第１０期 ２０１４年１０月 广东水利水电 ＧＵＡＮＧＤ０ＮＧ ＷＡＴＥＲ ＲＥＳ０ＵＲＣＥＳ ＡＮＤ ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ Ｎｏ．１０ ０ｃｔ．２０１４ 花都湖橡胶坝工程消能防冲计算方法分析 陈汉杰 （广州市水务规划勘测设计研究院，广东广州 ５１０６４０） 摘要：由于橡胶坝的特有的运行工况，在橡胶坝设计过程中需根据工程实际情况选择最危险的计算工况及适合的计算 方法。本文试图通过花都湖橡胶坝工程的消能防冲计算进行介绍，供同类工程借鉴参考。 关键词：橡胶坝；消能计算；设计 中图分类号：ＴＶ１２２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００８—０１１２（２０１４）０１０—０００４—０３ 橡胶坝是用高强度合成纤维织物做受力骨架，在 总集雨面积为４２３ ｋｍ 。新街河干流的防洪标准为５０ 年一遇，堤防工程级别定为３级，主要水工建筑物为 其内外涂敷橡胶作保护层加工成胶布，再将其锚固于 底板上成封闭状的坝袋，通过充排管路用水（气）将其 充胀形成的袋式挡水坝。坝顶可以根据需要调节坝高， 控制上游水位，以发挥灌溉、发电、航运、防洪、挡 潮等效益。橡胶坝具有结构简单、施工期短、造价低、 ３级，次要水工建筑物为４级。 新街河河道综合整治和环境建设工程（花都湖）整 治范围为新街河京广铁路桥上游干流长６．６８２ ｋｍ的河 道，两岸堤线长为１５．５７ ｋｍ。工程任务是以城市防洪 安全整治为主，结合河道水生态、水环境、水景观等 多种功能进行综合整治。工程分三期建设，其中橡胶 坝工程属于二期工程的建设内容。 抗震性能好等优点，而且橡胶坝可根据实际地形灵活 布置，坝体内的水泄空后，坝袋紧贴在底板上，不影 响河道泄洪。橡胶坝自２０世纪９０年代以来在我国发 展迅速，特别是在城区河道环境美化、保持景观水位 发挥了重要作用¨Ｊ。 橡胶坝坍坝时最大流量为５９４ ｍ ／ｓ（Ｐ＝２％），参 照水闸最大过闸流量等级划分，工程等别为Ⅲ等，工 橡胶坝结构简单，部分结构与水闸结构相似，橡 胶坝的结构分析可参照水闸结构的分析方法进行分析， 程级别为３级。根据现状河道宽度，橡胶坝布置为一 跨，净跨度为６３．４ ｍ，坝高为２ ｍ，底板高程为 ３．５ ｍ，景观水位为５．５ ｍ。边墩厚为１．０ ｍ，墩顶高 程为６．０ ｍ。泵房及管理房布置在新街河左岸，泵房 尺寸为１０．０ ｍ×１６．２８ ｍ。橡胶坝底板厚为１．０ ｍ，长 为１０．０ ｍ，其上游设钢筋混凝土铺盖及格宾石笼防冲 槽，下游设消力池、浆砌石海漫及格宾石笼防冲槽。 但由于橡胶坝的特有的运行工况，存在完全坍落、全 部充起、充起（或坍落）过程中３种状态，因此，橡胶 坝的水力计算与普通水闸、溢流堰相比，具有其特殊 性。根据《橡胶坝技术规范》（ＳＬ２２７—９８） Ｊ，“消能 防冲，设施的布置，应根据地基情况、运行工况等因 素确定”。由于每个工程实际情况均不相同，因此在 橡胶坝主要参数见表１，断面图如图１所示。 表１橡胶坝主要参数 橡胶坝消能防冲设施设计中就需解决设计工况如何选 取？洪水标准如何选择？选取何种计算方法？为了回 答这些问题，本文试图通过花都湖橡胶坝工程的设计 计算进行介绍，以期对橡胶坝的消能防冲问题的设计 计算有所帮助。 １工程概况 新街河是白坭水的一条支流，其干流由铜鼓坑、 铁山河汇合后算起，由东向西流经莲塘、新华镇，于 珠江水泥厂附近汇人白坭水，干流全长为３６．１ ｋｍ， 收稿日期：２０１４—０６—２０：修回日期：２０１４—０９—１５ 作者简介：陈汉杰（１９８５），男，本科，工程师，主要从事水利Ｔ程设计、咨询工作。 ・ ・ ２０１４年１Ｏ月 第１Ｏ期 陈汉杰：花都湖橡胶坝工程消能防冲计算方法分析 Ｎ【）．１０ ０ｃｔ．２０１４ １７５ ２６ Ｚ—、／１％Ｋ２９ 窖 Ｕ蝴 ¨ 瞬 — 圜 ８００ ＝ ４ ０００ 目 风 灰 ＝ 图１橡胶坝断面示意（单位：高程ｍ；长度ｍｍ） ２消能防冲计算 年一遇洪水不坍坝（上游水位为７．１５ ｍ、下游水位为 ４ ７２ ｍ），４种工况进行计算。 ２．２消力池计算 橡胶坝消力池计算应根据工程的下游河床地质情 况以及各工况的水力参数，参照《水闸设计规范》 （ＳＬ２６５—２００１） ，采用附录Ｂ底流式消能公式计算。 水跃型式计算结果见表２。 ｄ＝ ｏｈ ｃ—ｈ Ｆ ｓ一△Ｚ ｈｃ 。 ２．１计算工况选择 １）坝袋完全充起 坍坝前１：根据橡胶坝调度运行原则，若上游水 位超过橡胶坝坝顶高程０．５０ ｍ，即坝上水位超过６．Ｏ０ ｍ 时，应坍坝排洪，此时下游水位为４．７２ ｍ（坝下景观 水位），此工况为常遇工况。 坍坝前２：上游水位超过橡胶坝坝顶高程０．５０ ｍ， 即坝上水位超过６．Ｏ０ ｍ时，考虑下游橡胶坝检修或者 放空，此时坝下游水位较低（考虑下游水深为０．５ ｍ， 水位为３．２０ ｍ），此工况水头差最大。 １＋簧＿１）（ 。５ ＝０ 突发洪水不坍坝：由于新街河为山区性河流，极 可能出现极端天气突发洪水，未能及时坍坝，此时上 下游水头差较大，对消能也相对不利。从经济安全考 虑选取突发５年一遇的洪水。 ｈ：一 ＾ ＋ ｇ ＡＺ－蠢一乏ｇａｑ 式中ｄ为消力池深度（ｍ）； 为水跃淹没系数，采 用１．０５；ｈ 为跃后水深（ｍ）；ｈ 为收缩水深（ｍ）； 为水流动能校正系数，采用１．０；ｑ为过闸单宽流量 （ｍ ／ｓ）；ｂ。为消力池首端宽度（ｍ）；６ 为消力池末端 宽度（１ＴＩ）；Ｔｏ为由消力池底板顶面算起的总势能 ２）坝袋完全坍落 坍坝泄洪：在橡胶坝完全坍坝后，相当于宽顶堰 过流，最大过流量为洪峰流量，此工况过流量最大。 ３）坝袋坍落（或充起）过程中 在橡胶坝坍坝过程中，堰上水头、堰高、过流量、 （ｍ）；△ｚ为出池落差（１＂１１）；ｈ 为出池河床水深（ｍ）。 消力池长度按以下公式计算： Ｌ ｓｌ＝Ｌ ｓ＋８Ｌｉ Ｌ ＝６．９（ｈ” 一ｈ，） 下游水位均在变化，上下游水头差由坍坝前１（或２） 渐变至坍坝泄洪工况，过流量由坍坝前的洪水前峰流 量渐变至最大过洪流量。此过程中上下游最大水头差 小于坍坝前２工况，过流量小于坍坝泄洪工况，因此， 此过程的消能危险性小于其他极端工况，此次不再对 此过程工况进行计算。 式中 ，为消力池长度（ｍ）；Ｌ 为消力池斜坡断水平 投影长度（ｍ）； 为水跃长度校正系数，采用０．８；Ｌ 为水跃长度（ＩＹＩ）。 综合考虑，消能防冲选取坍坝前１（上游水位 ６．０ ｍ、下游水位４．７２ ｍ）、坍坝前２（上游水位 ６．０ ｍ、下游水位３．２０ ｍ）、坍坝后通过设计洪水（Ｐ ＝＝根据表２计算结果，仅坍坝前２、不坍坝泄洪（Ｐ ２０％）２种工况发生远离式水跃，需要修建消能工， 其余２种工况则不需要。再根据该工况计算所需消力 池尺寸，结果见表３。 ２％）（上游水位７．２５ ｍ、下游水位７．１１ １１１）及突发５ ・５・ ２０１４年１Ｏ月 第１０期 广东水利水电 Ｎｏ．１０ Ｏｃｔ．２０１４ 根据表３中成果并结合现场地形，消力池设计深 度ｔ＝０．５ ｍ，长度Ｌ＝１８．０ ｍ，其中含斜坡段５．２ ｉＴｌ。 ２．３海漫长度计算 端单宽流量（ＩＴＩ。・Ｓ～・ｍ ）；［ 。］为河床土质允许不 冲流速（ｍ／ｓ）；ｈ 为海漫末端河床水深（ｎ１）。 经计算河床冲刷深度为１．４５ ｍ。本次设计根据计 算结果，上下游均设置１．５０ ｍ厚格宾石笼防冲槽。 ３结论 橡胶坝海漫长度计算一般参照《水闸设计规范》， 采用下式计算，计算工况取消力池计算结果中最危险 的突发洪水不坍坝泄洪工况 Ｊ。 Ｌ１．：Ｋｓ 通过以上计算可知，橡胶坝消能计算结果与坝袋状 态及遭遇洪水大小紧密相关。由于橡胶坝运行调度的特 殊性，在一些山区河道，可能出现突发洪水而未能及时 坍坝的情况，此时水头差和过流量均较大，就可能是决 定消能设施规模的关键工况。因此，橡胶坝消能设施的 最终设计结果不一定是由最大水头差或最大过流量工况 决定的，也有可能是由常遇小流量洪水工况决定的。 由此可见，在橡胶坝消能计算中应考虑坝袋状态 式中Ｌ， 为海漫长度（ｍ）；ｑ 为消力池末端单宽流量 （ｍ ・ｓ一・Ｉｎ ）；△胃为闸孔泄水时上下游水位差 （ｍ）； 为海漫长度计算系数，取１０。 计算成果见表４。 表４海漫长度计算成果 与遭遇洪水大小的相互组合，按照“多种工况、综合 分析、合理取值”的原则，根据工程实际情况，比选 后最终确定消能设施工程规模。 参考文献： 根据上述计算结果，同时考虑下游格宾石笼防冲 槽长度５．０ ｍ也具有防冲的作用，因此下游海漫长度 ［１］高本虎．橡胶坝工程技术指南（第二版）［Ｍ］．北京：中 国水利水电出版社，２００６． 取２０．０ ｍ，即可满足要求。 ２．４河床冲刷深度计算 橡胶坝河床冲刷深度计算一般参照《水闸设计规 范》，采用下式计算，计算工况同样取突发洪水不坍 坝泄洪工况 ］。 ・ ［２］ 中国水利水电科学研究院．ＳＬ ２２７—９８橡胶坝技术规范 ［Ｓ］．北京：中国水利水电出版社，２００４． ［３］江苏省水利勘测设计研究院．ＳＬ２６５—２００１水闸设计规 范［Ｓ］．北京：中国水利水电 版社，２００１． ［４］ 李炜．水力计算手册（第二版）［Ｍ］．北京：中国水利水 电出版社，２００６． 斋 ｍ （本文责任编辑马克俊） 式中・ｄ， 为海漫末端河床冲刷深度（ｍ）；ｑ 为海漫末 （下转第２０页） ６． ２０１４年１０月第１０期 马元廷，等：海珠涌流域内涝成因分析及治理措施 Ｎｏ．１０ ０ｃｔ．２０１４ Ｃａｕｓｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｗａｔｅｒｌｏｇｇｉｎｇ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ Ｍｅａｓｕｒｅｓ ｉｎ Ｈａｉｚｈｕｃｈｏｎｇ Ｂａｓｉｎ ＭＡ Ｙｕａｎｔｉｎｇ，ＺＨＡＯ Ｐｉｎｇ （Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｗａｔｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １０６４０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ，ｔｈｅ￣ｅｑｕｅｎｔ ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ ｏｆ ｗａｔｅｒｌｏｇｇｉｎｇ ｉｎ Ｈａｉｚｈｕｃｈｏｎｇ ｂａｓｉｎ ｈａｓ ａ ｇｒｅａｔ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ａｎｄ ｌｉｖｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｉｐａｒｉａｎ ｒｅｓｉｄｅｎｔｓ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃａｕｓｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｗａｔｅｒｌｏｇｇｉｎｇ，ｓｏｍｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｓｅｔｕｐ ｏｆ ｎｅｗ ｄｒａｉｎａｇｅ ｐｕｍｐ ｓｔａｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｍｕｎｉｃｉｐａｌ ｐｉｐｅ ｎｅｔｗｏｒｋ，ｔｈｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ，ｃｈａｎｎｅｌ ｄｒｅｄｇｉｎｇ ａｎｄ ｂｒｏａｄｅｎｉｎｇ，ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ａｌｏｎｇｓｈｏｒｅ ｆｌａｐ ｖａｌｖｅｓ，ｃｈａｎｎｅｌ ｄｅｓｉｈｉｎｇ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｆｏｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｐｒｏｊｅｃｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｈａｉｚｈｕｃｈｏｎｇ；ｗａｔｅｒｌｏｇｇｉｎｇ；ｗａｔｅｒ ｄｒａｉｎａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ；ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ ……一】…】……～】………】…～０…】…】……】……】…，…一】… （上接３页） Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｅｃｏｎｄ Ｓｔａｇｅ Ｓｔｉｌｌｉｎｇ Ｂａｓｉｎ ａｔ Ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ ｏｆ ｔｈｅ Ｂａｒｒａｇｅ ＨＵＡＮＧ Ｚｈｉｍｉｎ，ＦＵ Ｂｏ，ＣＨＥＮ Ｚｈｕｏｙｉｎｇ，ＺＨＵ Ｈｏｎｇｈｕａ （Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６３５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｗａｔｅｒ ｈｅａｄ ｏｆ ｔｈｅ ｂｏｔｔｏｍ ｏｆ ｓｅｃｏｎｄ ｓｔａｇｅ ｓｔｉｌｌｉｎｇ ｂａｓｉｎ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｂｅｔｔｅｒ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｓｅｃｏｎｄ ｓｔａｇｅ ｓｔｉｌｌｉｎｇ ｂａｓｉｎ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｍｏｄｅｌ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔ ａｎｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｅｘａｍｐｌｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｃａｎ ｂｅ ａ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂａｒｒａｇｅ；ｓｅｃｏｎｄ ｓｔａｇｅ ｓｔｉｌｌｉｎｇ ｂａｓｉｎ；ｌａｙｏｕｔ；ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ；ｓｔｕｄｙ ………，…………ｔ，…，…，…，………’…ｌ………ｌ…’～…ｌ…ｌ……，…】Ｈ （上接６页） Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｒｏｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ Ｈｕａｄｕ Ｌａｋｅ Ｒｕｂｂｅｒ Ｄａｍ Ｐｒｏｊｅｃｔ ＣＨＥＮ Ｈａｎｊｉｅ ｆ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｗａｔｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １ ０６４０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｕｎｉｑｕｅ ｒｕｎｎｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｕｂｂｅｒ ｄａｍ，ｔｈｅ ｍｏｓｔｒ ｄａｎｇｅｒｏｕｓ ｒｕｎｎｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｃｈｏｓｅｎ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ ｉｔ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｐｒ￣ｅｃｔ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓ— ｓｉｐａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｒｏｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ Ｈｕａｄｕ Ｌａｋｅ ｒｕｂｂｅｒ ｄａｍ ｐｒｏｊｅｃｔ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｉｍｉｌａｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｕｂｂｅｒ ｄａｍ；ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｒｏｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ・２０・
