考慮城市環境的陳家溝景觀防洪閘選型研究

胡德鋒，涂紅狀，樊 成

(襄陽市水利規劃設計院有限公司，湖北 襄陽 441021)

隨著經濟建設的發展，人們對工程建筑美學要求提高，水利工程建筑已不滿足于基本的防洪保安功能，更要求其與周邊環境相協調，滿足人們多角度的審美要求，水利工程建筑也要求實現景觀化[1-2]。在城區范圍內及其周邊，水閘泵站等水工建筑物，人們更是對景觀功能提出了更高的要求，這些水工建筑物在設計階段就必須考慮與景觀功能相結合。

防洪閘一般是設在江河沿岸排洪溝的溝口，在洪水期當江河水位高于內河水位時關閉閘門，防止外江洪水倒灌影響內河防洪安全；非洪水期通過閘門控制溝內水位、維護溝內水源和水環境。順水流方向，防洪閘可分為：上游連接段、閘室控制段和下游連接段。閘室控制段從豎向結構來講，可分為上部控制段和下部閘室段。上下游連接段根據實際地形保持平順。閘室控制段內設啟閉機，根據選定的閘門型式，確定控制段的土建結構，是水閘工程設計的核心部分。因此，水閘的設計重點就是控制段，而控制段的重點在閘門型式的選擇上。閘門型式對于擋水高底低的水閘，可以采用橡膠壩、鋼閘壩、自動翻板閘等；對擋水高度較高的水閘，多采用液壓式啟閉機控制的水閘[3]。

為了融入水閘周邊的環境，水閘工程在實現其水流控制功能的基礎上，要與周圍環境能夠較好的契合，這種滿足景觀功能要求的水閘稱為景觀防洪閘。景觀防洪閘的選型除了考慮水閘的規模、地形地質條件外，還需要滿足水閘周圍環境要求，在可用的工程功能和工程建筑物型式中，選出與環境協調的閘門型式[4-5]。

本文以陳家溝景觀防洪閘選型為例，說明防洪閘選型問題。

1 陳家溝景觀防洪閘的工程概況

陳家溝景觀防洪閘位于襄陽東津新區陳家溝主河道與漢江的交匯處，水閘保護東津新區的起步區，也是將來東津新區建成后的核心區，如圖1。圖1中處于中心位置的就是陳家溝，河道兩岸布置有市民中心、規劃展覽館、圖書館和科技館。該區域建筑風格均是現代化風格，城區建設規劃目標是未來的現代城市商、住、服務區。可以預測陳家溝將為該區域城市提供良好的水體景觀，而水閘是實現水位景觀的工程保障，為了讓水閘建筑物與城市環境風格保持一致，對水閘建筑物的景觀提出了較高要求。

圖1 閘址位置的衛星照片

1)防洪排水的功能。根據《水閘設計規范》(SL265-2016)等規范，陳家溝景觀防洪閘的防洪標準與所在的漢江堤防相同。主要建筑物屬2級建筑物，次要建筑物屬3級建筑物，臨時建筑物為5級建筑物[6]。陳家溝景觀防洪閘設計排水規模采用50年一遇的設計洪峰與城市排水2年一遇排水流量較大值確定，設計泄流量116.95 m3/s，水閘總寬度約為24 m。在防洪工況下，閘內側設計洪水位64.05 m，閘外側設計洪水位66.70 m，最大擋水高度5.44 m；在排水工況下，閘內側設計水位64.25 m，閘外側設計水位64.05 m。

2)由于陳家溝景觀防洪閘位于新區的濱江綠化景觀帶內，該區域定位是現代化小區，周邊規劃主要是現代建筑。為體現新區現代化建設的精神風貌，對水閘的景觀融入感要求高，必須與周邊的建筑風格和環境相協調。

3)陳家溝景觀防洪閘有交通要求，需建8 m寬交通橋。要求橋閘合一，橋、閘和周邊環境、建筑能融為一體。

2 防洪閘的可選結構型式

一般的防洪閘采用直升式平面閘門(見圖2)或者弧形閘門，為保護閘上啟閉設備，在閘室上部做啟閉機房。有時為了改善工作條件，把管理房建在水閘的兩側，形成橋頭堡式的水閘，再通過對啟閉機房的外立面裝飾或整個水閘的造型進行設計，從建筑的角度來確定水閘的結構外型。這種類型水閘設計的特點是具有較為高大突出的啟閉機房，水閘的規模越大，啟閉機房的尺寸越突出。

圖2 直升式平面鋼閘門的閘室控制段圖

隨著對景觀要求的提高，有時這種較為突出的啟閉機房與周邊環境的協調難于設計，升臥式平板閘門(見圖3)應運而生，該型閘門采用卷揚式啟閉機，使平板閘門在直升一段高度后，改為在弧形軌道上做弧形運動，一般可降低工作橋排架的高度約50%，但水閘的上部結構仍較為突出，對視線的遮擋作用仍較大，對周邊景觀影響作用仍較大。

圖3 升臥式平面鋼閘門的閘室控制段圖

隨著科學技術進步和材料科學的發展，液壓式啟閉機出現了，這種啟閉機在較小尺寸下能夠達到較大的功率，同等功率下，做到了啟閉機的小型化。液壓式啟閉機的使用改變了傳統螺桿式啟閉機和卷揚式啟閉機不能實現的新的方式，因此在城市景觀河道的水閘設計中大多采用采用液壓式啟閉機。在閘門結構形式的設計中也出現了上翻式平面鋼閘門(見圖4)或者下臥式平面鋼閘門(見圖5)[7]。從圖2～圖5可以看出，閘室的上部結構從高大突出，逐漸變的沒有了。考慮到下臥式平面鋼閘門，閘口開啟時閘門隱藏在水下，水下防腐和維護困難，選擇采用上翻式平面鋼閘門作為比選方案之一。

圖4 上翻式平面鋼閘門閘室控制段圖

圖5 下臥式平面鋼閘門閘室控制段圖

3 防洪閘選型

東津新區陳家溝景觀防洪閘具有總寬度達24 m、擋水高度5.21 m。如果采用一跨形式的鋼閘壩，景觀效果會更好，但啟閉機的容量大、啟閉機的容量要求高，建設、運行困難，投資也較大，遂決定不采用這種形式的閘門型式。根據陳家溝景觀防洪閘的規模，結合水閘設計推薦的寬高比，閘門孔數選3孔8×5.5 m閘門方案，具體的閘門結構型式在前文介紹的幾種型式中選擇。

根據前文給出的閘門結構型式，初擬陳家溝景觀防洪閘的結構型式方案包括：直升鋼閘門式啟閉機房方案、橋頭堡式啟閉機房方案、上翻式鋼閘門啟閉機房方案。選取了景觀效果、施工難度、維護管理、工程投資4個方案屬性，對3個方案進行綜合評價[8]。各方案的屬性參數對比見表1。

經對比可知采用液壓上翻式平面鋼閘門方案，減少了啟閉機房的投資，由于閘門和啟閉機的投資較大，因此總體上工程投資增加，但工程投資在20%以內。

利用專家打分法將上述方案指標量化，得到參數矩陣如式(1)所示。同時專家給出的各指標權重，見表2中最后一行。針對工程投資屬性，為了反映工程投資的相似性，使用工程投資的相對差作為標準化指標，并將其從費用型指標轉換為效益型指標，經便與其他指標保持一致。

(1)

表1 陳家溝景觀防洪閘選型方案比較表

利用TOPSIS方法，將各指標進行規范化后，得到的決策屬性矩陣見式(2)，計算得到的方案隸屬度如式(3)。

根據方案排序的結果可知方案S3排序靠前，東津新區陳家溝景觀防洪閘采用上翻式平面鋼閘門。閘門開啟時閘門隱藏在交通橋下，可以較好的實現與周邊景觀功能的協調。

(2)

R{S1S2S3}={0.50 0.55 0.67}

(3)

表2 陳家溝景觀防洪閘選型方案參數表

4 結 語

現代治水理念是建立在人水和諧、人與自然和諧相處的基礎上，景觀水閘就是在這種理念的基礎上，通過防洪排澇、引配水、水位維持等功能的實現，并融合城市河道水環境、人文景觀。景觀水閘閘型的合理選擇需綜合考慮水閘的景觀效果、施工難度、維護管理、工程投資等方面，在此基礎上選擇結構簡單、運行安全可靠、景觀效果好的閘門形式。

景觀水閘在實際運用中還應著重考慮防洪閘平時運行較少，容易造成啟閉設備不靈，對于淤積嚴重的閘室應及時沖淤。管理方應定期運作啟閉設備，以確保防洪排澇期間閘門能及時安全開啟。

本文從水閘設計思路歷程和材料科學發展對閘門設計影響的角度論述了一般水閘的設計思路，特別是閘門選型的思路，希望能對景觀水利工程設計，特別是具有景觀功能的水閘設計提供一定的參考。