印江縣城東郊生態(tài)壩氣動(dòng)盾形閘門系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)概述

陶光慧，謝 濤

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽 550002)

1 工程概況

印江縣城東郊生態(tài)壩位于印江土家族苗族自治縣境內(nèi)。印江縣隸屬貴州銅仁市，位處黔東北梵凈山西面，東林松桃苗族自治縣，西毗鄰德江縣，北抵沿河土家族自治縣以及重慶市的秀山土家族苗族自治縣，南鄰石阡縣、思南縣。工程區(qū)距離銅仁149 km，縣城距省會(huì)貴陽市382 km，對(duì)外交通方便。生態(tài)壩壩址位于印江河縣城段上流，生態(tài)壩是新城溫泉項(xiàng)目的重要組成部分，承擔(dān)優(yōu)化河段生態(tài)景觀的要求。

2 活動(dòng)壩閘門系統(tǒng)及水位調(diào)節(jié)閘選擇

近年來，隨著印江縣城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人民生活水平的不斷提高，人居環(huán)境在開發(fā)建設(shè)過程中提出了更高的要求。根據(jù)《印江土家族苗族自治縣縣城總體規(guī)劃(2011-2030)》，印江縣城依山而建，四周群山環(huán)繞；印江河、桶溪河、穿城大堰從城中穿越。因此在建設(shè)過程中，一是充分繼承和發(fā)揚(yáng)當(dāng)?shù)孛窬訛I水而居的民族傳統(tǒng)，在優(yōu)化印江景觀的同時(shí)，保留塑造穿城大堰等穿城水系，將城市空間布局與河流有機(jī)結(jié)合，使河流景觀自然成為城市景觀的亮點(diǎn)；二是借鑒國(guó)內(nèi)外濱水開發(fā)的成功經(jīng)驗(yàn)，建設(shè)融延續(xù)性、游賞性和休閑性為一體的濱河景觀帶，突出濱水城市的景觀特征；三是加強(qiáng)濱水景觀節(jié)點(diǎn)的塑造，利用印江河在不同季節(jié)景觀特征的變化規(guī)律，通過不同方式的水環(huán)境來營(yíng)造宜人的公共空間。

印江縣溫泉新城緊鄰印江縣城區(qū)，是規(guī)劃的品質(zhì)優(yōu)秀的休閑、旅游小鎮(zhèn)。良好的居住環(huán)境和投資環(huán)境離不開城市環(huán)境和景觀質(zhì)量的提升，而城市環(huán)境的提升得益于城市高質(zhì)量公共設(shè)施的有效實(shí)施。城市環(huán)境的優(yōu)美與否將直接服務(wù)于經(jīng)濟(jì)建設(shè)。通過本工程的建設(shè)，可以有效穩(wěn)定溫泉小鎮(zhèn)所處河段的水位，提升印江溫泉新城的整體居住環(huán)境以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展環(huán)境，有利于形成城區(qū)最具特色的連續(xù)生態(tài)景觀和城區(qū)臨水公共活動(dòng)空間，與印江縣城水景觀連接并融合，塑造印江縣城以及溫泉新城山水城市的鮮明形象，更便于市民及游客親近印江河水環(huán)境，解決老城區(qū)因以往規(guī)劃理念陳舊而缺失的集中公共親水活動(dòng)空間，從而使得城區(qū)及小鎮(zhèn)環(huán)境更優(yōu)美、功能更合理。目前城市景觀水閘閘門系統(tǒng)應(yīng)用型式較多的主要有液壓底軸鋼壩、液壓升降壩及氣動(dòng)盾壩，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選定氣動(dòng)壩方案為本工程設(shè)計(jì)推薦方案。

3 生態(tài)氣盾壩壩總體布置及運(yùn)行要求

印江縣城東郊生態(tài)壩的主要任務(wù)是改善生態(tài)和人文環(huán)境。改善生態(tài)和人文環(huán)境任務(wù)，是通過修建生態(tài)壩，抬高水位，形成較寬深的水面，與兩岸人居環(huán)境形成“水清、岸綠、景美”的人文景觀，從而提高生活品質(zhì)和城市品位。工程主要建設(shè)內(nèi)容包括氣盾壩、水位調(diào)節(jié)閘建設(shè)等。生態(tài)壩壩軸線與河床正交布置，壩軸線總長(zhǎng)79 m，設(shè)置70 m寬的氣盾壩和1扇水位調(diào)節(jié)閘門。樞紐工程由水工建筑物、活動(dòng)壩部分及水位調(diào)節(jié)閘組成，活動(dòng)壩部分為氣動(dòng)盾形閘門系統(tǒng)即氣動(dòng)壩活動(dòng)壩氣動(dòng)盾形閘門規(guī)格尺寸為70 m×3.7 m(寬×高)，設(shè)計(jì)水頭為3.4 m，總長(zhǎng)70 m，氣盾閘門底部高程為459.00 m，氣盾閘門門頂高程為462.7 m，氣盾閘門高3.7 m，上游最大水深3.4 m。應(yīng)業(yè)主要求，常規(guī)情況下門頂不溢流，為避免門頂溢流水流跌落產(chǎn)生噪音，于右岸設(shè)置1扇水位調(diào)節(jié)閘門，閘門尺寸為3 m×2.8 m，閘門底部高程為459.9 m，頂部高程為462.7 m，設(shè)計(jì)水頭2.5 m。利用氣動(dòng)盾形閘門和水位調(diào)節(jié)閘門聯(lián)合調(diào)度來調(diào)控上游水位和下泄流量，滿足景觀及降噪環(huán)保要求。當(dāng)河道天然來水流量小于14.7 m3/s時(shí)，采用水位調(diào)節(jié)閘門進(jìn)行水位調(diào)節(jié)，使得上游水位略低于氣動(dòng)盾形閘門門頂高程，氣動(dòng)盾形閘門門頂不產(chǎn)生溢流水簾，以避免產(chǎn)生噪音；當(dāng)河道天然來水流量大于14.7 m3/s，超過水位調(diào)節(jié)閘門的過流能力時(shí)，需同時(shí)倒伏氣動(dòng)盾形閘門和打開水位調(diào)節(jié)閘門進(jìn)行泄洪，使得河道的行洪能力不受影響。生態(tài)壩正常蓄水位為462.4 m，上游設(shè)計(jì)洪水位為462.11 m，相應(yīng)的下游設(shè)計(jì)洪水位為462.06 m，上游校核洪水位為462.21 m，相應(yīng)的下游校核洪水位為462.17 m。生態(tài)壩主要由水工建筑物及其上的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備部分組成，金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備主要有：1套活動(dòng)壩氣動(dòng)盾形閘門系統(tǒng)和右壩段1套水位調(diào)節(jié)閘門系統(tǒng)。右壩段水位調(diào)節(jié)閘門孔口頂部設(shè)置綜合控制室，由氣泵動(dòng)力及控制室、電氣及控制室和啟閉機(jī)室三部分，總長(zhǎng)23 m，寬6 m[1-2]。

4 氣動(dòng)盾形閘門系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

氣動(dòng)盾形閘門系統(tǒng)布置在主河道活動(dòng)壩段上，孔口尺寸為70 m×3.7 m-3.4 m(寬×高-水頭，下同)，氣動(dòng)盾形閘門系由閘門門葉、埋件、氣袋及附件、氣動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)(要與本項(xiàng)目水雨情預(yù)測(cè)報(bào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)合調(diào)度)等組成。氣動(dòng)盾形閘門底部高程為459.00 m，門頂高程為462.7 m，氣動(dòng)盾形閘門高3.7 m，上游正常設(shè)計(jì)水深3.4 m，設(shè)計(jì)最大門頂溢流水深300 mm(要求此溢流水深條件下氣動(dòng)盾形閘門應(yīng)自動(dòng)倒伏泄水)。整扇氣動(dòng)盾形閘門總共分7節(jié)，每節(jié)寬10 m，總寬70 m，節(jié)間橡膠止水軟性連接，螺栓壓條固定。氣動(dòng)盾形閘門主要承重材料為Q355B，門葉結(jié)構(gòu)分節(jié)制造運(yùn)輸，到現(xiàn)場(chǎng)組裝成整體。為確保泄水安全，配備備用電源(柴油發(fā)電機(jī)組)。

氣動(dòng)壩是一種較為新型的水利壩型，結(jié)合弧形鋼閘門及橡膠壩的優(yōu)點(diǎn)，將弧形鋼閘門的剛性鉸改良成了柔性鉸，以適應(yīng)無法消除的基礎(chǔ)及結(jié)構(gòu)不均勻變形的影響，充分利用柔性繩索及高分子材料的高拉力性能，同時(shí)利用大面積的面應(yīng)力接觸以減少應(yīng)力的過分集中，以減薄擋水面板厚度，減化結(jié)構(gòu)。同時(shí)采用橡膠壩升降便利的特點(diǎn)，將橡膠壩分段成一個(gè)個(gè)的高分子材料氣袋，并視水位高度情況的選用單氣袋還是雙氣袋，整體氣袋臥于擋水面板下，面板保護(hù)整體氣袋免受水流雜物的沖擊及損壞。因受力明確，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造安裝便利，將傳統(tǒng)的橡膠進(jìn)行優(yōu)化，充分發(fā)揮高分子材料性能優(yōu)勢(shì)。氣袋及止封等材料應(yīng)采用性能質(zhì)量高的產(chǎn)品，以保證較長(zhǎng)的使用壽命。采用壓縮空氣作為動(dòng)力，運(yùn)行維護(hù)成本較低。其控制系統(tǒng)和空壓系統(tǒng)主要元器件均采用性能質(zhì)量高的知名品牌產(chǎn)品，埋件和管路全部采用不銹鋼材料，確保氣動(dòng)盾形閘門的使用壽命。氣動(dòng)盾形閘門系統(tǒng)操控簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)分節(jié)分段開啟或關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)多向分流，既能手動(dòng)控制水位，又能自動(dòng)控制水位，也可維持特定的水位高度。即使在洪水泛濫引發(fā)斷電時(shí)，仍可以通過手動(dòng)操作排放氣袋內(nèi)空氣，確保安全泄洪[3-4]。

圖1 氣動(dòng)盾形閘門升起擋水時(shí)剖面圖

5 結(jié)語

印江生態(tài)壩是新城溫泉項(xiàng)目的重要組成部分，也是提升城市生態(tài)文明的重要組成部分，結(jié)合地區(qū)優(yōu)勢(shì)，緊跟現(xiàn)代生態(tài)文明理念，助力提升城市宜居感及幸福感。通過水利工程措施，建造人工河湖景觀，豐富濱河休閑文化長(zhǎng)廊，而氣動(dòng)盾形閘門系統(tǒng)因其實(shí)現(xiàn)了實(shí)用性、新穎性、景觀性與生態(tài)環(huán)保功能的完美結(jié)合，氣盾壩因其運(yùn)行安全、生態(tài)景觀效果良好，在成市河流中應(yīng)用效果突出，在多個(gè)項(xiàng)目上成功推廣應(yīng)用，取得十分明顯的“社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、生態(tài)”等多個(gè)方面的綜合效益。