淺談氣動盾形閘門系統在水生態環境建設中的優越性

【摘要】隨著城市生態文明的發展，人們對水生態環境建設及水生態旅游等的需求越來越大，城市河道中水閘和水壩等擋水建筑物得到廣泛的運用，城市景觀水利工程發揮了巨大的效益，各類景觀壩作出了重大的貢獻。近些年來出現的新型景觀壩—氣動盾形閘門系統，其所具備的優越性是其他的景觀壩所不能及的。以其形式新穎、環保、結構簡單、運行使用簡便、性價比高、安全、美觀等獨特的優勢在各類景觀壩中脫穎而出，在水生態環境建設、城市河流景觀水利工程中發揮出越來越重要的作用。

【關鍵詞】水生態環境建設；景觀壩；氣動盾形閘門系統；優越性

1、序言

隨著城鎮建設的不斷發展，人們對生態環境的依賴和要求也越來越高，對城市河流的景觀建設也提出更多、更新的要求，城市內的河流既是江河流域的分支，也是城市基礎設施的重要組成部分。隨著人民物質生活水平的提高，人們更加注重城市生態發展建設。生態城市發展是20世紀80年代國際上提出的新的概念，是人們對城市未來發展的美好理論構想。

城鎮水域規劃及改造已成為國內外景觀規劃和城鎮生態建設的熱點，與傳統單一治理水域為目的的河道規劃不同，現在城市水域規劃強調以生態為主線，將堤岸、水體、植被、濕地等眾多元素綜合考慮，進行蓄水、防洪、恢復生態、娛樂休閑、經濟開發等統籌規劃。近年來，國內多座城市以河道改造治理為主的濱水區建設，已成為生態景觀規劃及設計的重點。城市江、湖、河水域面積的擴大工程，水生態恢復，生態水景觀工程，親水工程，水文化項目，引進國際上通用的多天然河流整治概念，突出改造“邊灘、岸坡、水面、跨河建筑物”多方面生態恢復與立體景觀，將水作為城市文化載體和城市基礎設施建設，把優美的水生態環境作為城市文明的代言人。

2、水生態環境建設

在人類面臨環境危機的背景下，隨著人們對生活環境要求的提高，綠色消費及綠色運動席卷全球，生態旅游和生態環境等作為綠色消費，一經提出便在全球引起巨大反響，生態旅游及生態環境的概念迅速傳遞至全球，其內涵也得到不斷充實，生態旅游就是以統籌自然與人類和諧發展為準則，以保護環境生態為前提，依托良好的生態自然環境和獨特的生態人文系統，按生態友好方式開展生態教育、生態認知、生態體驗獲得身心愉悅的旅游及休閑方式。奔騰不息的江河，飛流直下的瀑布，碧波蕩漾的湖泊，雄偉壯觀的大壩，四季變換的灌區，風光炫麗的濕地，這些水利風景以其獨有的水利景觀，良好的水生態環境，豐富的文化內涵，滿足了人們渴望回歸自然、重返綠水青山的精神需要，給人以優美和諧、陶冶情操的精神享受。

在2014年，國務院發布了《關于促進旅游業改革發展的若干意見》，提出要把旅游業培養為人民群眾滿意的現代服務業和國民經濟的戰略性產業，充分肯定水利在發展旅游中的重要作用，明確要求旅游要和水利等有關行業融合發展。目前，各級水利部門積極推動水利風景區與旅游、文化、體育、農業等相關產業的交叉融合，為人民群眾提供更加多元化的水利生態環境及旅游產品。

一是保護修復水生態工程。牢固樹立尊重自然、順應自然、保護自然和堅持綠水青山就是金山銀山的理念，水利風景區的建設通過清淤疏浚、連通水系、水源調度、水源涵養等工程措施，顯著地提升水環境自凈能力、改善區域水生態。始終把水生態環境修復和保護放在重要位置，要求水利風景區根據各地水資源條件、水系及河流分布情況、水生態環境工程的布局特點，工程與非工程措施進行統籌兼顧，因地制宜，穩步推進水環境和水生態的恢復，收到明顯的成效。從水利風景區的監督檢查情況來看，景區內的水質、水環境、水生態質量均得到明顯改善，水質普遍提高一至兩個級別，恢復和發展了生物的多樣性，負氧離子大幅度增加，空氣清新，節能減排效果明顯。

二是加大城市生態環境建設和河道治理。自古以來，我們的祖先就在大江大河邊繁衍生息，在三山五岳間縱橫馳騁，創造出了光輝燦爛的華夏文化?？v觀國內歷史名城，大多依山而建、傍澤而生，山水相攜，使城市得以發展、文明得以傳承。山與水，成為了城市誕生和成長的搖籃，成為了城市發展的靈魂。近年來，我國以城市河湖型水利風景區建設為主導，結合城鄉水系連通工程建設和中小河流治理，大力開展截污治污、湖河疏浚、修復水生態、整治水環境、建設水景觀，積極打造全國水生態文明城市，構建山、水、林、城交相輝映的城市發展格局，營造水更秀、岸更綠、山更青、景更美、人與水更加和諧的水與城市的新形象，提升了城市品位，水生態風景區已成為眾多群眾必去的好去處，極大地改善了城市面貌和人居環境。

通過河道治理和水生態工程的建設，水利行業已由傳統單一的水利向綜合性多方面的水務轉變，城市河道也從過去的防洪排澇向防洪排澇與游憩相結合的功能轉化，營造既生態又人性的駁岸，創造出多樣的活動場所。合理設置娛樂休閑設施，營造人與河流的親密接觸。河道中水壩和水閘等水工建筑物得到廣泛應用，各類景觀壩對城市景觀水利工程的效益發揮作出了重大的貢獻。

3、氣動盾形閘門系統的優越性

氣動盾形閘門系統作為近年來出現的新型景觀壩，其優越性是其他的景觀壩所不能及的。

氣動盾形閘門系統建設時基本不需要對河道的前期整治，很好地克服了橡膠壩需要對河川整治及嚴格選擇壩址等的問題。

因為氣動盾形閘門的上游面板采用鋼盾結構可以很好的擋水保護氣袋，氣袋不會因受到各種漂浮物的撞擊而損壞，開門泄水時完全倒伏在河床底部，很好地解決了橡膠壩壩袋易被各類漂浮物沖擊劃破損壞、泄水時壩袋阻水等的問題。

氣動盾形閘門采用先進的組合式設計方式，總體布置上不受河道寬度的制約，在較為寬廣的河道上，也不需設置中間支承墩、閘墩、維修廊道或工作橋、以及啟閉機設備，對土建基礎要求也較為簡單。從而節省了工程維護管理費用，降低了工程總體投資。

氣動盾形閘門系統也稱為氣盾壩，其泄洪能力強，克服了傳統水力自控翻板閘門容易卡阻、門體全開泄水時阻水體積大、易產生“拍打”現象等方面的缺點。氣動盾形閘門由若干模塊化的盾形鋼面板和壩袋組合而成，組合式結構理論上可任意延長，可應用于不同寬度的河道。在河道寬度范圍完全倒伏在河床底部，泄水面寬度幾乎和河道寬度一致，能夠實現大面積高效泄水。氣盾閘門翼形結構的面板和門底鉸鏈結構形式的設計亦可使得冰塊、樹枝、浮木、泥沙及其他雜物容易流過，不易造成堵塞。面板加筋板兼有導流功能，能夠平減少沖刷、平順水流，并可有效的控制閘門門體的振動。閘門門頂設置的破波板也較好的防止了門體振動，避免了振動對閘門結構造成破壞。

氣動盾形閘門系統還有效的解決了橡膠壩、水力自控翻板閘門等易被洪水沖垮、漫壩、漫灘、不能遠程集中控制等系列問題。在泄洪時，閘門完全倒伏在河床底部，對河道泄洪基本不影響。氣動盾形閘門啟動速度快，在洪水來臨前可迅速操作閘門倒伏泄洪。

景觀壩基礎的不均勻沉降對于跨度大的氣動盾形閘門的影響很小，而對于液壓鋼壩（底軸驅動翻轉閘門），土建基礎沉降不均勻會較嚴重的影響閘門的安全運行，液壓鋼壩（底軸驅動翻轉閘門）對土建基礎要求較高，一般要求為巖基，而若為砂卵石等基礎則需要通過防滲、固結等處理后才能作為液壓鋼壩的基礎；液壓鋼壩對支鉸座、封水套和底橫軸安裝時的同心度和高程控制精度要求較高，對制造和安裝工藝的要求高；劣質水環境下液壓鋼壩對軸承材料和軸承結構的形式要求較高，對底軸及側向止水要求高；液壓鋼壩對啟閉系統及其控制要求嚴格。而以上這一系列問題對氣動盾形閘來說沒有太大的影響。

更為重要一點是氣動盾形閘門的理論高度可達到10m，目前已實施并良好運行的工程實例已達到8m，跨度不受限制，而其他的景觀壩目前理論高度均在7m以下，單寬跨度也因自身不同因素的限制而無法過大。

氣動盾形閘門在泄水過后，即便門體上堆積雜物，仍不會影響閘門的正常運行。氣動盾形閘門可完全倒伏在河底，上、下游無水位落差，方便形成魚道，不阻礙水生物通過上、下游，可保持及恢復河流中生態的連續性，可較好的維護水中的生態環境。

氣動盾形閘門較好的改善了水力自控翻板閘門、橡膠壩、液壓鋼壩（底軸驅動翻轉閘門）等對生態環保影響較大的弱點。氣袋材料要求食品級材料，以壓縮天然空氣作為其驅動介質，沒有機械用油，不會造成河流及周邊環境的污染，環保性能較好。在氣動盾形閘門系統上設置的開度儀、水位儀等傳感設備，既可以采用自動控制方式，也可以采用手動控制方式，特別是當洪水泛濫引發斷電時，仍可通過手動操作控制方式緊急排放出氣袋內的氣體，以實現安全泄洪，泄洪安全可靠，有效避免了洪災所造成的損害。

氣動盾形閘門不需要啟閉機械等設備，機械驅動環節少，動力介質為壓縮空氣，盾形閘門面板可以有效安全的保護氣袋，避免氣袋被水流中夾帶的泥沙、浮木、及冰塊等雜物損傷，運行維護成本較低，故障率低，操作簡單，在管理方面，氣盾壩可較好的實現“少人值守”，較大程度的節省了人力、物力及財力，維護成本相對較低。氣盾壩對地基要求不高，只需設置簡單基礎，不需設置中間支承墩、閘墩及工作橋。氣動盾形閘門采用組合方式設計，形成互相獨立的單元模塊，結構簡單，抗震效果性能較好。因各組合單元模塊重量相對較輕，施工安裝時可不需大中型起重設施，安裝方便，省時省力，較大程度的縮短了安裝周期。

氣動盾形閘門系統應用的范圍相對其他形式的景觀壩更為廣泛，在低溫條件下仍然能夠正常工作。可起到防止凌汛、破除冰封等的作用，運行使用溫度范圍在55℃至-30℃之間，可以在寒冷地區運行使用。

4、結束語

氣動盾形閘門系統以其形式新穎、環保、結構簡單、運行使用簡便、性價比高、安全、美觀等獨特的優勢在景觀壩中脫穎而出。與周邊環境很好的協調，有效的維護了生態及環境，滿足了水利工程生態化及景觀化等的新要求，更加提升了城市景觀水利工程的效益發揮，將會在水生態環境建設、城市河流景觀水利工程中發揮出越來越重要的作用，今后會有更多的氣動盾形閘門系統景觀壩工程施工建設完成，營造出更多、更好的城市生態水景觀，打造出更加美好的城市水環境。

基金項目：貴州省水利科技項目：《氣盾壩技術應用研究》科研課題，項目編號KT201301

作者簡介：李云峰（1977—），男（漢族）， 本科，貴州貴陽人，高級工程師，主要從事水工金屬結構設計及咨詢工作。