南洋河天镇段蓄水工程调度问题探析

赵小明

（新绛县水利局，山西 新绛 043100）

1 工程概况

南洋河属海河流域永定河水系，发源于阳高县下深井乡丰稔山村，始称张官屯河，出张官屯村后称为白登河，继续流经大白登镇、狮子屯乡，于三十里铺乡玉兰堡村进入天镇县境内，至二十里铺村后称为南洋河。南洋河在天镇县境内继续流经南河堡乡、玉泉镇、逯家湾镇，于永嘉堡村东出境入河北省怀安县，到怀安县与西洋河汇合后注入洋河，河长134 km，流域面积3 904 km2。天镇县境内，南洋河主要支流有黑水河和三沙河。

南洋河天镇县核心区生态修复工程，西起新洋河大桥上游约750 m，东至旧马走路南洋河大桥向下游0.6 km，全长3.9 km。蓄水段采用北岸蓄水，南岸行洪的分槽蓄水方案包括4座壅水坝和一座管理站，4座蓄水坝蓄水总长度3.3 km，蓄水总量69万m3，蓄水总面积46.2万m2，防洪标准20年一遇。

2 蓄水坝工程及过流能力计算

2.1 蓄水坝工程

1号蓄水坝位于天走路南洋河大桥（新建洋河桥）上游470 m处，包括主坝和副坝两部分，为液压杆后支撑式钢闸门坝，由单向可折叠钢闸门坝、电源和控制系统组成。主坝设计坝高2.5 m，坝体面板数量为12扇，每扇长11.5 m，总长138 m，中间无隔墩，每扇闸门同时起落。1号副坝坝长69 m，设计坝高2.5 m，坝体面板数量为6扇，每扇长11.5 m，总长69 m，中间无隔墩，每扇闸门同时起落。蓄水面积约16万m2，蓄水量约21万m3。

2号蓄水坝位于1号坝下游1 045 m处，由挡水坝、电源、控制系统和监测系统和水源组成。挡水坝为双锚固充水式橡胶坝，坝高2.5 m，坝长140 m，坝袋上设超压溢流管。坝体充水容积1 330 m3，坝体充水压力0.11 MPa。充水与排水共用一套管路系统，采用动力充排，蓄水面积约10万m2，蓄水量约16万m3。

3号蓄水坝位于2号坝下游1 097 m处，由挡水坝、电源、控制系统组成。3号蓄水坝为液压钢坝，设计坝高2.5 m，由3扇坝体面板组成，单扇门宽43.5 m，闸墩4 m，总宽138.5 m，净宽130.5 m。采用底轴式钢坝闸门，坝的液压油缸，位于岸边的闸室和中墩内。蓄水面积约10万m2，蓄水量约16万m3。

4号蓄水坝位于3号坝下游1 140 m处，由挡水坝、电源、控制系统组成。4号蓄水挡水坝为重型“马勒里式”活动液压钢坝闸门，设计坝高2.5 m，总长131 m，坝体面板共13扇，其中中间一扇长11 m，两侧各6扇，每扇长10 m。蓄水面积约10万m2，蓄水量约16 万 m3。

2.2 壅水闸坝过流能力

本段河道现有1座橡胶坝和新建3座液压钢坝，塌坝后底槛高0.2 m。蓄水坝在启闭过程中，坝顶高程是变化的，坝前水位也是变化的，因此应计算不同坝高的堰上水深—泄量关系。钢坝闸在开启部分闸门情况下，侧收缩系数小于1；当坝顶较低、流量较大时，因为下游水位较高，可能形成淹没出流。计算中应考虑淹没出流和侧收缩系数的影响。壅水塌坝后的过流能力计算，采用堰流流量计算公式：

式中：σs——淹没系数，自由出流，取1.0；

σc——侧收缩系数，无收缩，取1.0；

m——自由溢流的流量系数，取0.385；

n——闸孔孔数；

b——每孔净宽，m；

H0——包括行进流速水头的堰前水头，m。

计算结果表明，当实际堰高不低于1 m时，基本不会形成淹没出流；1号主坝和4号坝在开启孔数不大于2孔时，基本上可以看作是自由出流。

河道遭遇20年一遇设防标准洪水时，塌坝运行，最大壅水高度为0.09 m，满足防洪要求。

3 壅水闸坝运行调度条件

3.1 设计调度方案

当正常蓄水时，4座坝均立坝运行；当蓄水池补换水时，清水渠液压钢坝单扇或多扇低坝或塌坝冲沙。当上游日常来水的水质较差时，1号副坝低坝运行，由浑水渠下泄来水，避免污染清水渠。

与当地市政管理部门建立联系，及时了解县城内暴雨、污水排泄情况，在防汛调度过程中要充分考虑县城排涝、排污压力，在治理段坝址处设立水尺，并与当地防汛部门建立联系，汛期及时通报水位。

当上游河道的正常水深不大于0.8 m（即发生200 m3/s以下洪水）时，浑水渠1号副坝，塌坝泄洪、排沙，清水渠各坝立坝挡水；当上游河道的正常水深大于0.8 m、小于1.2 m时，4座坝均半塌坝运行；当上游河道的正常水深大于1.2 m时，4座坝均塌坝运行，全河道敞泄洪水，确保行洪安全，防止泥沙淤积。

冬季运行时，要求塌坝运行或者破冰运行，防止冰层对坝体形成破坏。破冰时先降低坝面高度0.5 m，再将坝面升起破碎冰层后，降坝排出冰凌，从而保护坝体不被冰层损坏。

在实际调度运行过程中，完善调度运行规程，编制防汛抢险应急预案，以应对超标准洪水。

3.2 蓄水坝泄空条件

2号橡胶坝以2.5 m坝高开始泄流，60 min完全塌坝的情况下，在30 min左右达到最大流量94.4 m3/s，相应最大堰上水深0.46 m；如果30 min完全塌坝，最大流量179 m3/s将出现在20 min时刻，相应堰上水深0.7 m。如果起始坝高为1.5 m，塌坝时长60 min，则最大流量40.5 m3/s，出现时间在22 min，堰上最大水深0.26m。为保证橡胶坝的安全运行，应以起始坝高1.5m，60 min完全塌坝运行。

其他蓄水坝起始坝高2.5 m，10 min操作完成启闭时，最大泄量约470 m3/s，出现时间为蓄水坝全开之时，堰上最大水深约1.4 m；如果5 min操作完成，最大流量680 m3/s，堰上最大水深1.87 m。如果起始坝高1.5m，10min操作完成启闭时，最大泄量190m3/s，出现时间为蓄水坝全开之时，堰上最大水深约0.75 m；如果5 min操作完成，最大流量308 m3/s，堰上最大水深约1.1 m。综合考虑泄洪安全和4座坝泄空时间要求，推荐起始坝高1.5 m、5 min操作完成的调度方案。

3.3 预警系统

孤峰山水库坝址位于1号坝上游15 km处，该河道中、小洪水的流速小于3.0 m，因此从水库开始泄洪算起，达到1号坝位置1.3 h。水库控制流域内有3个雨量站可以预警。各蓄水坝之间相距约1 km，水流传播时间 5～6 min。

4 壅水闸坝运行调度

4.1 基本调度方案

工程操作调度系统应与县防汛报讯系统对接，及时接收上游水库和流域内雨量站的报讯信息。4座闸坝的调度运行方案，需要考虑冲沙及下游河道行洪要求。4座闸坝的开启顺序为自下游向上游依次开闸。

4.2 调度方案

汛期为每年6月1日—9月30日。南洋河天镇县核心区生态修复工程雍水闸坝汛期调度应与上游雨量站实测雨量相结合。汛期调度应与孤峰山水库洪水调度为重要的预警措施。流域内实时雨量满足判别条件（见表1）中的任一指标，即触发以雨量调度的条件，应进行开启闸坝的操作。

表1 工程洪水标准判别条件表

当上游实时暴雨达到5年一遇标准时，南洋河天镇县核心区生态修复工程雍水闸坝工程进入警戒状态，开闸泄洪，各坝段蓄水深度保持在设计值的1/2。

当上游实时暴雨达到10年一遇标准时，南洋河天镇县核心区生态修复工程雍水闸坝工程进入紧急状态，开闸泄洪，各坝段蓄水深度保持在设计值的1/3。

当上游实时暴雨达到20年一遇标准时，达到核心区生态修复工程的设防标准，各坝段闸坝全部开启。

当上游实时暴雨超过20年一遇标准时，工程进入紧急状态，启动应急预案。

4.3 预警调度

进入主汛期（7月1日—8月31日），4座蓄水坝，应降低1 m蓄水运行，保持坝高1.5 m。

当孤峰山水库开始泄洪或上游预警时，开启4号蓄水坝，所有13孔闸门同时、同步操作，完全启闭时间按5 min计算，每15 s开启5°。同时按同样的方式开启1号副坝。第6 min开启3号蓄水坝，3孔闸门同时、同步操作，完全启闭时间按5 min计算，每15 s开启5°。第12 min，橡胶坝开始塌坝，按60 min完全塌放操作。第55 min，开启1号主坝，12孔闸门同时、同步操作，完全启闭时间按5 min计算，每15 s开启5°。

5 结语

安全调度工作是建立在闸坝、河渠良性运行基础上的。因此，一要加强河道清障工作，制定巡视和检查制度，发现河道内有阻碍行洪、危及河道安全的垃圾等障碍物时，由管理处组织人员依法排除，确保河道行洪通畅。二是日常检查、定期检查和特别检查要有书面报告；针对检查中发现的问题，应及时处理。三是当判断设备需检修时，或相关标准或设备说明书中规定了设备检修的周期和内容时，应及时向相关管理部门提出检修申请。