弧形闸门在城市景观水闸中的应用

房峰 ,陈军 ,刘朗

（1.江苏省水利机械制造有限公司，江苏 扬州 225003；2.句容市城市水利枢纽管理处，江苏镇江 212400）

1 概述

随着我国城市建设水平的不断提升，对城市环境改造的要求也不断提高。城市河道承担着城市的防洪、排水、供水、航运以及纳污等多重功能，既是城市经济社会发展的重要可利用资源，也是城市生态系统和景观体系的珍贵资源，是城市生态系统不可或缺的组成部分[1]。近年来，城市景观水闸作为城市水资源管理的一种控制、调节手段，通过调节水流量和水位，有效保护城市水资源，同时通过合理的设计和布局，将水闸与周围环境融为一体，为市民提供一个休闲娱乐的场所，为城市增添美丽的风景线，提高城市的文化品位和形象。作为水闸的基本功能，景观水闸也可以控制水位和流量，有效地缓解城市的水灾，保障市民的生命财产安全。

作为城市景观水闸的设计要求主要包括以下几个方面：（1）造型优美，符合城市建筑特点；（2）功能齐全，方便行人和车辆通行；（3）水流速度较快，适合于商业开发。根据以上原则，设计时需要考虑以下因素：（1）形态要美观大方，与周围环境协调一致；（2）流线顺畅，无阻隔感，便于交通疏导；（3）高低差适中，能够满足防洪要求；（4）周边绿化度高，可起到美化环境作用。

因此，一批新式闸门广泛应用到新建城市景观性的水利工程设施上，包括翻板闸门，底横轴旋转门、护镜门和橡胶坝等。与传统的带有底板、闸墩、排架、工作桥等设施的水闸相比，这些新式的景观闸门不再有排架、工作桥等影响水闸外观造型的建筑物，整个河道视野开阔，可与自然景色融为一体。

2 不同型式景观闸门对比

不同型式的景观闸门都各有优缺点，设计时应根据不同工程的地质条件、功能要求、投资条件，结合实地景观特点选取合适的门型。

翻板闸门在某些水力条件下容易发生小开度振动拍打现象，虽然短期内不影响到整个闸坝的安全，但长期小开度振动拍打会导致翻板闸门底部和固定坝的疲劳破损，以致闸坝漏水严重，直至造成整个翻板闸坝工程的破坏。另外，其初启动水位较高而回关水位偏低，难以满足正常的使用要求。

橡胶坝为21 世纪新兴的一种低水头挡水建筑物，其特点是单跨长度大，能最大限度地保证水面宽度。此外，还具有结构简单、施工期短、造价低、抗震性能好、操作灵活和管理方便[2-3]等优点。同时，运行维护成本也较低，因此，在国内城市河道应用比较广泛。但是该类水闸的缺点也很明显。其耐久性取决于橡胶的寿命，需要经常性更换。水闸高度受限，不能建造过高的挡水水坝。运行时充水（气）升坝或放水（气）塌坝时间较长，影响快速截流或泄洪，且橡胶坝体较脆弱，河道内的杂物易对坝体形成撞击或其他物理损伤，易发生质量事故。

底横轴旋转门和护镜门近几年运用较为广泛，结构简单、跨度大，但实际使用下来有根本性的弊病，工程建设一次性投资较大，日常维护检修费用较高，而且其主要部件长期处于水下，很难对其进行维护和检查。其闸门止水为橡胶结构，老化后难以更换。而且在城市内部水系中，大多数河道跨度并不是很大，使用这两种类型的闸门，整个工程投资过大。

因此，要更加关注选择常规闸门，以适应城市景观水闸的需求。在常规门型中，相对于普通平面闸门，弧形闸门因其形状优美，可以与周围环境相融合；功能性强，可以对河流水位和水流量进行调节，保证河流的生态环境和景观质量，具有较强的适应性；结构简单，制造成本低，易于维护和维修等特点，在国内外城市景观水闸得到了广泛应用，且不乏成功优秀的案例，国内有深圳湾公园和上海黄浦江，国外则有伦敦泰晤士河和纽约哈德逊河等。

3 弧形闸门的方案设计

以太仓市政建设的长春河建设工程为例，因太仓城市景观的应用要求，在设计时采用了弧形下卧门的设计方案，不完全等同于一般弧形闸门的方案，该闸整体布置于河道之中，兼顾河道的行洪、蓄水、航运以及景观等要求。

3.1 结构布置

该方案是利用成熟的弧形闸门作为关闭和开放泄（放）水通道的控制设施。挡水时开启闸门到位，开放泄（放）水时下放闸门至底部门库内。需要检修时从关门位置继续向上开启，直至使门支臂高出闸地面高程后，可脱开启闭设备，单独检修钢丝绳，闸门通过吊车继续将上吊转出闸室，进行止水更换，若需要大修，可脱开闸门支铰，将闸门整体吊出闸室。相比较采用普通弧形闸门的水闸结构布置，该型式水闸取消了启闭机的排架和工作桥，新式紧凑型闭式启闭机分别安装在两侧的闸墩顶部，同时对闸门进行特殊设计，允许闸门门顶过流，容易实现人工瀑布的效果。

3.2 结构特点

（1）该闸门水力学条件好，启闭力较小，能用于各种类型的水道。

（2）新研制的闭式传动启闭机外型小巧，结构紧凑，为保证整体工程的简洁及水道的开阔与宽敞，取消了启闭机的刚性同步轴，采用PLC+变频器同步控制，设备所需电缆从远处控制房经闸底板下埋管引入。从地面上看没有任何突兀的感觉，满足河道风光景观一致的要求。

（3）闸门止水在工厂内可预先整体接成门框式，整体的密封性能好，避免了一般弧形闸门因安装精度不够而导致的渗漏和泄露的现象。

（4）此方案布置闸门，不影响河道原有的通航和行洪能力，闸门在挡水位时可露出水面，需要通航或泄（放）水时直接下放至门库内，水面上无任何障碍物。

（5）底部的止水可设置多道，使闸门具有多个关闭位置。当闸门在关闭位置之间时，可通过控制门底止水与底槛的间隙大小来调整下泄流量。另闸门处于关闭位置时，通过上下游水位的组合调节，水从闸门顶部流过，在河道内实现多级人工小瀑布景象，从而使水利设施变为城市景观工程，为城市建设增添光彩。

当然，由于城市河道的特殊性，水流平缓，流速很低或者说几乎没有，易造成河道内淤积的问题，尤其是闸室内淤积过重可造成闸门无法正常关闭，需要重点研究解决。因此，工程设计时，在门槛护坡后部可内埋冲淤管路，配备高压水冲淤设备。同时，在运行时可优化启闭操作方式，先提起闸门使门下略高门底槛一些，利用上下游水位差，门下的过水可冲刷一下闸室底板和河道底层，减缓或消除闸门底部的淤积。

4 结语

目前，全国范围内正在大力推行城市环境整治工作，河道作为城市生态系统的重要部分，是水资源、水文化和水环境的重要载体[4]。城市水景观改造已成为改善城市生态环境的主要措施之一，目前的改造大部分为中小型河道的整治工作，使用其他景观闸门型代价过高而且均有部分实用性缺陷，弧形结构闸门可很好地适应目前的建设需求，为城市水环境建设带来了更广阔的空间■