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【摘 要】 利用橡胶坝工程拦蓄河水，抬高水位，在河道上游局部宽阔河段形成人工湖，提升城市滨河景观效果，近年来在我国城市建设中得到广泛应用。本文结合具体实例分析如何合理确定橡胶坝蓄水位，兼顾城市防洪。
【关键词】 橡胶坝；蓄水位；合理性分析
引言：
三石河是安庆北部新城区主要行洪排水河道之一，其径流年内年际变化很大。该橡胶坝工程坝址位于三石河出口上游约120m处，主要用途是在非汛期拦蓄上游来水，抬高水位，上游局部宽阔河段形成人工湖，提升滨河景观效果，为市民提供休闲娱乐场所；汛期塌坝泄洪，使水流平顺汇入下游二石河；当长江水位较高时，利用橡胶坝抵挡下游石门湖血吸虫疫水向上游扩散。该工程是集城市防洪、美化城市景观、改善生态环境的一项社会公益性工程。
1.工程概况
1.1总体布置。三石河橡胶坝工程是拦河建筑物，为单跨橡胶坝，坝长39.9m，底板高程13.2m（黄海高程，下同），充水后坝袋顶高度2.8m，坝顶高程16.0m，采用锚栓双锚固。主要建筑物有：橡胶坝、上游铺盖，消力池、海漫、下游防冲槽、取水池、控制室。
1.2设计标准及参数。工程等别为中型Ⅲ等，主要建筑物橡胶坝为3级，次要建筑物控制室为4级建筑物，临时建筑物为5级。抗震设防烈度为7度。防洪标准为50年一遇，设计洪水（过坝流量）为185m3/s，设计蓄水位16.0m。
1.3自然地理。三石河主河道长约5.29km，2010年已进行了整治，整治后三石河出口段河道底宽26～120m，上口宽36～170m，坝址上游两岸为岗地，高程16.5m～21.0m，河底为近代河床冲积物，主要由中细砂、粉质粘土、砂砾石组成，河底高程17.0～11.2m，坝址处及上游人工湖底高程13.0m左右，两岸为浆砌石岸墙，墙顶高程16.5m。
1.4水文气象、工程地质。北部新城地处亚热带湿润季风气候，气候温和，雨量充足，日照充沛，四季分明。多年平均气温16.5℃，平均降雨量1423.6mm，平均风速3.2m/s，最大风速20m/s。场区地表水及地下水的水位、水量受气候和季节影响显著。
橡胶坝所在河段地处丘陵岗地地区，场地地基土分布较均匀，由上至下大致各层岩性分布为：第四系风化残坡积层（dlQ）、第四系全新统（dlQ4）和三叠系中统（T4）。第四系风化残坡积层（dlQ）主要分布于岗地地表，为灰黄、灰白色砂质粘土，土体呈软可塑～可塑状态，厚度0.4～1.50m；第四系全新统（dlQ4）主要分布于坝址附近河道内，为近代河床冲积物，主要由中细砂、粉质粘土、砂砾石组成，厚度0.3m～4.0m；三叠系中统（T4）广泛分布，局部直接出露，一般呈全～强风化状态。
2.设计依据
①《安庆城市总体规划》、《安庆北部新城防洪规划》
②《水利水电工程等级划分及防洪标准》（SL252-2000）、《工程建设标准强制性条文》水利工程部分
③《堤防工程设计规范》（GB50286-98）
④《水闸设计规范》（SL265-2001）
⑤《橡胶坝技术规范》（SL227-98）
3.蓄水位合理性分析
3.1设计洪水。三石河设计洪水由上游山区水库下泄洪水、山区冲沟及撇洪沟洪水、主城区自排涝水几部分组成，出口段50年一遇洪峰流量为185m3/s。设计洪水采用《安徽省暴雨参数等值线图、山丘区产汇流分析成果和山丘区中、小面积设计洪水计算办法》（安徽省水利水电勘测设计院1984年5月编制）按河道整体计算，河道流域特征及设计暴雨参数见表3.1-1，设计洪水成果见表3.1-2。
根据流域暴雨洪特性，本流域大洪水与下游石门湖高水位基本不相遇，依据《安庆北部新城防洪规划》成果，三石河设计水面线采用50年一遇洪水遭遇下游20年一遇湖水位（16.26m）和20年一遇洪水遭遇下游50年一遇湖水位（17.06m）两条水面线的外包线，计算成果见表3.1-3。
洪水期下游石门湖水位较高时，坝址处洪水位受下游湖水位顶托影响较大，水位较高，故采用20年一遇洪水遭遇下游50年一遇湖水位天然河道水面线计算成果，坝址处设计洪水位17.09m。
3.2蓄水位合理性分析。
三石河橡胶坝设计蓄水位16.0m，从防洪、亲水安全及景观三方面分析论证其合理性。
3.2.1河道防洪对蓄水位的要求
从防洪的角度来说，拦河工程蓄水位越低越好，以减小拦水工程对河道防洪的安全影响。本文选择橡胶坝瞬时溃坝及不能正常塌坝行洪两种非正常工况，分别选取15.2m、15.7m、16.0m三档蓄水位（即坝顶高程），分析其对河道防洪影响。
1）橡胶坝瞬时溃坝对下游河道防洪影响。三石河橡胶坝设计允许坝顶溢流水深最大控制在0.4m以内，当溢流水深超深时，塌坝泄洪。拟定工况为坝顶溢流水深达0.4m时橡胶坝瞬时全溃。溃坝最大流量的计算采用圣·维南公式：
Q=
其中：Q——坝址处最大流量，m3/s；
B——橡胶坝坝体长度，39.9m；
H0——溃坝时水头或溃坝时坝前水深，m。
经计算，15.2m、15.7m、16.0m三档蓄水位相应溃坝最大流量分别为196m3/s、260m3/s、330m3/s，计算成果见表3.3-1。
三石河防洪标准为50年一遇，相应设计洪水185m3/s，由表3.3-1可知，当正常蓄水位超过15.2m，瞬时溃坝最大流量超过50年一遇洪水，影响下游河道防洪。从防洪安全角度考虑，溃坝洪水不应超过下游河道的防洪能力，即橡胶坝正常蓄水位不应高于15.2m。
2）不能正常塌坝行洪对上游人工湖安全影响。橡胶坝运行过程中，若因故障导致不能正常塌坝，将对上游人工湖产生一定的安全影响。洪水遭遇选择20年一遇洪水遭遇下游50年一遇湖水位和50年一遇洪水遭遇下游20年一遇湖水位两种工况，坝上水位取两种工况较大值。 坝上水位按《橡胶坝技术规范》中附录A推荐堰流基本公式进行计算：
分别计算15.2m、15.7m、16.0m三档蓄水位（即坝顶高程）无法正常塌坝时坝上洪水位，计算成果见表3.3-2。
由表3.3-2可知，蓄水位（即坝顶高程）分别为15.2m、15.7m、16.0m，不能正常塌坝行洪时，坝上洪水位分别为17.17m、17.61m、17.89m，超设计水位分别为0.07m、0.51m、0.79m。橡胶坝上游人工湖岸墙（亲水平台）高程为16.5m，岸墙以上为滨河公园，地形均为岗地，高程16.5m～21.0m。当设计坝顶高程15.2m，不能正常塌坝时坝上水位超设计水位0.07m，对上游防洪影响可忽略不计；当设计坝顶高程分别为15.7m、16.0n，不能正常塌坝时坝上水位超设计水位分别为0.51m、0.79m，上游人工湖两岸亲水平台淹没水深1.11m、1.39m，洪水期会造成一定安全影响，须加强安全管理。
3.2.2亲水安全对蓄水位的要求
三石河橡胶坝设计蓄水位16.0m，上游河道两岸为滨河公园，沿河两岸设亲水景观平台高程16.5m，工程蓄水后，河道水深2.5～3.0m，平台距水面高0.5m，容易发生溺水事件，须在两岸岸墙设置安全防护栏杆。
3.2.3水自然景观对蓄水位的要求
三石河橡胶坝上游人工湖面积约53125m2，河底高程13.0m，按正常蓄水位15.2m、15.7m、16.0m计算，蓄水量分别约为11.7万m3，14.3万m3，15.9万m3。从改善城市水环境、创造丰富多样的生态环境角度考虑，人工湖蓄水量应越多越好，即橡胶坝设计蓄水位16.0m较合适。
此外，坝址上游270m处人工湖右岸部分区域为荷花塘，塘底高程15.6m，荷花适应水深为0.2～1.0m，因而橡胶坝蓄水位应在15.8～1.0m，设计正常蓄水位16.0较合适。
3.2.4蓄水位合理性分析
综合分析各方面因素，设计蓄水位16.0m在两岸岸墙设置安全防护栏杆后对亲水平台不构成安全影响，能较好的改善当地水自然环境，但蓄水位16.0m偏高，影响上、下游防洪安全。本文推荐该橡胶坝工程正常蓄水位为15.7m，但要做好防洪预案，在洪水期或暴雨来临之前提前塌坝行洪。
4.结论与建议
4.1结论。该橡胶坝工程设计蓄水位16.0m偏高，正常运行时对河道防洪、泄洪影响很小，可忽略不计；如遇溃坝或不能正常塌坝行洪等非正常工况，将对上、下游河道防洪安全产生一定的影响。
4.2建议。在洪水期或暴雨来临之前提前塌坝行洪；非正常运用泄洪前应通知水利部门，做好下游河段的防洪工作，并使用高音喇叭、广播等方式向周边群众发布泄洪讯息；在上游人工湖两侧岸墙上安装隔离栏杆，设置安全警告标志。
5.结语
在城市规划区河道内修建橡胶坝等拦河设施，改善城市生态环境，创造水自然景观，其工程设计高程、控制水位应首先满足城市防洪要求，保障上、下游群众生命和财产安全。
参考文献：
[1]涂飞.《安庆北部新城三石河防洪评价报告》.安庆市水利水电规划设计院，2013.07
【关键词】 橡胶坝；蓄水位；合理性分析
引言：
三石河是安庆北部新城区主要行洪排水河道之一，其径流年内年际变化很大。该橡胶坝工程坝址位于三石河出口上游约120m处，主要用途是在非汛期拦蓄上游来水，抬高水位，上游局部宽阔河段形成人工湖，提升滨河景观效果，为市民提供休闲娱乐场所；汛期塌坝泄洪，使水流平顺汇入下游二石河；当长江水位较高时，利用橡胶坝抵挡下游石门湖血吸虫疫水向上游扩散。该工程是集城市防洪、美化城市景观、改善生态环境的一项社会公益性工程。
1.工程概况
1.1总体布置。三石河橡胶坝工程是拦河建筑物，为单跨橡胶坝，坝长39.9m，底板高程13.2m（黄海高程，下同），充水后坝袋顶高度2.8m，坝顶高程16.0m，采用锚栓双锚固。主要建筑物有：橡胶坝、上游铺盖，消力池、海漫、下游防冲槽、取水池、控制室。
1.2设计标准及参数。工程等别为中型Ⅲ等，主要建筑物橡胶坝为3级，次要建筑物控制室为4级建筑物，临时建筑物为5级。抗震设防烈度为7度。防洪标准为50年一遇，设计洪水（过坝流量）为185m3/s，设计蓄水位16.0m。
1.3自然地理。三石河主河道长约5.29km，2010年已进行了整治，整治后三石河出口段河道底宽26～120m，上口宽36～170m，坝址上游两岸为岗地，高程16.5m～21.0m，河底为近代河床冲积物，主要由中细砂、粉质粘土、砂砾石组成，河底高程17.0～11.2m，坝址处及上游人工湖底高程13.0m左右，两岸为浆砌石岸墙，墙顶高程16.5m。
1.4水文气象、工程地质。北部新城地处亚热带湿润季风气候，气候温和，雨量充足，日照充沛，四季分明。多年平均气温16.5℃，平均降雨量1423.6mm，平均风速3.2m/s，最大风速20m/s。场区地表水及地下水的水位、水量受气候和季节影响显著。
橡胶坝所在河段地处丘陵岗地地区，场地地基土分布较均匀，由上至下大致各层岩性分布为：第四系风化残坡积层（dlQ）、第四系全新统（dlQ4）和三叠系中统（T4）。第四系风化残坡积层（dlQ）主要分布于岗地地表，为灰黄、灰白色砂质粘土，土体呈软可塑～可塑状态，厚度0.4～1.50m；第四系全新统（dlQ4）主要分布于坝址附近河道内，为近代河床冲积物，主要由中细砂、粉质粘土、砂砾石组成，厚度0.3m～4.0m；三叠系中统（T4）广泛分布，局部直接出露，一般呈全～强风化状态。
2.设计依据
①《安庆城市总体规划》、《安庆北部新城防洪规划》
②《水利水电工程等级划分及防洪标准》（SL252-2000）、《工程建设标准强制性条文》水利工程部分
③《堤防工程设计规范》（GB50286-98）
④《水闸设计规范》（SL265-2001）
⑤《橡胶坝技术规范》（SL227-98）
3.蓄水位合理性分析
3.1设计洪水。三石河设计洪水由上游山区水库下泄洪水、山区冲沟及撇洪沟洪水、主城区自排涝水几部分组成，出口段50年一遇洪峰流量为185m3/s。设计洪水采用《安徽省暴雨参数等值线图、山丘区产汇流分析成果和山丘区中、小面积设计洪水计算办法》（安徽省水利水电勘测设计院1984年5月编制）按河道整体计算，河道流域特征及设计暴雨参数见表3.1-1，设计洪水成果见表3.1-2。
根据流域暴雨洪特性，本流域大洪水与下游石门湖高水位基本不相遇，依据《安庆北部新城防洪规划》成果，三石河设计水面线采用50年一遇洪水遭遇下游20年一遇湖水位（16.26m）和20年一遇洪水遭遇下游50年一遇湖水位（17.06m）两条水面线的外包线，计算成果见表3.1-3。
洪水期下游石门湖水位较高时，坝址处洪水位受下游湖水位顶托影响较大，水位较高，故采用20年一遇洪水遭遇下游50年一遇湖水位天然河道水面线计算成果，坝址处设计洪水位17.09m。
3.2蓄水位合理性分析。
三石河橡胶坝设计蓄水位16.0m，从防洪、亲水安全及景观三方面分析论证其合理性。
3.2.1河道防洪对蓄水位的要求
从防洪的角度来说，拦河工程蓄水位越低越好，以减小拦水工程对河道防洪的安全影响。本文选择橡胶坝瞬时溃坝及不能正常塌坝行洪两种非正常工况，分别选取15.2m、15.7m、16.0m三档蓄水位（即坝顶高程），分析其对河道防洪影响。
1）橡胶坝瞬时溃坝对下游河道防洪影响。三石河橡胶坝设计允许坝顶溢流水深最大控制在0.4m以内，当溢流水深超深时，塌坝泄洪。拟定工况为坝顶溢流水深达0.4m时橡胶坝瞬时全溃。溃坝最大流量的计算采用圣·维南公式：
Q=
其中：Q——坝址处最大流量，m3/s；
B——橡胶坝坝体长度，39.9m；
H0——溃坝时水头或溃坝时坝前水深，m。
经计算，15.2m、15.7m、16.0m三档蓄水位相应溃坝最大流量分别为196m3/s、260m3/s、330m3/s，计算成果见表3.3-1。
三石河防洪标准为50年一遇，相应设计洪水185m3/s，由表3.3-1可知，当正常蓄水位超过15.2m，瞬时溃坝最大流量超过50年一遇洪水，影响下游河道防洪。从防洪安全角度考虑，溃坝洪水不应超过下游河道的防洪能力，即橡胶坝正常蓄水位不应高于15.2m。
2）不能正常塌坝行洪对上游人工湖安全影响。橡胶坝运行过程中，若因故障导致不能正常塌坝，将对上游人工湖产生一定的安全影响。洪水遭遇选择20年一遇洪水遭遇下游50年一遇湖水位和50年一遇洪水遭遇下游20年一遇湖水位两种工况，坝上水位取两种工况较大值。 坝上水位按《橡胶坝技术规范》中附录A推荐堰流基本公式进行计算：
分别计算15.2m、15.7m、16.0m三档蓄水位（即坝顶高程）无法正常塌坝时坝上洪水位，计算成果见表3.3-2。
由表3.3-2可知，蓄水位（即坝顶高程）分别为15.2m、15.7m、16.0m，不能正常塌坝行洪时，坝上洪水位分别为17.17m、17.61m、17.89m，超设计水位分别为0.07m、0.51m、0.79m。橡胶坝上游人工湖岸墙（亲水平台）高程为16.5m，岸墙以上为滨河公园，地形均为岗地，高程16.5m～21.0m。当设计坝顶高程15.2m，不能正常塌坝时坝上水位超设计水位0.07m，对上游防洪影响可忽略不计；当设计坝顶高程分别为15.7m、16.0n，不能正常塌坝时坝上水位超设计水位分别为0.51m、0.79m，上游人工湖两岸亲水平台淹没水深1.11m、1.39m，洪水期会造成一定安全影响，须加强安全管理。
3.2.2亲水安全对蓄水位的要求
三石河橡胶坝设计蓄水位16.0m，上游河道两岸为滨河公园，沿河两岸设亲水景观平台高程16.5m，工程蓄水后，河道水深2.5～3.0m，平台距水面高0.5m，容易发生溺水事件，须在两岸岸墙设置安全防护栏杆。
3.2.3水自然景观对蓄水位的要求
三石河橡胶坝上游人工湖面积约53125m2，河底高程13.0m，按正常蓄水位15.2m、15.7m、16.0m计算，蓄水量分别约为11.7万m3，14.3万m3，15.9万m3。从改善城市水环境、创造丰富多样的生态环境角度考虑，人工湖蓄水量应越多越好，即橡胶坝设计蓄水位16.0m较合适。
此外，坝址上游270m处人工湖右岸部分区域为荷花塘，塘底高程15.6m，荷花适应水深为0.2～1.0m，因而橡胶坝蓄水位应在15.8～1.0m，设计正常蓄水位16.0较合适。
3.2.4蓄水位合理性分析
综合分析各方面因素，设计蓄水位16.0m在两岸岸墙设置安全防护栏杆后对亲水平台不构成安全影响，能较好的改善当地水自然环境，但蓄水位16.0m偏高，影响上、下游防洪安全。本文推荐该橡胶坝工程正常蓄水位为15.7m，但要做好防洪预案，在洪水期或暴雨来临之前提前塌坝行洪。
4.结论与建议
4.1结论。该橡胶坝工程设计蓄水位16.0m偏高，正常运行时对河道防洪、泄洪影响很小，可忽略不计；如遇溃坝或不能正常塌坝行洪等非正常工况，将对上、下游河道防洪安全产生一定的影响。
4.2建议。在洪水期或暴雨来临之前提前塌坝行洪；非正常运用泄洪前应通知水利部门，做好下游河段的防洪工作，并使用高音喇叭、广播等方式向周边群众发布泄洪讯息；在上游人工湖两侧岸墙上安装隔离栏杆，设置安全警告标志。
5.结语
在城市规划区河道内修建橡胶坝等拦河设施，改善城市生态环境，创造水自然景观，其工程设计高程、控制水位应首先满足城市防洪要求，保障上、下游群众生命和财产安全。
参考文献：
[1]涂飞.《安庆北部新城三石河防洪评价报告》.安庆市水利水电规划设计院，2013.07