沿海多功能挡潮水闸的设计构思

彭 渊，周国民，吴文华

（1. 浙江广川工程咨询有限公司，浙江 杭州 310020；2. 浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020）

1 现有技术状况及存在的问题

我国海岸线漫长，沿海地区涉及11个省（市、自治区，未包括香港、澳门特别行政区和台湾省），海岸线长度约1.8万km，海堤沿线上分布着大量的水闸。海堤和水闸构成了沿海防御台风暴潮的安全线和生命线，对抵御洪潮侵袭，降低灾害损失，保护沿海人民的生命财产安全，保障经济社会发展起到了非常重要的作用。

沿海海堤上的水闸除了具有挡潮要求外，按照水闸的运行功能主要分为排水（涝）闸和进水（纳潮）闸[1]。排水（涝）闸主要作用是排泄上游的洪水和涝水，保证上游流域的防洪安全。其运行方式是高潮挡水，低潮排水。进水闸的主要作用是将海水纳入一定范围的区域，满足海水水产养殖和盐场盐业生产的需要。其运行方式是高潮进水，低潮排水。

随着国家盐业生产的集中化和规模化，目前沿海进水闸主要服务于海水水产养殖业。由于养殖技术的提高，养殖收益的增长，在沿海高程较低的滩涂上进行海水水产养殖非常普遍。目前在我国沿海一些人多地少的省份，由于土地稀缺，围海、围涂建设方兴未艾。但这些围垦后的滩涂地开发需要大量的时间和资金投入，初期往往先开发海水水产养殖，以尽早发挥土地价值。

因为海水水产养殖对纳潮需求量大，所以需要的进水闸规模较大、数量较多。目前对规模较小的水产养殖，为减少水闸数量，往往进水闸和排水闸结合，水闸既纳潮又排水。但对于规模较大的海水养殖区，进排水混合会造成水质污染，养殖效益降低，水产品食品安全不能保障，需要进、排水路分开，分别设置进水闸和排水闸。

我国沿海地区分布有大量的软土地基，在软土上建设水闸，建闸成本较高[2]。另外水闸施工还需要在海里先修建临时施工围堰，这不仅使建闸成本大大增加，而且施工干扰大、风险高，施工不方便，水闸施工受台汛期影响，往往制约工程整体工期。同时水闸和海堤连接处易成为工程的薄弱环节，增大了工程管理的难度和风险。因此，如何既减少水闸的数量，又能满足工程需要，是工程技术人员非常关注的问题。

2 沿海多功能挡潮水闸的设计构思

设计多功能水闸是解决上述问题的主要途径。浙江广川工程咨询有限公司设计院在某围垦工程水闸设计中，提出了多功能水闸的设计概念，可以较好地解决进水闸和排水闸结合的问题，减少总的水闸数量，降低工程投资。

沿海多功能挡潮闸在常规水闸的基础上，通过增设水闸内侧的副闸门和隔离墩，以实现进排水功能的结合。与常规水闸相比，主要进行下列几个方面的创新和改进。

（1）在闸室内侧布置副闸门和隔离墩，隔离墩分隔进水、排水河道，通过主副闸门的联合操作，实现进排水结合的功能。主闸门和副闸门的总净宽按照进水闸或排水闸净宽的大值确定，如此将原来需建设2座水闸才能具有的功能，合并成为1座水闸，大大降低水闸的工程投资。

（2）多功能水闸由主闸门和副闸门组成。主闸门除满足进排水启闭要求外，另一个功能是抵挡外海潮浪的袭击。副闸门则主要是调节进出水流，起到节制闸的作用。由于沿海主闸门要承受风暴潮的打击，抵挡设计高潮位和波浪的双重作用，尤其处于开敞海域的水闸，波浪作用力非常大，内外水头差大，运行工况条件差，因此主闸门建设的成本往往很高。而副闸门位于主闸门内侧，不必承受外海潮浪的作用，闸门运行工况好，水头差小，闸门单跨幅度可大大增加，副闸门的成本低，其增加的投资远远小于新建1座水闸所需要的投资。

（3）采用移动式闸门启闭机起吊副闸门，一般情况下在内侧只需要设置1扇副闸门，进一步降低工程投资。

（4）主闸门的闸室内外侧均设置消力池，可以同时满足排水和进水时的消能防冲需要，使得进出水闸的水流得到控制，减少对上下游河底的冲刷。

3 主要原理和适用条件

沿海多功能挡潮闸的主要原理是，通过挡潮闸与节制闸的组合，使得在同一座水闸上实现进排水功能结合，满足多功能要求，同时降低工程投资。由于挡潮闸和节制闸的运行条件完全不同，导致两者建设成本存在较大差异，才使得沿海多功能挡潮闸具有较好的经济性及推广应用的价值。

因此，该方案水闸主要适用于沿海地区具有挡潮功能和有进排水需要的水闸，尤其适用建于软土地基和外海波浪较大条件下的挡潮闸。

4 工程实例

根据上述设计思路，以某水闸设计为例[3]。水闸建筑物级别为3级，水闸按50年一遇挡潮标准设计，设计排涝标准为20年一遇。水闸功能上需满足上游排涝和堤内养殖塘进水的要求，排涝设计流量225 m³/s，进水（纳潮）设计流量 189 m³/s。

设计水位：外海设计潮位P=2%设计高潮位为4.76 m，多年平均潮位为0.21 m，纳潮对应外海最高潮位为3.42 m。内河排涝20年一遇闸前最高洪水位4.16 m，河道正常水位2.0 m。

常规水闸方案设计排水闸为3孔×4 m，进水闸3孔×4 m。进水闸和排水闸均为挡潮闸，通过闸室上游侧布置钢筋混凝土隔水墙，实现分孔进、出水流，并分别与上游侧河道进行衔接。

多功能水闸方案设计时，主闸门维持3孔×4 m，在水闸上游布置1扇单孔12 m的钢结构副闸门，分别在纳潮河道和排涝河道之间，采用移动式启闭机进行启闭及移动副闸门，实现进水和排水分别控制。

水闸对比情况见表1。

表1 水闸对比情况表

常规水闸布置主要由：①主闸室（包括主闸门及启闭机），功能为挡潮及进排水；②上下游侧翼墙；③上下游侧消力池；④下游侧护坦或海漫；⑤上游侧隔水墙，功能为分隔进出水流与上游河道衔接；⑥下游侧防冲槽(岩基闸可取消)；⑦上游侧铺盖等组成。典型常规水闸平面布置见图1。

沿海多功能挡潮闸结构主要由：①主闸室（包括主闸门及启闭机），功能为挡潮及进排水；②上下游侧翼墙；③上下游侧消力池；④上下游侧护坦或海漫；⑤上游侧副闸室（包括两侧边墩和隔离墩、副闸门及移动式启闭机）；⑥下游侧防冲槽(基岩闸可取消)等组成。典型多功能挡潮闸平面布置见图2。

5 水闸运行方案

（1）正常运行情况下由专职调度员负责发布水闸调度指令；非常运行情况下（出梅前后期、高温干旱蓄水期、台风影响期、预报强降雨期等）由专职调度员提出水闸调度建议，经上级防汛防旱指挥部统一指挥，并由专职调度员发布水闸调度指令。

（2）台汛期需要进行挡潮时，主闸室关闭主闸门进行防潮挡水。

图2 典型多功能水闸平面布置图

（3）进水时，将副闸门置放到排水河道闸槽内关闭排水河道，然后外海侧主闸门开启，水流经外海主闸门进入进水河道，输送到养殖区。

（4）排水时，移动式启闭机设备将副闸门移到进水河道闸槽内关闭进水河道，然后打开主闸门，上游来水通过外海主闸门排入外海。

（5）实际使用时，按照进水和排水的使用频率，确定以什么功能为主进行操作，以减少副闸门的运行操作费用。如以进水为主，则副闸门主要放在排水河道内，一般进水时，可不用启闭副闸门，这样节省副闸门的启闭费用。

6 主要特点

（1）水闸进排水结合，布置紧凑，适当增加单座水闸的投资，可以达到2座水闸的功能，投资省。

（2）2座水闸合并成1座水闸，有效减少施工干扰，减低施工风险，减少围堰投资，加快施工进度。

（3）有利于近远期结合，减少工程总投资。沿海很多进水闸主要服务于海水水产养殖。随着社会经济的发展，很大部分海水养殖区将逐渐开发成建设用地，到时进水闸将失去作用，造成投资的浪费。而多功能水闸的设计，使得近远期规模能有效结合，减少工程投资与浪费。

（4）多功能水闸需联合操作运行，管理相对复杂。

7 应用前景

目前该成果已经成功获得了国家实用新型专利（专利号：中国，201120060494.4）[3]。实现多功能水闸的应用，可有效减少工程建设中水闸的规模和数量，不仅可有效降低水闸的建筑成本（初步测算可减少建筑成本30%～60%），还可以减少水闸施工围堰的投资，尤其在浙江、福建、广东等沿海软土地基广泛分布的省份，效益是非常可观的。水闸规模的减少，还可大大减少施工难度，降低施工风险，加快施工进度。同时，多功能水闸有利于近远期结合，减少工程总投资，减少不必要的工程投资浪费。我国海岸线漫长，水闸数量相当可观，多功能水闸具有较好的应用前景。