印江县城东郊生态坝气动盾形闸门系统设计要点概述

陶光慧，谢 涛

(贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550002)

1 工程概况

印江县城东郊生态坝位于印江土家族苗族自治县境内。印江县隶属贵州铜仁市，位处黔东北梵净山西面，东林松桃苗族自治县，西毗邻德江县，北抵沿河土家族自治县以及重庆市的秀山土家族苗族自治县，南邻石阡县、思南县。工程区距离铜仁149 km，县城距省会贵阳市382 km，对外交通方便。生态坝坝址位于印江河县城段上流，生态坝是新城温泉项目的重要组成部分，承担优化河段生态景观的要求。

2 活动坝闸门系统及水位调节闸选择

近年来，随着印江县城市规模的不断扩大，人民生活水平的不断提高，人居环境在开发建设过程中提出了更高的要求。根据《印江土家族苗族自治县县城总体规划(2011-2030)》，印江县城依山而建，四周群山环绕；印江河、桶溪河、穿城大堰从城中穿越。因此在建设过程中，一是充分继承和发扬当地民居滨水而居的民族传统，在优化印江景观的同时，保留塑造穿城大堰等穿城水系，将城市空间布局与河流有机结合，使河流景观自然成为城市景观的亮点；二是借鉴国内外滨水开发的成功经验，建设融延续性、游赏性和休闲性为一体的滨河景观带，突出滨水城市的景观特征；三是加强滨水景观节点的塑造，利用印江河在不同季节景观特征的变化规律，通过不同方式的水环境来营造宜人的公共空间。

印江县温泉新城紧邻印江县城区，是规划的品质优秀的休闲、旅游小镇。良好的居住环境和投资环境离不开城市环境和景观质量的提升，而城市环境的提升得益于城市高质量公共设施的有效实施。城市环境的优美与否将直接服务于经济建设。通过本工程的建设，可以有效稳定温泉小镇所处河段的水位，提升印江温泉新城的整体居住环境以及经济发展环境，有利于形成城区最具特色的连续生态景观和城区临水公共活动空间，与印江县城水景观连接并融合，塑造印江县城以及温泉新城山水城市的鲜明形象，更便于市民及游客亲近印江河水环境，解决老城区因以往规划理念陈旧而缺失的集中公共亲水活动空间，从而使得城区及小镇环境更优美、功能更合理。目前城市景观水闸闸门系统应用型式较多的主要有液压底轴钢坝、液压升降坝及气动盾坝，通过技术经济比较，选定气动坝方案为本工程设计推荐方案。

3 生态气盾坝坝总体布置及运行要求

印江县城东郊生态坝的主要任务是改善生态和人文环境。改善生态和人文环境任务，是通过修建生态坝，抬高水位，形成较宽深的水面，与两岸人居环境形成“水清、岸绿、景美”的人文景观，从而提高生活品质和城市品位。工程主要建设内容包括气盾坝、水位调节闸建设等。生态坝坝轴线与河床正交布置，坝轴线总长79 m，设置70 m宽的气盾坝和1扇水位调节闸门。枢纽工程由水工建筑物、活动坝部分及水位调节闸组成，活动坝部分为气动盾形闸门系统即气动坝活动坝气动盾形闸门规格尺寸为70 m×3.7 m(宽×高)，设计水头为3.4 m，总长70 m，气盾闸门底部高程为459.00 m，气盾闸门门顶高程为462.7 m，气盾闸门高3.7 m，上游最大水深3.4 m。应业主要求，常规情况下门顶不溢流，为避免门顶溢流水流跌落产生噪音，于右岸设置1扇水位调节闸门，闸门尺寸为3 m×2.8 m，闸门底部高程为459.9 m，顶部高程为462.7 m，设计水头2.5 m。利用气动盾形闸门和水位调节闸门联合调度来调控上游水位和下泄流量，满足景观及降噪环保要求。当河道天然来水流量小于14.7 m3/s时，采用水位调节闸门进行水位调节，使得上游水位略低于气动盾形闸门门顶高程，气动盾形闸门门顶不产生溢流水帘，以避免产生噪音；当河道天然来水流量大于14.7 m3/s，超过水位调节闸门的过流能力时，需同时倒伏气动盾形闸门和打开水位调节闸门进行泄洪，使得河道的行洪能力不受影响。生态坝正常蓄水位为462.4 m，上游设计洪水位为462.11 m，相应的下游设计洪水位为462.06 m，上游校核洪水位为462.21 m，相应的下游校核洪水位为462.17 m。生态坝主要由水工建筑物及其上的金属结构设备部分组成，金属结构设备主要有：1套活动坝气动盾形闸门系统和右坝段1套水位调节闸门系统。右坝段水位调节闸门孔口顶部设置综合控制室，由气泵动力及控制室、电气及控制室和启闭机室三部分，总长23 m，宽6 m[1-2]。

4 气动盾形闸门系统设计特点

气动盾形闸门系统布置在主河道活动坝段上，孔口尺寸为70 m×3.7 m-3.4 m(宽×高-水头，下同)，气动盾形闸门系由闸门门叶、埋件、气袋及附件、气动系统、控制系统(要与本项目水雨情预测报系统实现联合调度)等组成。气动盾形闸门底部高程为459.00 m，门顶高程为462.7 m，气动盾形闸门高3.7 m，上游正常设计水深3.4 m，设计最大门顶溢流水深300 mm(要求此溢流水深条件下气动盾形闸门应自动倒伏泄水)。整扇气动盾形闸门总共分7节，每节宽10 m，总宽70 m，节间橡胶止水软性连接，螺栓压条固定。气动盾形闸门主要承重材料为Q355B，门叶结构分节制造运输，到现场组装成整体。为确保泄水安全，配备备用电源(柴油发电机组)。

气动坝是一种较为新型的水利坝型，结合弧形钢闸门及橡胶坝的优点，将弧形钢闸门的刚性铰改良成了柔性铰，以适应无法消除的基础及结构不均匀变形的影响，充分利用柔性绳索及高分子材料的高拉力性能，同时利用大面积的面应力接触以减少应力的过分集中，以减薄挡水面板厚度，减化结构。同时采用橡胶坝升降便利的特点，将橡胶坝分段成一个个的高分子材料气袋，并视水位高度情况的选用单气袋还是双气袋，整体气袋卧于挡水面板下，面板保护整体气袋免受水流杂物的冲击及损坏。因受力明确，结构简单，制造安装便利，将传统的橡胶进行优化，充分发挥高分子材料性能优势。气袋及止封等材料应采用性能质量高的产品，以保证较长的使用寿命。采用压缩空气作为动力，运行维护成本较低。其控制系统和空压系统主要元器件均采用性能质量高的知名品牌产品，埋件和管路全部采用不锈钢材料，确保气动盾形闸门的使用寿命。气动盾形闸门系统操控简单，可以实现分节分段开启或关闭，实现多向分流，既能手动控制水位，又能自动控制水位，也可维持特定的水位高度。即使在洪水泛滥引发断电时，仍可以通过手动操作排放气袋内空气，确保安全泄洪[3-4]。

图1 气动盾形闸门升起挡水时剖面图

5 结语

印江生态坝是新城温泉项目的重要组成部分，也是提升城市生态文明的重要组成部分，结合地区优势，紧跟现代生态文明理念，助力提升城市宜居感及幸福感。通过水利工程措施，建造人工河湖景观，丰富滨河休闲文化长廊，而气动盾形闸门系统因其实现了实用性、新颖性、景观性与生态环保功能的完美结合，气盾坝因其运行安全、生态景观效果良好，在成市河流中应用效果突出，在多个项目上成功推广应用，取得十分明显的“社会、经济、环保、生态”等多个方面的综合效益。