大型多跨橡胶坝充排水系统优化设计

胡大明 李盼盼

大型多跨橡胶坝充排水系统优化设计

胡大明 李盼盼

一、引言

近年来随着城市景观的需要，在城市河道修建了很多橡胶坝，不但改善了水生态环境，提高了城市景观，并且还能兼顾发电、供水及旅游等，橡胶坝的应用越来越多。某些城市河道宽度较宽，但由于技术及工艺等原因，橡胶坝袋单跨长度一般不超过100m，仅靠一跨或两跨橡胶坝难以满足工程需要，大型多跨橡胶坝应运而生。大型多跨橡胶坝跨数多、容量大，充排水系统设计复杂，但由于大型多跨橡胶坝工程实例较少，目前可借鉴的地方不多。本文以高桥湾水利枢纽工程橡胶坝充排水系统设计为例，对大型多跨橡胶坝充排水系统设计进行总结。

二、高桥湾水利枢纽工程概况

高桥湾水利枢纽工程橡胶坝单跨长度70m，8跨总长度560m，是淮河流域内较长的多跨橡胶坝之一，其充排水系统复杂。高桥湾水利枢纽工程位于安徽省霍山县城北侧、淮河支流东淠河干流上佛子岭水库坝下约19km处，是以拦蓄环境水、改善水生态环境为主，结合发电及旅游等的综合利用工程。从左岸至右岸布置依次为橡胶坝、分流岛、控制闸和发电站厂房。发电站厂房内布置有2台1300kW的贯流式机组。橡胶坝共8跨，每跨长70m，坝袋总长560m，坝袋高度3.1m，内压比1.4，排水时间2.5h，充水时间4h，上游正常蓄水位65.60m。

三、充排水系统优化设计

1.取水口设计

在橡胶坝设计中，取水口泥沙淤积是影响橡胶坝取水、运行的重大问题。该工程在取水口设计时，充分利用控制闸的调节和冲砂作用，将取水口布置在分流岛外侧靠近控制闸前端处，将取水口中的喇叭口高程抬高，预留出泥沙淤积的空间，平时运行时泥沙虽有淤积，但不影响运行，当泥沙淤积至一定高度，开启控制闸，利用通过控制闸的高速水流将淤积的泥沙冲走，保证了取水口运行的稳定。

2.充排水动力设备选型设计

橡胶坝充排水系统使用水泵作为充坝、坍坝的动力设备，水泵选型的合理性是橡胶坝工程正常运行的关键。充坝时水泵的净扬程为正值，而坍坝时水泵的净扬程为负值，因此水泵选型时应充分考虑水泵在不同工况下净扬程对水泵选型的影响，合理计算确定水泵的扬程及范围，使选定的水泵运行在正常工况点范围内。本工程橡胶坝充、排水总量大，根据防洪调度要求需2.5h坍坝，根据景观及运行要求4h充坝，故水泵选型时应充分考虑充、排水时间和水量的差异性，并应准确计算水头损失，与净扬程合理组合，确定水泵的工作扬程。已建成的相似规模工程通常采用充、排分离的做法，即根据充、排水时间，分别选择充水泵和排水泵，以适应不同的工况要求，此方法运行操作简便，但由于采用两套不同设备，机电及相应电气设备数量多、投资大。笔者通过分析计算，发现排水时水泵流量大但扬程低，充水时水泵流量小但扬程高，通过调节管路布置、抬高排水管出口高程等措施，可以使充水泵与排水泵采用同一型号的水泵；并且通过合理布置，在仅增加一个蝶阀的情况下，充水与排水设备共用，减少了设备数量，减少了机电及电气设备投资，使设备更加集中，便于运行管理。本工程设置5台水泵，水泵工作方式4用1备，水泵运行的工况范围见表1。

表1 水泵运行工况范围表

经过调试、运行，橡胶坝充坝时间为3h，坍坝时间为2.5h，水泵扬程范围为8～12m，与理论计算的结果基本吻合。

3.应急排水管路的设置

本工程位于山区河道，在规定时间内及时坍坝对工程的安全起着至关重要的作用。除了充排水系统设置备用水泵、供电时设置柴油发电机组作为备用电源等措施外，在分流岛靠近橡胶坝侧设置应急管路与橡胶坝底板内管路相连接，管路出口与消力池联通，通过分流岛内的阀门控制管路的运行。在恶劣气象条件下，当供电线路出现故障，柴油发电机组亦不能正常工作时，可打开自排管阀门，并通过应急排水管路加速坝袋的自排，在最短时间内最大限度地降低坝袋高度，减少橡胶坝对洪水下泄的影响。

四、结语

大型多跨橡胶坝充排水系统相对复杂，应根据工程实际情况从取水口设计、充排水动力设备选型设计、管路布置等多个方面进行统筹考虑、优化设计，使充排水系统做到经济、合理、安全

（作者单位：中水淮河规划设计研究有限公司 230000 蚌埠市水利勘测设计院 233000）