新型低水頭擋水閘壩選取原則及注意事項簡述

柴向斌，趙愛莉，趙小軍，賈元杰

（山西省汾河流域管理局，山西 太原 030024）

隨著汾河流域生態修復工作的全面推進，通過在河道中新建低水頭擋水閘壩已成為生態修復中蓄滯雨水資源，加大河流水域面積、增強地下水補給量，改善河段局部生態環境的重要工程措施之一。隨著水利產品技術的發展，國內涌現出一批新型低水頭擋水閘壩，替代了傳統形式的低水頭擋水閘。傳統形式低水頭擋水閘的特點主要為單孔單扇、非溢流、底開式排水排沙、閘門兩側設中墩、連墩成橋、檢修方便，但存在閘墩較多、平面布置占地大、且擠占河道行洪斷面，在外觀上比較零亂，土建工程量大、總體投資高等問題。新型低水頭擋水閘壩是近年來在河道生態治理工程中用于蓄水分洪作用代替傳統閘門而興起的一種（低水頭）新閘型，主要特點是結構簡單、美觀、無中墩、土建部分投資較小、啟閉靈活，已廣泛應用于河道引水、蓄水、分洪、入?？跈n潮等水工建筑上，尤其是城市河道生態治理工程。

1 新型低水頭擋水閘壩介紹

目前國內較為常見的新型低水頭擋水閘壩主要有橡膠壩、氣盾壩、鋼壩閘、液壓壩、舌瓣壩等，現將各閘壩的主要特點闡述如下：

1.1 橡膠壩

橡膠壩又稱橡膠水閘，分為充水式和充氣式兩種。充水壩的充排時間要長于橡膠壩充氣壩。與常規閘壩相比，其主要特點：一是造價低，可減少投資30%～70%；二是施工期短，壩袋只需3～15 d即可安裝完畢；三是壩體為柔性軟殼結構，抗震能力強（壩袋基礎之間是軟連接，不會因基礎變形造成系統失靈和喪失正常運行能力）；四是充水（氣）式壩袋，需要單獨配備保障水源（常規設計中需配備水井）和建設泵房（供氣站）；五是壩頂溢流不易過高（橡膠壩設計規范中明確規定橡膠壩溢流不能超過50 cm）；六是難以實現蓄水高度的精準化和自動化控制；七是容易受到尖銳物體的損壞，且在北方地區冬季運行需進行破冰處理；八是壩袋易老化，壽命大約10～15年；九是立壩、塌壩時間長，對河道快速截流、蓄水與泄洪不利；十是無法實現河道沖砂，容易造成樞紐前河段泥沙淤積。

1.2 氣盾壩

氣盾壩也稱氣動盾形閘壩，其結構主要由充氣氣囊、盾板及控制系統等組成，主要是結合橡膠壩和鋼閘門的部分特點改造而成。與常規閘壩相比其主要特點：一是和橡膠壩一樣具有造價低、施工期短、抗震能力強等特點；二是迎水面受盾板（鋼結構）保護可避免砂石、上游冰凌對壩袋的破壞；三是設置在河道中的設備無任何機械用油，不存在設備泄露造成河道水環境污染風險；四是仍未克服需要建設供氣站、難以實現蓄水高度的精準化（壩面啟閉高度一致）和自動化控制等缺點。

1.3 鋼壩閘

鋼壩閘學術名稱底軸驅動翻板閘門，由活動部分（也稱門葉）、埋固部分和啟閉機械3部分組成。鋼結構門體通過底軸扭力傳導，兩端以液壓啟閉機為動力，實現整體起伏，單跨長度不宜超過50 m，壩高不易超過5.0 m。與常規閘壩相比其主要特點：一是可長時間大流量從壩頂溢流形成瀑布效果，壩體外形美觀，壩頂可設置噴頭，形成噴泉景觀；二是液壓啟閉系統設置在中墩里，不在水中工作；三是可實現現地控制和先進的自動化控制及網絡操作，且可精準控制閘門啟閉高度；四是冬季運行中可將鋼壩傾斜一定角度，釋放水結冰的膨脹力，解決壩體防止冰凍破壞問題；五是單跨壩體較長且為一個整體，對閘壩基礎及現場安裝要求較高，若發生閘底板不均勻沉降會導致閘門變形等問題；六是當河道較寬時，需要在河道中間設閘墩，土建投資較高，會擠占部分河道行洪斷面；七是使用壽命長，理論壽命50年；八是壩后易形成淤積，壩后淤積沖砂需要將整扇閘門臥倒沖淤；九是壩體升降時間短，啟閉靈活，對于洪水暴漲暴落的河道，防洪壓力小。

1.4 液壓壩

液壓壩也稱液壓翻板閘，是一種底軸鉸接閘底板、液壓缸啟閉，支撐桿支撐，由多扇門體組成的無中墩的整體擋水閘壩。其主要特點：一是無中墩，土建投資較小，不擠占河道行洪斷面；二是單跨壩體較短（6～10 m），啟閉靈活，閘門可快速單獨啟閉，分扇泄水且檢修方便，同時可分片塌壩排水，壩體前后泥沙容易沖排；三是可長時間大流量地從壩頂溢流形成瀑布效果，壩體外形美觀；四是冬季運行中可通過人為調節門體開啟角度釋放冰面應力，解決壩體防止冰凍破壞問題；五是可實現現地控制和自動化控制及網絡操作，控制閘門啟閉高度；六是支撐桿受限位卡固定支撐配合小油缸解鎖，可避免啟閉機長期處于工作狀態，但存在解鎖缸失靈、支撐桿卡阻隱患；七是液壓啟閉機長期在水中工作，且液壓缸置于坑槽中容易受河道泥沙淤積或冰凍影響，限制液壓缸擺動，進而影響閘門啟閉。

1.5 舌瓣壩

舌瓣壩也稱舌瓣閘，是一種底軸鉸接閘底板固定、液壓缸啟閉支撐，由多扇門體組成的無中墩、相互密封的整體擋水閘壩。其主要結構形式和液壓壩相似，主要特點：一是改變液壓壩的啟閉支撐系統，將液壓缸直接設置在閘后底板上，避免液壓缸坑槽受泥沙淤積和冰凍影響閘門啟閉問題；二是大大簡化了閘門支撐系統，由液壓缸長期受力，減少支撐系統卡組等隱患；三是液壓輸油系統可實現全程剛性連接，增加液壓輸油管路的保障性；其余特點同液壓壩。

2 閘壩選取原則及注意事項

在工程實際應用中，閘壩的選取應遵循“安全可靠、止水嚴密、啟閉靈活、檢修方便”原則，具體注意事項如下：

一是閘壩選型初期應綜合考慮工程造價、河道水文（主要考慮防洪、長期水量、泥沙）、工程地質等綜合因素進行選擇。二是所選閘壩的門葉、支撐結構，啟閉系統必須進行結構受力分析及啟閉力復核計算，確保最不利工況運行時，工程整體結構安全。三是山區河流應充分考慮閘門啟閉速度（對靠液壓系統開啟閘門的應充分考慮液壓泵站啟閉容量，對靠門體自重開啟閘門的應充分考慮門葉自重、輸油管路長度、規格、油箱回油速度等），保證河道短時洪水暢泄，確保行洪安全。四是閘壩選型應充分考慮運行管理單位人員值守情況、門體檢修、液壓系統（主要是油管路檢修更換）條件等涉及的運行維護成本。五是對北方河流應充分考慮閘前、閘后泥沙淤積及冬季冰凍影響因素，確保冬季閘門正常啟閉且具有局部沖砂條件。

3 結語

新型低水頭擋水閘壩在我省汾河流域生態修復治理工程中已廣泛應用，且仍在不斷改進完善。在實際應用中應根據工程自身條件，結合各型式低水頭擋水閘壩特點，充分考慮安全、造價成本、景觀、運行管理等多方面綜合因素進行選取。