新型低水头挡水闸坝选取原则及注意事项简述

柴向斌，赵爱莉，赵小军，贾元杰

（山西省汾河流域管理局，山西 太原 030024）

随着汾河流域生态修复工作的全面推进，通过在河道中新建低水头挡水闸坝已成为生态修复中蓄滞雨水资源，加大河流水域面积、增强地下水补给量，改善河段局部生态环境的重要工程措施之一。随着水利产品技术的发展，国内涌现出一批新型低水头挡水闸坝，替代了传统形式的低水头挡水闸。传统形式低水头挡水闸的特点主要为单孔单扇、非溢流、底开式排水排沙、闸门两侧设中墩、连墩成桥、检修方便，但存在闸墩较多、平面布置占地大、且挤占河道行洪断面，在外观上比较零乱，土建工程量大、总体投资高等问题。新型低水头挡水闸坝是近年来在河道生态治理工程中用于蓄水分洪作用代替传统闸门而兴起的一种（低水头）新闸型，主要特点是结构简单、美观、无中墩、土建部分投资较小、启闭灵活，已广泛应用于河道引水、蓄水、分洪、入海口档潮等水工建筑上，尤其是城市河道生态治理工程。

1 新型低水头挡水闸坝介绍

目前国内较为常见的新型低水头挡水闸坝主要有橡胶坝、气盾坝、钢坝闸、液压坝、舌瓣坝等，现将各闸坝的主要特点阐述如下：

1.1 橡胶坝

橡胶坝又称橡胶水闸，分为充水式和充气式两种。充水坝的充排时间要长于橡胶坝充气坝。与常规闸坝相比，其主要特点：一是造价低，可减少投资30%～70%；二是施工期短，坝袋只需3～15 d即可安装完毕；三是坝体为柔性软壳结构，抗震能力强（坝袋基础之间是软连接，不会因基础变形造成系统失灵和丧失正常运行能力）；四是充水（气）式坝袋，需要单独配备保障水源（常规设计中需配备水井）和建设泵房（供气站）；五是坝顶溢流不易过高（橡胶坝设计规范中明确规定橡胶坝溢流不能超过50 cm）；六是难以实现蓄水高度的精准化和自动化控制；七是容易受到尖锐物体的损坏，且在北方地区冬季运行需进行破冰处理；八是坝袋易老化，寿命大约10～15年；九是立坝、塌坝时间长，对河道快速截流、蓄水与泄洪不利；十是无法实现河道冲砂，容易造成枢纽前河段泥沙淤积。

1.2 气盾坝

气盾坝也称气动盾形闸坝，其结构主要由充气气囊、盾板及控制系统等组成，主要是结合橡胶坝和钢闸门的部分特点改造而成。与常规闸坝相比其主要特点：一是和橡胶坝一样具有造价低、施工期短、抗震能力强等特点；二是迎水面受盾板（钢结构）保护可避免砂石、上游冰凌对坝袋的破坏；三是设置在河道中的设备无任何机械用油，不存在设备泄露造成河道水环境污染风险；四是仍未克服需要建设供气站、难以实现蓄水高度的精准化（坝面启闭高度一致）和自动化控制等缺点。

1.3 钢坝闸

钢坝闸学术名称底轴驱动翻板闸门，由活动部分（也称门叶）、埋固部分和启闭机械3部分组成。钢结构门体通过底轴扭力传导，两端以液压启闭机为动力，实现整体起伏，单跨长度不宜超过50 m，坝高不易超过5.0 m。与常规闸坝相比其主要特点：一是可长时间大流量从坝顶溢流形成瀑布效果，坝体外形美观，坝顶可设置喷头，形成喷泉景观；二是液压启闭系统设置在中墩里，不在水中工作；三是可实现现地控制和先进的自动化控制及网络操作，且可精准控制闸门启闭高度；四是冬季运行中可将钢坝倾斜一定角度，释放水结冰的膨胀力，解决坝体防止冰冻破坏问题；五是单跨坝体较长且为一个整体，对闸坝基础及现场安装要求较高，若发生闸底板不均匀沉降会导致闸门变形等问题；六是当河道较宽时，需要在河道中间设闸墩，土建投资较高，会挤占部分河道行洪断面；七是使用寿命长，理论寿命50年；八是坝后易形成淤积，坝后淤积冲砂需要将整扇闸门卧倒冲淤；九是坝体升降时间短，启闭灵活，对于洪水暴涨暴落的河道，防洪压力小。

1.4 液压坝

液压坝也称液压翻板闸，是一种底轴铰接闸底板、液压缸启闭，支撑杆支撑，由多扇门体组成的无中墩的整体挡水闸坝。其主要特点：一是无中墩，土建投资较小，不挤占河道行洪断面；二是单跨坝体较短（6～10 m），启闭灵活，闸门可快速单独启闭，分扇泄水且检修方便，同时可分片塌坝排水，坝体前后泥沙容易冲排；三是可长时间大流量地从坝顶溢流形成瀑布效果，坝体外形美观；四是冬季运行中可通过人为调节门体开启角度释放冰面应力，解决坝体防止冰冻破坏问题；五是可实现现地控制和自动化控制及网络操作，控制闸门启闭高度；六是支撑杆受限位卡固定支撑配合小油缸解锁，可避免启闭机长期处于工作状态，但存在解锁缸失灵、支撑杆卡阻隐患；七是液压启闭机长期在水中工作，且液压缸置于坑槽中容易受河道泥沙淤积或冰冻影响，限制液压缸摆动，进而影响闸门启闭。

1.5 舌瓣坝

舌瓣坝也称舌瓣闸，是一种底轴铰接闸底板固定、液压缸启闭支撑，由多扇门体组成的无中墩、相互密封的整体挡水闸坝。其主要结构形式和液压坝相似，主要特点：一是改变液压坝的启闭支撑系统，将液压缸直接设置在闸后底板上，避免液压缸坑槽受泥沙淤积和冰冻影响闸门启闭问题；二是大大简化了闸门支撑系统，由液压缸长期受力，减少支撑系统卡组等隐患；三是液压输油系统可实现全程刚性连接，增加液压输油管路的保障性；其余特点同液压坝。

2 闸坝选取原则及注意事项

在工程实际应用中，闸坝的选取应遵循“安全可靠、止水严密、启闭灵活、检修方便”原则，具体注意事项如下：

一是闸坝选型初期应综合考虑工程造价、河道水文（主要考虑防洪、长期水量、泥沙）、工程地质等综合因素进行选择。二是所选闸坝的门叶、支撑结构，启闭系统必须进行结构受力分析及启闭力复核计算，确保最不利工况运行时，工程整体结构安全。三是山区河流应充分考虑闸门启闭速度（对靠液压系统开启闸门的应充分考虑液压泵站启闭容量，对靠门体自重开启闸门的应充分考虑门叶自重、输油管路长度、规格、油箱回油速度等），保证河道短时洪水畅泄，确保行洪安全。四是闸坝选型应充分考虑运行管理单位人员值守情况、门体检修、液压系统（主要是油管路检修更换）条件等涉及的运行维护成本。五是对北方河流应充分考虑闸前、闸后泥沙淤积及冬季冰冻影响因素，确保冬季闸门正常启闭且具有局部冲砂条件。

3 结语

新型低水头挡水闸坝在我省汾河流域生态修复治理工程中已广泛应用，且仍在不断改进完善。在实际应用中应根据工程自身条件，结合各型式低水头挡水闸坝特点，充分考虑安全、造价成本、景观、运行管理等多方面综合因素进行选取。