不同防渗效果下橡胶坝工程需水量分析计算

高 源

(辽宁省葠窝水库管理局有限责任公司，辽宁 辽阳 111000)

根据建平县城总体规划，城区段河道综合治理工程需在第二牤牛河上建设橡胶坝工程，设计采用充水式橡胶坝，共建设14座，其中在山口河叶柏寿西桥下游修建1座、山口河汇河口下游第二牤牛河上修建1座、2号桥下游第二牤牛河上修建5座、6#橡胶坝和二道漠河汇河口间修建4座、二道漠河汇河口下游修建1座、二道漠河修建2座。橡胶坝建成后，在城区段可形成景观水面，水面面积约为80.84万m2。橡胶坝工程蓄水后，运行期间所需补水量为蒸发渗漏损失量、维持水质换水量[1-5]。而对于运行期间渗漏损失量是补水量多少的关键，铺设防渗的材质质量、运行管理及维护等对渗漏量的大小起着决定性因素，为此本文中考虑施工防渗质量，计算了理论、实际两种情况下橡胶坝工程所需补水量，为橡胶坝工程运行期间水量循环补充提供有效指导。

1 运行方式

结合北方特点，橡胶坝工程蓄水后，补水时间确定为5月初至10月末[6-7]，其他月份不需补水，为了维持橡胶坝蓄水水质清洁，在6月、8月、10月进行集中换水，共3次。根据《建平县城区段综合治理工程项目建议书》，在汛期，当橡胶坝溢流水深达到0.3m以上，需塌坝泄洪，见表1。

2 工程蓄水量计算

根据橡胶坝形成的回水面积、回水长度，分别对山口河及山口河汇河口、人民公园1号桥和2号桥之间、6#橡胶坝至二道漠河汇河口、二道漠河等四处橡胶坝工程进行蓄水量计算。

(1)山口河、山口河汇河口。山口河汇河口修建2座橡胶坝，回水至叶柏寿西桥，形成连续水面，回水长度609.00m，回水面积109672.64m2，蓄水量102768.54m3。

(2)人民公园1号桥和2号桥之间。人民公园1号桥和2号桥之间修建5座橡胶坝，回水至1号桥，形成连续水面，回水长度2092.74m，回水面积336720.38m2，蓄水量501333.53m3。

(3)6#橡胶坝至二道漠河汇河口。6#橡胶坝至二道漠河汇河口修建5座橡胶坝，回水至6#橡胶坝，形成连续水面，回水长度1950.00m，回水面积339817.86m2，蓄水量521705.29m3。

(4)二道漠河。二道漠河修建2座橡胶坝，回水至万寿大桥，形成连续水面，回水长度892.00m，回水面积22169.33m2，蓄水量152085.66m3。

经计算，橡胶坝工程总蓄水量127.8万m3。

3 橡胶坝工程运行期补水量计算

3.1 维持水质换水量

为保障橡胶坝工程蓄水后水质清洁，在运行期间集中换水3次，分别在6月、8月、10月，每次换水量按照蓄水量的20%考虑[8]，即每次换水量为25万m3，总共换水量75万m3。

表1 橡胶坝特性表

3.2 损失水量

3.2.1 渗漏损失量

本工程河道防渗设计采用500g复合土工膜，材料为聚乙烯土工膜，二布一膜。参照SL 18—2004《渠道防渗工程技术规范》中渠道渗漏损失量计算规范进行计算，计算公式如下[9]：

(1)

本工程河道平均湿周148.16m，橡胶坝形成水面回水长度5.57km。理论情况下，保证施工防渗质量好，本次土工膜渗透系数取10-7cm/s，即土工膜渗漏量0.00864m3/(m2·d)，经计算渗漏损失流量为0.083m3/s，日渗漏量0.71万m3，运行过程总渗漏损失水量131.2万m3。

考虑施工防渗质量因素，参照SL 18—2004中“5.2.2渠道防渗结构的允许最大渗漏量及适用条件”，埋铺式膜料允许最大渗漏量0.04～0.08m3/(m2·d)。本工程防渗比渠道防渗质量要求高，采用上述允许最大渗漏量是偏大的。综合考虑国内橡胶坝工程的实施经验效果，渗透系数在1～2cm/d，与实际是比较接近的，当施工防渗质量良好时，渗透系数取1cm/d，当施工防渗质量一般时，渗透系数取2cm/d。

考虑施工防渗质量，本工程按渗透系数1cm/d和2cm/d两种情况分别进行计算，即土工膜渗漏量0.01～0.02m3/(m2·d)，经计算渗漏损失流量为0.096～0.192m3/s，日渗漏量0.83万～1.66万m3，运行过程总渗漏损失水量151.9万～303.8万m3，即施工防渗质量良好者取小值，质量一般者取大值，见表2。

根据上述两种情况的计算，理论情况下，保证施工防渗质量好，日渗漏量0.71万m3，运行过程渗漏损失水量131.2万m3。

实际情况下，考虑施工防渗质量因素，日渗漏量0.83万～1.66万m3，运行过程渗漏损失水量151.9万～303.8万m3，即施工防渗质量良好时，渗漏损失水量151.9万m3，施工防渗质量一般时，渗漏损失水量303.8万m3。

3.2.2 蒸发损失量

橡胶坝蓄水后形成的水面总面积为80.84万m2，根据《辽宁省水资源》[10]，在1956—2000年水面蒸发量(E601)等值线图查得，本工程区域平均水面蒸发量为1080mm。采用叶柏寿蒸发站1980—2000年平均水面蒸发量月分配比例，计算本工程区月分配水面蒸发量，见表3。

经计算，橡胶坝蓄满水形成水面后，橡胶坝运行过程蒸发损失量为64.1万m3。

3.2.3 损失量计算

理论情况下，蒸发渗漏损失量共计195.3万m3。实际情况下，蒸发渗漏损失量共计216万～367.9万m3。损失水量逐月分配结果见表4。

表2 实际情况下渗漏量计算成果表

表3 蒸发损失量月分配

表4橡胶坝工程渗漏、蒸发损失水量统计表

单位：万m3

3.3 所需补水量

橡胶坝工程初次蓄水后，蓄水量127.79万m3。在橡胶坝工程运行期间所需补水量为换水量和损失量，理论情况下所需补水量为270.3万m3，实际情况下所需补水量为291万～442.9万m3，即施工防渗质量良好者取小值，质量一般者取大值，见表5。

表5橡胶坝工程所需补水量统计表

单位：万m3

4 结语

本文通过对橡胶坝进行所需补水量分析与计算，确定了理论、实际两种情况下需要补充的水量，包括蒸发渗漏损失量与维持水质换水量，基本能够作为橡胶坝运行期间所需补水量要求。为了持续保持水面，必须确保渗漏损失量在规定的范围内，建议在施工期间确保河道防渗复合土工膜质量、施工过程质量合格、膜与膜之间焊接要达到质量要求，另外橡胶坝工程建设完毕后，以一处橡胶坝作为蓄水试验，验证橡胶坝运行过程漏失程度，并逐段开展橡胶坝工程的蓄水。