考虑城市环境的陈家沟景观防洪闸选型研究

胡德锋，涂红状，樊 成

(襄阳市水利规划设计院有限公司，湖北 襄阳 441021)

随着经济建设的发展，人们对工程建筑美学要求提高，水利工程建筑已不满足于基本的防洪保安功能，更要求其与周边环境相协调，满足人们多角度的审美要求，水利工程建筑也要求实现景观化[1-2]。在城区范围内及其周边，水闸泵站等水工建筑物，人们更是对景观功能提出了更高的要求，这些水工建筑物在设计阶段就必须考虑与景观功能相结合。

防洪闸一般是设在江河沿岸排洪沟的沟口，在洪水期当江河水位高于内河水位时关闭闸门，防止外江洪水倒灌影响内河防洪安全；非洪水期通过闸门控制沟内水位、维护沟内水源和水环境。顺水流方向，防洪闸可分为：上游连接段、闸室控制段和下游连接段。闸室控制段从竖向结构来讲，可分为上部控制段和下部闸室段。上下游连接段根据实际地形保持平顺。闸室控制段内设启闭机，根据选定的闸门型式，确定控制段的土建结构，是水闸工程设计的核心部分。因此，水闸的设计重点就是控制段，而控制段的重点在闸门型式的选择上。闸门型式对于挡水高底低的水闸，可以采用橡胶坝、钢闸坝、自动翻板闸等；对挡水高度较高的水闸，多采用液压式启闭机控制的水闸[3]。

为了融入水闸周边的环境，水闸工程在实现其水流控制功能的基础上，要与周围环境能够较好的契合，这种满足景观功能要求的水闸称为景观防洪闸。景观防洪闸的选型除了考虑水闸的规模、地形地质条件外，还需要满足水闸周围环境要求，在可用的工程功能和工程建筑物型式中，选出与环境协调的闸门型式[4-5]。

本文以陈家沟景观防洪闸选型为例，说明防洪闸选型问题。

1 陈家沟景观防洪闸的工程概况

陈家沟景观防洪闸位于襄阳东津新区陈家沟主河道与汉江的交汇处，水闸保护东津新区的起步区，也是将来东津新区建成后的核心区，如图1。图1中处于中心位置的就是陈家沟，河道两岸布置有市民中心、规划展览馆、图书馆和科技馆。该区域建筑风格均是现代化风格，城区建设规划目标是未来的现代城市商、住、服务区。可以预测陈家沟将为该区域城市提供良好的水体景观，而水闸是实现水位景观的工程保障，为了让水闸建筑物与城市环境风格保持一致，对水闸建筑物的景观提出了较高要求。

图1 闸址位置的卫星照片

1)防洪排水的功能。根据《水闸设计规范》(SL265-2016)等规范，陈家沟景观防洪闸的防洪标准与所在的汉江堤防相同。主要建筑物属2级建筑物，次要建筑物属3级建筑物，临时建筑物为5级建筑物[6]。陈家沟景观防洪闸设计排水规模采用50年一遇的设计洪峰与城市排水2年一遇排水流量较大值确定，设计泄流量116.95 m3/s，水闸总宽度约为24 m。在防洪工况下，闸内侧设计洪水位64.05 m，闸外侧设计洪水位66.70 m，最大挡水高度5.44 m；在排水工况下，闸内侧设计水位64.25 m，闸外侧设计水位64.05 m。

2)由于陈家沟景观防洪闸位于新区的滨江绿化景观带内，该区域定位是现代化小区，周边规划主要是现代建筑。为体现新区现代化建设的精神风貌，对水闸的景观融入感要求高，必须与周边的建筑风格和环境相协调。

3)陈家沟景观防洪闸有交通要求，需建8 m宽交通桥。要求桥闸合一，桥、闸和周边环境、建筑能融为一体。

2 防洪闸的可选结构型式

一般的防洪闸采用直升式平面闸门(见图2)或者弧形闸门，为保护闸上启闭设备，在闸室上部做启闭机房。有时为了改善工作条件，把管理房建在水闸的两侧，形成桥头堡式的水闸，再通过对启闭机房的外立面装饰或整个水闸的造型进行设计，从建筑的角度来确定水闸的结构外型。这种类型水闸设计的特点是具有较为高大突出的启闭机房，水闸的规模越大，启闭机房的尺寸越突出。

图2 直升式平面钢闸门的闸室控制段图

随着对景观要求的提高，有时这种较为突出的启闭机房与周边环境的协调难于设计，升卧式平板闸门(见图3)应运而生，该型闸门采用卷扬式启闭机，使平板闸门在直升一段高度后，改为在弧形轨道上做弧形运动，一般可降低工作桥排架的高度约50%，但水闸的上部结构仍较为突出，对视线的遮挡作用仍较大，对周边景观影响作用仍较大。

图3 升卧式平面钢闸门的闸室控制段图

随着科学技术进步和材料科学的发展，液压式启闭机出现了，这种启闭机在较小尺寸下能够达到较大的功率，同等功率下，做到了启闭机的小型化。液压式启闭机的使用改变了传统螺杆式启闭机和卷扬式启闭机不能实现的新的方式，因此在城市景观河道的水闸设计中大多采用采用液压式启闭机。在闸门结构形式的设计中也出现了上翻式平面钢闸门(见图4)或者下卧式平面钢闸门(见图5)[7]。从图2～图5可以看出，闸室的上部结构从高大突出，逐渐变的没有了。考虑到下卧式平面钢闸门，闸口开启时闸门隐藏在水下，水下防腐和维护困难，选择采用上翻式平面钢闸门作为比选方案之一。

图4 上翻式平面钢闸门闸室控制段图

图5 下卧式平面钢闸门闸室控制段图

3 防洪闸选型

东津新区陈家沟景观防洪闸具有总宽度达24 m、挡水高度5.21 m。如果采用一跨形式的钢闸坝，景观效果会更好，但启闭机的容量大、启闭机的容量要求高，建设、运行困难，投资也较大，遂决定不采用这种形式的闸门型式。根据陈家沟景观防洪闸的规模，结合水闸设计推荐的宽高比，闸门孔数选3孔8×5.5 m闸门方案，具体的闸门结构型式在前文介绍的几种型式中选择。

根据前文给出的闸门结构型式，初拟陈家沟景观防洪闸的结构型式方案包括：直升钢闸门式启闭机房方案、桥头堡式启闭机房方案、上翻式钢闸门启闭机房方案。选取了景观效果、施工难度、维护管理、工程投资4个方案属性，对3个方案进行综合评价[8]。各方案的属性参数对比见表1。

经对比可知采用液压上翻式平面钢闸门方案，减少了启闭机房的投资，由于闸门和启闭机的投资较大，因此总体上工程投资增加，但工程投资在20%以内。

利用专家打分法将上述方案指标量化，得到参数矩阵如式(1)所示。同时专家给出的各指标权重，见表2中最后一行。针对工程投资属性，为了反映工程投资的相似性，使用工程投资的相对差作为标准化指标，并将其从费用型指标转换为效益型指标，经便与其他指标保持一致。

(1)

表1 陈家沟景观防洪闸选型方案比较表

利用TOPSIS方法，将各指标进行规范化后，得到的决策属性矩阵见式(2)，计算得到的方案隶属度如式(3)。

根据方案排序的结果可知方案S3排序靠前，东津新区陈家沟景观防洪闸采用上翻式平面钢闸门。闸门开启时闸门隐藏在交通桥下，可以较好的实现与周边景观功能的协调。

(2)

R{S1S2S3}={0.50 0.55 0.67}

(3)

表2 陈家沟景观防洪闸选型方案参数表

4 结 语

现代治水理念是建立在人水和谐、人与自然和谐相处的基础上，景观水闸就是在这种理念的基础上，通过防洪排涝、引配水、水位维持等功能的实现，并融合城市河道水环境、人文景观。景观水闸闸型的合理选择需综合考虑水闸的景观效果、施工难度、维护管理、工程投资等方面，在此基础上选择结构简单、运行安全可靠、景观效果好的闸门形式。

景观水闸在实际运用中还应着重考虑防洪闸平时运行较少，容易造成启闭设备不灵，对于淤积严重的闸室应及时冲淤。管理方应定期运作启闭设备，以确保防洪排涝期间闸门能及时安全开启。

本文从水闸设计思路历程和材料科学发展对闸门设计影响的角度论述了一般水闸的设计思路，特别是闸门选型的思路，希望能对景观水利工程设计，特别是具有景观功能的水闸设计提供一定的参考。