浅谈气动盾形闸门系统在水生态环境建设中的优越性

【摘要】随着城市生态文明的发展，人们对水生态环境建设及水生态旅游等的需求越来越大，城市河道中水闸和水坝等挡水建筑物得到广泛的运用，城市景观水利工程发挥了巨大的效益，各类景观坝作出了重大的贡献。近些年来出现的新型景观坝—气动盾形闸门系统，其所具备的优越性是其他的景观坝所不能及的。以其形式新颖、环保、结构简单、运行使用简便、性价比高、安全、美观等独特的优势在各类景观坝中脱颖而出，在水生态环境建设、城市河流景观水利工程中发挥出越来越重要的作用。

【关键词】水生态环境建设；景观坝；气动盾形闸门系统；优越性

1、序言

随着城镇建设的不断发展，人们对生态环境的依赖和要求也越来越高，对城市河流的景观建设也提出更多、更新的要求，城市内的河流既是江河流域的分支，也是城市基础设施的重要组成部分。随着人民物质生活水平的提高，人们更加注重城市生态发展建设。生态城市发展是20世纪80年代国际上提出的新的概念，是人们对城市未来发展的美好理论构想。

城镇水域规划及改造已成为国内外景观规划和城镇生态建设的热点，与传统单一治理水域为目的的河道规划不同，现在城市水域规划强调以生态为主线，将堤岸、水体、植被、湿地等众多元素综合考虑，进行蓄水、防洪、恢复生态、娱乐休闲、经济开发等统筹规划。近年来，国内多座城市以河道改造治理为主的滨水区建设，已成为生态景观规划及设计的重点。城市江、湖、河水域面积的扩大工程，水生态恢复，生态水景观工程，亲水工程，水文化项目，引进国际上通用的多天然河流整治概念，突出改造“边滩、岸坡、水面、跨河建筑物”多方面生态恢复与立体景观，将水作为城市文化载体和城市基础设施建设，把优美的水生态环境作为城市文明的代言人。

2、水生态环境建设

在人类面临环境危机的背景下，随着人们对生活环境要求的提高，绿色消费及绿色运动席卷全球，生态旅游和生态环境等作为绿色消费，一经提出便在全球引起巨大反响，生态旅游及生态环境的概念迅速传递至全球，其内涵也得到不断充实，生态旅游就是以统筹自然与人类和谐发展为准则，以保护环境生态为前提，依托良好的生态自然环境和独特的生态人文系统，按生态友好方式开展生态教育、生态认知、生态体验获得身心愉悦的旅游及休闲方式。奔腾不息的江河，飞流直下的瀑布，碧波荡漾的湖泊，雄伟壮观的大坝，四季变换的灌区，风光炫丽的湿地，这些水利风景以其独有的水利景观，良好的水生态环境，丰富的文化内涵，满足了人们渴望回归自然、重返绿水青山的精神需要，给人以优美和谐、陶冶情操的精神享受。

在2014年，国务院发布了《关于促进旅游业改革发展的若干意见》，提出要把旅游业培养为人民群众满意的现代服务业和国民经济的战略性产业，充分肯定水利在发展旅游中的重要作用，明确要求旅游要和水利等有关行业融合发展。目前，各级水利部门积极推动水利风景区与旅游、文化、体育、农业等相关产业的交叉融合，为人民群众提供更加多元化的水利生态环境及旅游产品。

一是保护修复水生态工程。牢固树立尊重自然、顺应自然、保护自然和坚持绿水青山就是金山银山的理念，水利风景区的建设通过清淤疏浚、连通水系、水源调度、水源涵养等工程措施，显著地提升水环境自净能力、改善区域水生态。始终把水生态环境修复和保护放在重要位置，要求水利风景区根据各地水资源条件、水系及河流分布情况、水生态环境工程的布局特点，工程与非工程措施进行统筹兼顾，因地制宜，稳步推进水环境和水生态的恢复，收到明显的成效。从水利风景区的监督检查情况来看，景区内的水质、水环境、水生态质量均得到明显改善，水质普遍提高一至两个级别，恢复和发展了生物的多样性，负氧离子大幅度增加，空气清新，节能减排效果明显。

二是加大城市生态环境建设和河道治理。自古以来，我们的祖先就在大江大河边繁衍生息，在三山五岳间纵横驰骋，创造出了光辉灿烂的华夏文化。纵观国内历史名城，大多依山而建、傍泽而生，山水相携，使城市得以发展、文明得以传承。山与水，成为了城市诞生和成长的摇篮，成为了城市发展的灵魂。近年来，我国以城市河湖型水利风景区建设为主导，结合城乡水系连通工程建设和中小河流治理，大力开展截污治污、湖河疏浚、修复水生态、整治水环境、建设水景观，积极打造全国水生态文明城市，构建山、水、林、城交相辉映的城市发展格局，营造水更秀、岸更绿、山更青、景更美、人与水更加和谐的水与城市的新形象，提升了城市品位，水生态风景区已成为众多群众必去的好去处，极大地改善了城市面貌和人居环境。

通过河道治理和水生态工程的建设，水利行业已由传统单一的水利向综合性多方面的水务转变，城市河道也从过去的防洪排涝向防洪排涝与游憩相结合的功能转化，营造既生态又人性的驳岸，创造出多样的活动场所。合理设置娱乐休闲设施，营造人与河流的亲密接触。河道中水坝和水闸等水工建筑物得到广泛应用，各类景观坝对城市景观水利工程的效益发挥作出了重大的贡献。

3、气动盾形闸门系统的优越性

气动盾形闸门系统作为近年来出现的新型景观坝，其优越性是其他的景观坝所不能及的。

气动盾形闸门系统建设时基本不需要对河道的前期整治，很好地克服了橡胶坝需要对河川整治及严格选择坝址等的问题。

因为气动盾形闸门的上游面板采用钢盾结构可以很好的挡水保护气袋，气袋不会因受到各种漂浮物的撞击而损坏，开门泄水时完全倒伏在河床底部，很好地解决了橡胶坝坝袋易被各类漂浮物冲击划破损坏、泄水时坝袋阻水等的问题。

气动盾形闸门采用先进的组合式设计方式，总体布置上不受河道宽度的制约，在较为宽广的河道上，也不需设置中间支承墩、闸墩、维修廊道或工作桥、以及启闭机设备，对土建基础要求也较为简单。从而节省了工程维护管理费用，降低了工程总体投资。

气动盾形闸门系统也称为气盾坝，其泄洪能力强，克服了传统水力自控翻板闸门容易卡阻、门体全开泄水时阻水体积大、易产生“拍打”现象等方面的缺点。气动盾形闸门由若干模块化的盾形钢面板和坝袋组合而成，组合式结构理论上可任意延长，可应用于不同宽度的河道。在河道宽度范围完全倒伏在河床底部，泄水面宽度几乎和河道宽度一致，能够实现大面积高效泄水。气盾闸门翼形结构的面板和门底铰链结构形式的设计亦可使得冰块、树枝、浮木、泥沙及其他杂物容易流过，不易造成堵塞。面板加筋板兼有导流功能，能够平减少冲刷、平顺水流，并可有效的控制闸门门体的振动。闸门门顶设置的破波板也较好的防止了门体振动，避免了振动对闸门结构造成破坏。

气动盾形闸门系统还有效的解决了橡胶坝、水力自控翻板闸门等易被洪水冲垮、漫坝、漫滩、不能远程集中控制等系列问题。在泄洪时，闸门完全倒伏在河床底部，对河道泄洪基本不影响。气动盾形闸门启动速度快，在洪水来临前可迅速操作闸门倒伏泄洪。

景观坝基础的不均匀沉降对于跨度大的气动盾形闸门的影响很小，而对于液压钢坝（底轴驱动翻转闸门），土建基础沉降不均匀会较严重的影响闸门的安全运行，液压钢坝（底轴驱动翻转闸门）对土建基础要求较高，一般要求为岩基，而若为砂卵石等基础则需要通过防渗、固结等处理后才能作为液压钢坝的基础；液压钢坝对支铰座、封水套和底横轴安装时的同心度和高程控制精度要求较高，对制造和安装工艺的要求高；劣质水环境下液压钢坝对轴承材料和轴承结构的形式要求较高，对底轴及侧向止水要求高；液压钢坝对启闭系统及其控制要求严格。而以上这一系列问题对气动盾形闸来说没有太大的影响。

更为重要一点是气动盾形闸门的理论高度可达到10m，目前已实施并良好运行的工程实例已达到8m，跨度不受限制，而其他的景观坝目前理论高度均在7m以下，单宽跨度也因自身不同因素的限制而无法过大。

气动盾形闸门在泄水过后，即便门体上堆积杂物，仍不会影响闸门的正常运行。气动盾形闸门可完全倒伏在河底，上、下游无水位落差，方便形成鱼道，不阻碍水生物通过上、下游，可保持及恢复河流中生态的连续性，可较好的维护水中的生态环境。

气动盾形闸门较好的改善了水力自控翻板闸门、橡胶坝、液压钢坝（底轴驱动翻转闸门）等对生态环保影响较大的弱点。气袋材料要求食品级材料，以压缩天然空气作为其驱动介质，没有机械用油，不会造成河流及周边环境的污染，环保性能较好。在气动盾形闸门系统上设置的开度仪、水位仪等传感设备，既可以采用自动控制方式，也可以采用手动控制方式，特别是当洪水泛滥引发断电时，仍可通过手动操作控制方式紧急排放出气袋内的气体，以实现安全泄洪，泄洪安全可靠，有效避免了洪灾所造成的损害。

气动盾形闸门不需要启闭机械等设备，机械驱动环节少，动力介质为压缩空气，盾形闸门面板可以有效安全的保护气袋，避免气袋被水流中夹带的泥沙、浮木、及冰块等杂物损伤，运行维护成本较低，故障率低，操作简单，在管理方面，气盾坝可较好的实现“少人值守”，较大程度的节省了人力、物力及财力，维护成本相对较低。气盾坝对地基要求不高，只需设置简单基础，不需设置中间支承墩、闸墩及工作桥。气动盾形闸门采用组合方式设计，形成互相独立的单元模块，结构简单，抗震效果性能较好。因各组合单元模块重量相对较轻，施工安装时可不需大中型起重设施，安装方便，省时省力，较大程度的缩短了安装周期。

气动盾形闸门系统应用的范围相对其他形式的景观坝更为广泛，在低温条件下仍然能够正常工作。可起到防止凌汛、破除冰封等的作用，运行使用温度范围在55℃至-30℃之间，可以在寒冷地区运行使用。

4、结束语

气动盾形闸门系统以其形式新颖、环保、结构简单、运行使用简便、性价比高、安全、美观等独特的优势在景观坝中脱颖而出。与周边环境很好的协调，有效的维护了生态及环境，满足了水利工程生态化及景观化等的新要求，更加提升了城市景观水利工程的效益发挥，将会在水生态环境建设、城市河流景观水利工程中发挥出越来越重要的作用，今后会有更多的气动盾形闸门系统景观坝工程施工建设完成，营造出更多、更好的城市生态水景观，打造出更加美好的城市水环境。

基金项目：贵州省水利科技项目：《气盾坝技术应用研究》科研课题，项目编号KT201301

作者简介：李云峰（1977—），男（汉族）， 本科，贵州贵阳人，高级工程师，主要从事水工金属结构设计及咨询工作。