淺談城市河道翻板閘門實踐運用

周云軍

（湖南省水電（閘門）建設(shè)工程有限公司，湖南 長沙 410000）

0 前言

現(xiàn)代化城市河道興建低水頭攔蓄水工程目標(biāo)為：完美打造水清岸綠濱河親水旅游景區(qū)，為力爭達(dá)到優(yōu)秀旅游城市的標(biāo)準(zhǔn)奠定基礎(chǔ)，推動城市旅游、經(jīng)濟的全面、協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展。蓄水工程的建設(shè)將保護(hù)城區(qū)段河道水環(huán)境，壅高河段的枯水期水位，形成景觀水面，為水上運動和娛樂項目提供足夠的水域?qū)挾群蜕疃龋瑸槭忻窈陀慰蜖I造出親水慢生活體驗。

陜西省漢中市是全國歷史文化名城，優(yōu)秀旅游城市，漢文化的發(fā)祥地。城市河道由于降雨時空分布不均以及河道的無序河砂采挖，該河段枯水季節(jié)河灘裸露雜草叢生，嚴(yán)重影響城市河道環(huán)境和城市形象。通過興建漢中市水力自控翻板閘壩工程，合理開發(fā)利用漢江水資源，促進(jìn)漢中市漢江城區(qū)段生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)和區(qū)域水資源可持續(xù)發(fā)展，充分展現(xiàn)漢中“小江南”的秀麗風(fēng)光。

1 流域概況

漢江是長江最長的支流，也是陜西省陜南地區(qū)最大的河流，發(fā)源于漢中市寧強縣的潘塚山，由西向東橫貫秦、巴山區(qū)，流經(jīng)寧強、勉縣、漢臺、南鄭、城固、洋縣、西鄉(xiāng)以及安康市轄的石泉、紫陽、安康、旬陽、白河等縣城，于白河縣流入湖北省境內(nèi)，在漢口注入長江，總流域面積15.9 萬km2，多年平均徑流量539.3 億m3。漢江漢中平川段西起勉縣武侯鎮(zhèn)，東至洋縣小峽口，干流全長119.5km，流域面積為1.11 萬km2，占小峽口以上流域面積的78.2%。

漢中市漢江中心城區(qū)水力自控翻板閘壩工程位于陜西省漢中市中心城區(qū)的漢江主河道上，距離上游龍崗大橋1.5 km。工程右岸下游1.5 km 處有濂水河匯入，下游約2.5 km 處有漢中水文站，控制流域面積為9329 km2。

2 壩型的比選

在漢江中心城區(qū)段河道治理中，為提高該河段的枯水期水位，改善城市的人居和投資環(huán)境，攔河蓄水壩型既要能適應(yīng)工程主要功能、水環(huán)境治理要求，又要滿足防洪安全，同時還應(yīng)結(jié)合漢江水沙特性、市政工程的特點。根據(jù)以上原則，選取了水力自控翻板閘壩、橡膠壩、平板鋼提升閘三種壩型進(jìn)行綜合比較。

2.1 水力自控翻板閘壩

主要適用于發(fā)電、防洪、灌溉、給水和市政工程等。具有結(jié)構(gòu)簡單，庫區(qū)河流泥沙淤積較少的特性，泄洪排沙均不降低景觀蓄水位；閘門啟閉完全由水壓力自動控制，不需要外接啟閉設(shè)備、無永久占地，安裝簡單、使用壽命最長運行已達(dá)30 年；后期閘壩運行管理不需要人員長期值守，只需在洪水過后進(jìn)行巡檢，處理大型雜物及隔年的金屬刷漆維護(hù)等優(yōu)點。

2.2 橡膠壩

主要用于水環(huán)境治理、生態(tài)工程、市政工程和臨時取水工程等，壩袋制造工藝和施工技術(shù)成熟。但在多泥沙河道上抗磨性差、極易損壞，易為樹枝等尖銳東西刺破袋體，隨時影響工程的正常運行；泄洪排沙能力與翻板閘門相差不大，泄洪景觀水位沒有保證，汛后截留庫容時間略長；需要永久占用河岸新建管理用房，工作人員長期值守操作，外部架設(shè)電力或其他能源來充排水橡膠壩袋，后期需要根據(jù)橡膠老化更換壩袋，建成后每年的運行和管理費用較高。

2.3 平板提升閘

主要用于發(fā)電、防洪、灌溉、給水工程，具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、使用壽命長等優(yōu)點，泄洪排沙時景觀水位不好控制，泄洪能力較強，需要增設(shè)管理房、安裝啟閉設(shè)備，長期人工值守，需要引入電力和其它能源控制泄洪，而上部結(jié)構(gòu)架設(shè)于天然河道上影響其蓄水景觀效果。

表1 壩型比選定量分析表

壩型優(yōu)選見表1。通過對三種不同壩型的應(yīng)用原理、泄洪能力及投資規(guī)模、運行壽命等方面進(jìn)行定性定量分析比較，水力自控翻板閘壩在各方面均優(yōu)于橡膠壩和平板提升閘壩。因此，閘壩型式最終選取水力自控翻板閘壩壩型。

3 水力自控翻板閘門的啟閉原理

水力自控翻板閘的啟閉原理是杠桿平衡與轉(zhuǎn)動，當(dāng)洪水到來時，水力自控翻板閘門能夠隨上游水位的升高而準(zhǔn)確及時地自動逐漸開啟泄流；當(dāng)來水量增大，上游水位升高時，閘門會準(zhǔn)確及時地自動加大開度；當(dāng)來水量減少，上游水位下降時，閘門會準(zhǔn)確及時地自動減小開度，使洪水過程結(jié)束時能夠及時回關(guān)至全關(guān)狀態(tài)。從而能夠保住水資源不被白白的流失。

水力自控翻板閘門的啟閉原理，見圖1～圖4。

圖1 閘門全關(guān)蓄水狀況

圖2 閘門小角度自動開啟

圖3 閘門自動增大開度狀況

圖4 閘門自動全開泄流狀況

由圖可知：翻板閘門正常狀態(tài)為全關(guān)蓄水，當(dāng)上游小洪水來時，門前水位略有升高，閘門自動開啟成一定傾角的小開度泄流（門頂、底出流）狀況；上游洪水流量逐漸增大時，上游水位繼續(xù)升高，閘門自動增大開度（門頂、底出流）狀況，此時門底流速較大，可將泥沙沖向下游；當(dāng)上游洪水流量增大到一定程度，上游水位相應(yīng)升高到一定程度，閘門自動倒成一定角度支承在支墩上呈全開泄流狀況。此時，門下流速加大，沖沙能力加強，流量系數(shù)較大，洪水流量再大幅加大，上游水位的繼續(xù)升高也很微小。

4 工程運行管理

4.1 日常管理

①閘門在蓄水運行中，切忌成人和小孩在閘門上游200 m范圍內(nèi)游泳、玩水等，以免發(fā)生意外的人身安全事故；

②閘門檢修：要求每年的汛期前或洪水消退后對閘門的金屬件（如螺栓）逐個進(jìn)行檢查。如螺母有松動時，應(yīng)用扳手旋緊，以確保閘門的正常運轉(zhuǎn)；每隔兩年左右對閘門的金屬件（除不要求或隱蔽部分）進(jìn)行防銹油漆處理；若止水橡膠損壞造成漏水，則應(yīng)及時更換止水橡膠；

③如需人工開啟閘門，每一扇閘門利用兩只5 t 的手動葫蘆平衡拉啟閘門，注意保持兩個支腿的同步；當(dāng)人工開啟翻板閘門后，閘門必須拉至全開狀態(tài)，并枕在支墩的橡皮上固定后(剛性鎖緊)。在洪水來臨前必須把翻板閘門關(guān)閉，讓其自動泄洪。否則翻板閘門被鋼索拉住在洪水中運行會產(chǎn)生拍打以致?lián)p壞；

④如遇飄浮物（竹、木、稻草等）的卡攔、阻塞，閘門則不能自動回關(guān)，或者回關(guān)后漏水。此時必須人工將閘門用葫蘆拉（吊）啟；人工清除雜物后再回關(guān)。

4.2 特殊情況下的運行管理

冰凍地區(qū)的運行管理：北方冬季氣溫較低，當(dāng)河道流量很小時，水面常會出現(xiàn)結(jié)冰的現(xiàn)象。此時可將翻板閘門上游即門前約30 cm 范圍內(nèi)的冰面清除，形成一條小槽，使閘門與冰面分開，以利于水流從門頂溢流。并經(jīng)常巡視，注意保持小槽貫通，保持閘門與冰面分開的狀態(tài)。這樣可以解決冰面對閘門的危害，與提升門所采取的方法相同。當(dāng)河道流量較小時，河面將產(chǎn)生冰凌或冰排。因為流量較小，翻板閘門處于小開啟狀態(tài)，門底和門頂同時溢流，可以將冰凌或冰排順利排走，不會在門前造成淤積或是結(jié)成冰球。

多泥沙河道的運行管理：在枯水季節(jié)，一般情況下河道水流是清澈的，當(dāng)洪水消退時來水量減小流速緩慢，水流攜帶泥沙的能力減弱，不需沖淤處理，如果河道處于長期流量較小，可按特殊情況采用人工開啟閘門操作沖淤。

5 結(jié)語

水力自控翻板閘門利用其自身的優(yōu)勢將在未來，特別在現(xiàn)代水資源時空分布不均的大中小型城市的河道蓄水景觀、旅游文化等促進(jìn)水利和諧建設(shè)與發(fā)展發(fā)揮發(fā)不可估量的作用，構(gòu)造一幅當(dāng)代人水和諧的美麗風(fēng)景。水力自控翻板閘壩的建設(shè)也在陜西省其它地區(qū)如鳳縣嘉陵江、寧強玉帶河及略陽八渡河等地的城區(qū)河道形成壯麗的梯級景觀蓄水面，為市民和游客營造了置身于靈秀山水文化情境之中的親水慢生活體驗。漢中市水力自控翻板閘壩工程于2014 年6 月建成為今后其它類似城區(qū)景觀蓄水河道翻板閘壩建設(shè)提供了可供借鑒的參考。建成效果見圖5。

圖5 漢中市水力自控翻板閘壩實景圖