充气橡胶坝在红星水电站的应用

何海华

龙门县水利水电勘测设计室，广东 惠州 516800

1 工程简介

红星水电站位于龙门县蓝田乡北面的红星村马池塘处，为引水式河床电站。电站水系隶属增江主要支流的蓝田河水的倒流水，坝址以上集雨面积为65km2。本工程为利用原有灌溉拦河坝拦水，沿左岸开挖85m长引水渠引水发电，电站厂房设置在坝址下游左岸的布置形式。经实地勘测和水文水利计算，充分论证电站效益与淹没赔偿，提出提高蓄水水位1m以提高发电水头，增加发电效益的方案。并经过技术经济、运行管理等综合评价，确定采用充气橡胶坝。因此建成了龙门县第一座充气橡胶坝。

2 橡胶坝形式的确定

我国首座橡胶坝建成至今已逾40年，这期间，每一座橡胶坝的建成并投入运行，均在不断地重复验证它的广泛适用性及其节省三材、造价低、结构简单、施工期短，以及跨度大、不阻水、自重轻和抗震性好等诸多优点。

龙门县在2007年以前兴建了4座橡胶坝，均为充水橡胶坝。其中三座运用于水利发电，一座运用于旅游项目，运用于水利发电的有两座是在原有砌石坝的基础上加充水橡胶坝形式。通过对这4座充水橡胶坝建成后运行管理的调查研究，普遍存在充排水时间长、运行成本高等问题，特别是汛期超标准洪水来临，由于橡胶坝排水塌坝时间长，导致洪水回涌上游，发生淹没赔偿等上访问题。

针对龙门县已建橡胶坝在建设过程中、实际运行管理的基本情况，结合红星水电站实际，分析设计采用橡胶坝的形式。

红星水电站引水坝是对原砌石坝进行加固后，为提高发电水头，增加发电效益，同时兼顾上游的淹没赔偿，考虑提高蓄水水位1m，进行改建工程。该工程可借鉴的经验在龙门县有3宗，一宗是在原砌石坝上加水力自控翻板闸，两宗是在原砌石坝上加充水橡胶坝。由于提高水位只有1m，在原砌石坝上加水力自控翻板闸可否决，现在要考虑的是橡胶坝的形式。龙门县两宗在原砌石坝上加充水橡胶坝的电站都是为了提高发电水头，增加发电效益而在后来加装的，运行已有十几年，下面结合红星水电站实际，对充水橡胶坝和充气橡胶坝的特点进行比较。

2.1 土建工程

满足充水橡胶坝的顺水流基础底板宽度为3.5m，而充气橡胶坝仅要求为2.7m，充气的基础底板宽度要比充水橡胶坝节省23%；在坝袋的锚固方面，充水橡胶坝需坝面上下游、两端坝头锚固，而充气橡胶坝为单锚系统，只需上游、两端坝头锚固，下游无需锚固。这样，在基础的投资和工程施工时间上，充气橡胶坝比充水橡胶坝较优越。

2.2 坝袋、充排系统

充水橡胶坝的坝袋造价较充气橡胶坝的低，且充水橡胶坝可任意调整水头，而充气橡胶坝必须在设定的水头下运行，但充水橡胶坝的安装较充气橡胶坝复杂；充水橡胶坝必须设置集水井抽水，它的充水泵房受水泵扬程影响，不能根据实际地形设置，往往还要考虑洪水的影响，相应的会增加投资。充气橡胶坝独有的带脊的应用，有效增强坝体的横向张力，解决充气运行过程中的振动问题；充气橡胶坝采用充气自动调压装置，可在风机停止充气时给充气橡胶坝袋内气体保压，在橡胶坝袋受过流水位上涨而坝袋内气体压力增加时，通过调压密封盖板将气体泄放，以避免超压使橡胶坝袋破坏。

2.3 运行管理

充气橡胶坝的运行管理较简单，自动化的充气排系统，通过液位传感器和压力传感器传出的信号，自动调节坝体高度和充气压力，完全实现自动化管理；其在运行过程中的突出优势就是充排气时间短，比充水橡胶坝节省2/3的时间，特别是塌坝迅速及时，满足汛期防汛抢险的快速反应，对于小型水电站在管理不到位的情况下尤其适用，避免塌坝不及时，造成上游淹没赔偿问题。

充气橡胶坝塌坝后阻水效果比充水橡胶坝较好。充排设备的维护，充水橡胶坝在运行维护方面受地下潮湿影响易锈蚀，充气橡胶坝就不存在这个问题。充气橡胶坝上的带脊在溢流状态下运行，可形成均匀瀑布形状，从而提升橡胶坝工程的景观效果。

综合以上充气橡胶坝和充水橡胶坝特点的比照，最后确定红星水电站采用充气橡胶坝。

3 工程完成运用效果

红星水电站已投产运行3年多，基本达到原设计要求。但充气橡胶坝也存在着一定的不足。诸如气体压缩的不均匀性导致坝袋塌坝出现凹口，泄洪时水流相对集中，对下游河道冲刷较强，这就要充分考虑坝后消能的形式，以满足坝体安全运行的要求。

4 体会

通过对红星水电站充气橡胶坝设计选型，体会到橡胶坝在小型工程的应用上的许多优点。但对于山区河流，尤其是修建横跨河道的橡胶坝不一定就适宜。山区河流坡降陡，洪水暴涨暴落，洪流夹杂着块石、泥沙，并携带各种大小树木，极易造成橡胶坝袋的磨损破坏；同时对于已建橡胶坝工程，运行管理人员应该知道排水（气）塌坝的时间，在汛期加强管理，以免因塌坝不及时，造成上游淹没损失。在此，笔者认为，对于山区河流或者水土流失较严重的河流，修建拦河坝时，应综合考虑各种因素选择坝型，以使工程的效益最大化。

5 结论

近年随着新型充气橡胶坝技术的发展和我国城市用水、景观建设及环境整治的需要，充气橡胶坝得到更广泛的运用，并发挥着越来越重要的作用。

当然，充气橡胶坝也存在着一定不足。诸如气体压缩的不均匀性易导致出现凹口；坝袋的合成橡胶材料易风化等，但这些技术问题随着我国充气橡胶坝生产技术的逐步提升，其所存在的相对不足也将迎刃而解。

[1]何海华，黄敬森，陈勇杰，等.龙门县蓝田乡红星水电站初步设计报告[R].龙门：龙门县水利水电勘测设计室，2007.

[2]SL227-98，橡胶坝技术规范[S].

[3]高本虎.橡胶坝工程技术指南[M].中国水利水电出版社，2004.

[4]中国水利，2007，16（586）.