钢坝闸在河道水景观环境治理中的应用

胡胜

（河南省水务规划设计研究有限公司广东分公司，广东 东莞 523900）

近年来，随着我国城市经济的快速发展，合理协调核心建设区中城-水关系显得尤为重要。为了美化河道两侧人民群众的生活环境，在满足基本防洪的条件下，合理保证景观水位对河道的整体景观效果具有实质性提高；同时可使河道生物自净功能基本得到恢复；在不影响河道的行洪排涝能力下，水环境将得到显著改善，从而可实现“河畅、水清、岸绿、湖美”的整治目标。本文以东莞市谢岗镇截洪渠蓄水工程为例，阐述钢坝闸在城市河道水景观中的应用。

1 工程概况

谢岗镇位于东莞市东部，谢岗截洪渠汇水区包括谢岗镇中心区、大坑、粪基窝排洪渠汇水区，总集水面积7.69km2。谢岗截洪渠上游段水位较低，淤泥较深，影响河道水质，且在枯水期上游来水较少，河道内流量很小，常水位较低且多呈干涸状态。为满足防洪排涝的安全要求和碧水蓝天的景观要求，有必要对其进行综合治理。

2 水闸选型分析

为打造人水自然和谐的景观，提升城市滨水空间品质，蓄水水闸在满足河道行洪要求的同时要求具有合理的景观壅水位。较多河道景观蓄水工程项目的河道较宽，水闸过流流量较大、闸上和闸下水位差变化较为频繁，因此闸门在挡水状态下，需具有调节河道水位和溢流作用，以保持河道河水流动。

本工程景观水闸孔口尺寸净宽35m，河底高程4.60m，景观蓄水高度3m，景观蓄水位7.60m。根据景观闸坝工程设计经验，常用景观蓄水闸坝有常规水闸、橡胶坝、钢坝闸，本次拟对上述三种闸坝形式进行闸型比选分析。

2.1 常规水闸方案

水闸闸室采用开敞式水闸，共7 孔，单孔净宽5m，闸门高3.00m，顺水流方向长9.00m，闸底高程为4.60m。根据规范及结构布置的要求，水闸采用整底板型式，底板厚1.20m，边墩厚1.00m，中墩厚1.00m。具体水闸型式见图1。

图1 常规水闸

2.2 橡胶坝方案

橡胶坝是由高强度、耐水性较好的锦纶帆布做拉力骨架与耐老化的合成橡胶构成，固定在混凝土基础底板上，形成密封袋状，用水或者气压力充胀形成挡水坝。其建造成本低，跨度大、行洪不阻水、运行维修方便，但使用寿命短且推移质对坝袋威胁较大[1-2]。

本工程橡胶坝拟采用单向充水式拦河橡胶坝，底板顶高程4.60m，坝袋净高3.00m，坝体长度35.00m，坝基座顺水流方向长度17m，采用C30 钢筋混凝土结构。具体水闸型式见图2。

图2 橡胶坝

2.3 钢坝闸方案

钢坝闸是一种底横轴的翻转门，外形新颖、美观、实用，操作方便、启闭灵活且工作较隐蔽、无碍防汛和通航。钢坝闸采用钢材，表面进行热喷锌，坚固耐用，易于安装和维护[3-4]。

钢坝闸一般布置在明渠段，上下游均与闸室平顺连接。水闸为单孔结构，净宽35.00m，闸室总宽度为46.60m，采用不分缝整体式结构。水闸上下游翼墙采用悬臂式挡墙；水闸上游设置沉砂池、护坦和抛石防冲槽，下游设消力池、海鳗和抛石防冲槽，以抛石做防冲槽与现有河床连接。具体水闸型式见图3。

图3 钢闸坝

2.4 水闸方案比较分析

常规闸与橡胶坝和钢坝闸相比，需建设启闭机室和闸墩，相当于人为在河道上多设一道视觉屏障，故难以与百里碧道相结合。同时常规闸门垂直启闭，工程管理较为繁琐。如需保证正常景观壅水位，又要满足行洪要求，常规水闸需要较高的闸顶高程，故其工程量及占地面积较大，从而导致造价相对较高；从施工角度出发，常规水闸的施工周期也较长，故本次不再推荐。

橡胶坝和钢坝闸是两种较为先进且在景观工程中使用比较多的两种闸型。本文重点对这两种闸型进行比较分析，分析结果如下表1 所示。

表1 橡胶坝和钢坝闸对比分析

通过表1 对橡胶坝和钢坝闸的对比分析可知，钢坝闸使用年限较长，不易损坏，安全性较高，不易淤积，能耗较低。同时钢坝闸施工周期短，其设计不但能满足蓄水造景要求，还能通过汛期卧门行洪，满足各时段的泄流要求，与上下游河道衔接顺畅，提高了河道两岸生态景观效应。它的设置将会极大改善河道生态环境和保障不同季节的运行安全。

综上所述，在本工程中钢坝闸比橡胶坝更合适，主要体现在经济合理、外形美观且可满足枯水期景观蓄水的要求。因此，推荐采用钢坝闸方案。

3 钢坝闸自动化控制

钢坝闸金属结构由一扇底横轴旋转钢闸坝及其相对应埋件及启闭设备组成。根据钢坝运行工况和水工布置，闸坝止水形式为双向侧止水。根据闸坝运行状态要求，闸坝配备分体液压式启闭机，启闭机要求配备手动装置，液压控制柜带PLC 控制，带行程检测装置。启闭机活塞杆材料为不锈钢表面镀双层铬，设置同步纠偏系统来保障双缸同步问题，同步偏差≤15mm。停电时，可手动操作，供电时可远程APP 自动化控制或现场手动控制，安全性能较高，闸门设计简单，运行管理方便，设置一套视频监视系统，一套水雨情监测系统，保障不同季节的水闸运行安全，改善河道生态环境。

4 钢坝闸调度工况

非雨期，上游及区间来水较少，河道水位较低时：立坝（开启）蓄水，保持河道景观水位需求；当遭遇河涌水质较差时，可卧门（关闭），置换内河水体，改善水质。

结合天气预报，在流域遭遇暴雨或特大暴雨时；可提前卧门泄洪（关闭）钢坝闸，放空景观河道，从而不影响河道行洪。为了不影响卧门时对下游的影响，使钢坝闸能安全合理运行，应确定合理的分档高度。分档高度过高，下泄水流流速大，冲击力大，不仅容易对下游河床护岸造成冲刷破坏，而且会导致闸门在运行过程中震动，威胁闸门的安全运行；分档高度过小，影响泄洪速度，缺乏可操作性。通过预报降雨范围和强度结合暴雨预报预警信息，提前卧门腾出行洪空间。卧门过程中按照生产厂家提供的调度方案严格控制开启过程时间，控制下泄流量，确保行洪安全。

5 钢坝闸防淤措施

钢坝闸上游设置沉砂池，底板顶高程4.60m，沉砂池长度35.00m，顺水流方向长度10.00 m，厚0.40m，采用C25 钢筋混凝土结构。具体防淤措施如下：

（1）钢坝闸没有底门槽和侧门槽，是门叶围绕底轴心旋转的结构。上游止水压在圆轴上，当闸坝立起或倒下时，止水不离圆轴表面，始终保持密封止水状态。侧止水也依据同样的工作原理，止水面始终不离开大理石面侧墩墙，故淤泥砂不会影响钢坝的运行。

（2）当钢坝闸卧门泄洪时，可以提高坝口水流量，能有效地让泥沙、水化合物直接随洪水冲至下游；且在枯水期，可对沉砂池内的淤泥清淤。

6 结语

钢坝闸作为一种新型的景观蓄水建筑物，克服了橡胶坝易受到人为或外部的尖锐物品破坏，造成漏气，管路多且复杂，塌坝放水后泥砂淤积覆盖坝袋的现象。钢坝闸可在不同季节的水闸运行形成瀑布景观效果，也可适应高寒恶劣的野外气候，综合适应性较广。随着城市的快速发展，河道水景观环境的需求不断提高，钢坝闸兼具造型美观、安全可靠、运行方便等优点，具有良好的发展前景。