钢坝闸塌坝时，即橡胶坝、横堤、钢坝闸极限过流能力为183.1 m3/s，共有4 d超过橡胶坝的极限过流能力，即需要橡胶坝塌坝运行的天数在4～14 d。

另外，增加两孔钢坝闸能保证流量较小时，上流来水能从滩地过流，减少橡胶坝过流，满足下游湿地用水量。

通过以上分析可以看出，增加钢坝闸后，对橡胶坝起到了很大的调节作用，在植物生长期4—6月份，可以减少橡胶坝的塌坝运行天数，同时在小流量的时利用钢坝闸过流能提高滩地的过流比，保证了上下游湿地的用水量。

充分的发挥了水生植物净化水质的功能，同时也方便于橡胶坝的运行和管理。因此，本次工程规模Ⅱ所选取的规模合适。

［1］中华人民共和国水利部.SL104—1995水利工程水利计算规范［S］.北京:中国水利水电出版社，1995.

［2］中华人民共和国水利部.SL265—2001水闸设计规范［S］.北京:中国水利水电出版社，2001.

［3］中华人民共和国水利部.L227—98橡胶坝技术规范［S］.北京:中国水利水电出版社，1998.

［4］李来生.“生态蓄水工程”技术研究［J］.山西能源与节能，2004，(03):30－31.

［5］袁宏波.喀左县大竣河南哨段生态蓄水工程［J］.水利科技与经济，2013，19(06):50－51.

［6］黄武林.辽河干流铁岭以上段橡胶坝与滩地生态蓄水工程设计［J］.广西水利水电，2012(02):37－40.