弧形閘門在城市景觀水閘中的應用

房峰 ,陳軍 ,劉朗

（1.江蘇省水利機械制造有限公司，江蘇 揚州 225003；2.句容市城市水利樞紐管理處，江蘇鎮江 212400）

1 概述

隨著我國城市建設水平的不斷提升，對城市環境改造的要求也不斷提高。城市河道承擔著城市的防洪、排水、供水、航運以及納污等多重功能，既是城市經濟社會發展的重要可利用資源，也是城市生態系統和景觀體系的珍貴資源，是城市生態系統不可或缺的組成部分[1]。近年來，城市景觀水閘作為城市水資源管理的一種控制、調節手段，通過調節水流量和水位，有效保護城市水資源，同時通過合理的設計和布局，將水閘與周圍環境融為一體，為市民提供一個休閑娛樂的場所，為城市增添美麗的風景線，提高城市的文化品位和形象。作為水閘的基本功能，景觀水閘也可以控制水位和流量，有效地緩解城市的水災，保障市民的生命財產安全。

作為城市景觀水閘的設計要求主要包括以下幾個方面：（1）造型優美，符合城市建筑特點；（2）功能齊全，方便行人和車輛通行；（3）水流速度較快，適合于商業開發。根據以上原則，設計時需要考慮以下因素：（1）形態要美觀大方，與周圍環境協調一致；（2）流線順暢，無阻隔感，便于交通疏導；（3）高低差適中，能夠滿足防洪要求；（4）周邊綠化度高，可起到美化環境作用。

因此，一批新式閘門廣泛應用到新建城市景觀性的水利工程設施上，包括翻板閘門，底橫軸旋轉門、護鏡門和橡膠壩等。與傳統的帶有底板、閘墩、排架、工作橋等設施的水閘相比，這些新式的景觀閘門不再有排架、工作橋等影響水閘外觀造型的建筑物，整個河道視野開闊，可與自然景色融為一體。

2 不同型式景觀閘門對比

不同型式的景觀閘門都各有優缺點，設計時應根據不同工程的地質條件、功能要求、投資條件，結合實地景觀特點選取合適的門型。

翻板閘門在某些水力條件下容易發生小開度振動拍打現象，雖然短期內不影響到整個閘壩的安全，但長期小開度振動拍打會導致翻板閘門底部和固定壩的疲勞破損，以致閘壩漏水嚴重，直至造成整個翻板閘壩工程的破壞。另外，其初啟動水位較高而回關水位偏低，難以滿足正常的使用要求。

橡膠壩為21 世紀新興的一種低水頭擋水建筑物，其特點是單跨長度大，能最大限度地保證水面寬度。此外，還具有結構簡單、施工期短、造價低、抗震性能好、操作靈活和管理方便[2-3]等優點。同時，運行維護成本也較低，因此，在國內城市河道應用比較廣泛。但是該類水閘的缺點也很明顯。其耐久性取決于橡膠的壽命，需要經常性更換。水閘高度受限，不能建造過高的擋水水壩。運行時充水（氣）升壩或放水（氣）塌壩時間較長，影響快速截流或泄洪，且橡膠壩體較脆弱，河道內的雜物易對壩體形成撞擊或其他物理損傷，易發生質量事故。

底橫軸旋轉門和護鏡門近幾年運用較為廣泛，結構簡單、跨度大，但實際使用下來有根本性的弊病，工程建設一次性投資較大，日常維護檢修費用較高，而且其主要部件長期處于水下，很難對其進行維護和檢查。其閘門止水為橡膠結構，老化后難以更換。而且在城市內部水系中，大多數河道跨度并不是很大，使用這兩種類型的閘門，整個工程投資過大。

因此，要更加關注選擇常規閘門，以適應城市景觀水閘的需求。在常規門型中，相對于普通平面閘門，弧形閘門因其形狀優美，可以與周圍環境相融合；功能性強，可以對河流水位和水流量進行調節，保證河流的生態環境和景觀質量，具有較強的適應性；結構簡單，制造成本低，易于維護和維修等特點，在國內外城市景觀水閘得到了廣泛應用，且不乏成功優秀的案例，國內有深圳灣公園和上海黃浦江，國外則有倫敦泰晤士河和紐約哈德遜河等。

3 弧形閘門的方案設計

以太倉市政建設的長春河建設工程為例，因太倉城市景觀的應用要求，在設計時采用了弧形下臥門的設計方案，不完全等同于一般弧形閘門的方案，該閘整體布置于河道之中，兼顧河道的行洪、蓄水、航運以及景觀等要求。

3.1 結構布置

該方案是利用成熟的弧形閘門作為關閉和開放泄（放）水通道的控制設施。擋水時開啟閘門到位，開放泄（放）水時下放閘門至底部門庫內。需要檢修時從關門位置繼續向上開啟，直至使門支臂高出閘地面高程后，可脫開啟閉設備，單獨檢修鋼絲繩，閘門通過吊車繼續將上吊轉出閘室，進行止水更換，若需要大修，可脫開閘門支鉸，將閘門整體吊出閘室。相比較采用普通弧形閘門的水閘結構布置，該型式水閘取消了啟閉機的排架和工作橋，新式緊湊型閉式啟閉機分別安裝在兩側的閘墩頂部，同時對閘門進行特殊設計，允許閘門門頂過流，容易實現人工瀑布的效果。

3.2 結構特點

（1）該閘門水力學條件好，啟閉力較小，能用于各種類型的水道。

（2）新研制的閉式傳動啟閉機外型小巧，結構緊湊，為保證整體工程的簡潔及水道的開闊與寬敞，取消了啟閉機的剛性同步軸，采用PLC+變頻器同步控制，設備所需電纜從遠處控制房經閘底板下埋管引入。從地面上看沒有任何突兀的感覺，滿足河道風光景觀一致的要求。

（3）閘門止水在工廠內可預先整體接成門框式，整體的密封性能好，避免了一般弧形閘門因安裝精度不夠而導致的滲漏和泄露的現象。

（4）此方案布置閘門，不影響河道原有的通航和行洪能力，閘門在擋水位時可露出水面，需要通航或泄（放）水時直接下放至門庫內，水面上無任何障礙物。

（5）底部的止水可設置多道，使閘門具有多個關閉位置。當閘門在關閉位置之間時，可通過控制門底止水與底檻的間隙大小來調整下泄流量。另閘門處于關閉位置時，通過上下游水位的組合調節，水從閘門頂部流過，在河道內實現多級人工小瀑布景象，從而使水利設施變為城市景觀工程，為城市建設增添光彩。

當然，由于城市河道的特殊性，水流平緩，流速很低或者說幾乎沒有，易造成河道內淤積的問題，尤其是閘室內淤積過重可造成閘門無法正常關閉，需要重點研究解決。因此，工程設計時，在門檻護坡后部可內埋沖淤管路，配備高壓水沖淤設備。同時，在運行時可優化啟閉操作方式，先提起閘門使門下略高門底檻一些，利用上下游水位差，門下的過水可沖刷一下閘室底板和河道底層，減緩或消除閘門底部的淤積。

4 結語

目前，全國范圍內正在大力推行城市環境整治工作，河道作為城市生態系統的重要部分，是水資源、水文化和水環境的重要載體[4]。城市水景觀改造已成為改善城市生態環境的主要措施之一，目前的改造大部分為中小型河道的整治工作，使用其他景觀閘門型代價過高而且均有部分實用性缺陷，弧形結構閘門可很好地適應目前的建設需求，為城市水環境建設帶來了更廣闊的空間■