倾斜式翻板闸在南岗河水景观建设中的应用

倾斜式水力自动翻板闸在南岗河水景观工程建设中的应用
萝岗区农林水利局李品一510530
【关键词】工程管理山区河流水景观倾斜式自动翻板闸
1.前言
随着人民生活水平的不断提高，作为城市河流的管理要求也日益提高，不能只满足于防洪的需要，而且要为城市居民提供良好的和谐的水环境和水景观。

南岗河整治工程不但要符合广州市城市总体规划，防洪排涝达到国家标准，同时还需要综合考虑城市景观、绿化、美化与环境整治效果。

广州科学城未来最适宜创业发展和生活居住的现代化新型城区和休闲旅游景点。

因此，将河涌保留一定的景观水位成为当前河涌管理的一项任务。

本文就结合如何在广州市萝岗区的南岗河上建设打造水景观实际工程，谈谈关于在山区性河流上建设管理水景观水力自动翻板闸的观点和看法，以及在翻板闸工程建设、管理过程中遇到问题和解决办法。

2.工程环境
南岗河发源于白云山，由北向南流经广州市萝岗区科学城、黄埔区汇入东江，控制流域面积125.0KM^2，河道上游已建成木强水库和水声水库，集雨面积14.4平方公里，干流总长度26.5KM。

南岗河属于山区性河流，场地原始地貌属山区河流侵蚀堆积地貌，河道上游比降较大（>0.002），中下游比降较缓。

工程地址在文教园区下游，河槽宽16.0M，深约1.0M，河槽以上为梯形断面（上宽38M，边坡1:3，坡面植草），在过去的规划整治中已建有浆砌石滚水堰沿水流方向长约20M，该断面20年一遇过水流量为223M^3/S，流速为2.6M/S，洪水位为16.850M（珠基高程、下同）。

3.问题的提出
3.1景观水位
本文所述工程地处南岗河上游文教园区段，长约1.5KM，河道比降较大，同时过去的河涌整治中在该段河道区间进行了横断面扩大，形成较大水域面积的人工湖形态，但下游的浆砌石滚水堰已无法满足现阶段水景观的要求，在枯水期部分河床已裸露出水面，为协调文教园区周围环境，亟需抬高水位形成一定水域面积的水景观。

经测量后，决定将原常水位提高1.30M，接近于原有的观水平台，即提高至高程14.2M。

3.2 拦水建筑物要求
从南岗河整治后的运行管理看，由于萝岗区处于建设期，工地众多，包括广汕路的扩建，水土流失较为严重，导致南岗河现有的单一形式的拦水建筑物--浆砌石滚水堰堰前淤积严重，部分河床出现了新的滩地，抬高了原有的河床高程，同时也影响了原有河段的行洪能力和美观，因此在南岗河上建设其他形式的拦水建筑物，既可以抬高水位，营造良好的水景观，又不影响原有河道的行洪和具有排沙功能，同时必须在维护管理方面尽量简易。

4.挡水建筑物的选型
南岗河科学城段防洪标准为20年一遇，建筑物级别为4级。

从南岗河上游的实际情况看，挡水建筑物可采用三种方案：分别是浆砌石滚水堰、自动翻板闸和橡胶坝，各种挡水建筑物的优缺点分述如下：
（1）浆砌石滚水堰
优点：设计施工都较为简单；对地基的要求较低；运行维护简单；流水逐级跌落营造环境景观；工程造价相对较低；
优点：体积较大，占地较多；堰顶高程较高，导致水面线升高；堰上库容易淤积，且清淤困难。

（2）倾斜式自动翻板闸
优点无需人为控制，能够在洪水位与正常挡水位相差较大时自动将闸门迅速打开；节省
闸门的启闭设备；能够在正常情况下保持关闭状态，保证上游景观水位；降低水面线，保证了行洪安全；能够在自动翻板泄水时将上游淤积带走。

缺点：洪水期闸门突然翻到，下泄流量很大，易造成闸门后冲刷，因此对闸室基础、消力池和海漫要求较高，增加了工程投资；闸门易受水上漂浮物的影响而开启失灵，增加了运行管理工作量；工程造价与浆砌石滚水堰比要高；
（3）橡胶坝
优点：造价低，与同规模的常规闸相比一般可以节约投资30~70%；节省三材；施工期短，工期一般为3~6个月；抗震性能好；不阻水、止水效果好；能够在汛期塌坝过水，降低水面线；塌坝能够降低底高程，减少上游淤积。

缺点：坚固性较差和易老化；突然塌坝水流流速较大，下游冲刷严重；需要配套相应的动力设备，运行维护管理困难。

南岗河的跌水及拦水堰的问题，应该根据实际情况，河道的顺直程度、坡降大小，两岸地形情况等确定拦水堰的形式，尽可能兼顾水景观和防洪排沙，减少管理和清淤的负担；经过综合考虑，选择了倾斜式自动翻板闸。

5.倾斜式水力自动翻板闸
5.1翻板闸原理及构造
倾斜式水力自控翻板闸门是利用工程力学平衡原理，通过水力来达到自动控制的钢筋混凝土与金属结构相结合的新型闸门，它由门板、支腿、支墩、滾轮、连杆等部件组成，设计启门水位一般超过门顶15~20cm，也可根据用户要求定制。

当上游水位升高，超过启门水位，动水压力对支点力矩大于门重与摩阻力对支点力矩时，闸门自动开启(泄流)成一定倾角，并随闸前水位变化，直至倾角下动水压力对支点力矩等于门重对支点的力矩时，达到新的平衡；流量不变时，开启角度也不变。

当上游流量减少到一定程度，门重对支点的力矩大于动水压力与摩阻力对支点的力矩时，闸门自行回关到一定倾角，达到该流量下新的平衡。

该闸门完全依靠水力平衡作用，自动控制闸门的开启和关闭，闸前（库内）水位上升越高，闸门开启度越大；水位上升越快，闸门打开的速度就相应加快，直到闸门设计开启角度。

水位下降，闸门又随水位下降的相应速度关闭，直至水位降至小于设计启门水位全部关闭。

整个启闭过程不需任何外加机械动力、任何机械设备和人工操作，而是随着水位的升降而启闭，尤其对水位暴涨暴落、又没有洪水预报的河流上更显得管理方便，优越性更突出。

5.2倾斜式翻板闸特点
（1）自动控制。

保持设计正常水位（自动维持河流生态流量），保证发电水头和进水流量；泄流能力强，淹没损失少（在全开情况下门体全部淹没在水下，对河道阻水影响小）。

（2）解决了进水口冲砂问题。

闸门开启后泥沙从闸底冲走，避免泥沙进入水工建筑物。

（3）投资少。

翻板闸闸门投资少，仅为常规闸门的一半；
（4）施工简易，管理方便安全。

在施工和维护方面省事、省时、省力；施工工期短，无需设置电气管理房，维护保养方便。

总之，倾斜式水力自动翻板闸，是在旧式水力自动翻板闸基础上改进后的翻板闸。

旧式翻板闸门上过水时，门体易发生震动；闸门突然翻倒，门体与闸门支撑处均受到较大的冲击力。

而倾斜式翻板闸是经过水力计算和水工试验后，把闸门稍微向下游倾斜约10度，并在支墩、滚轮、连杆等部件作了缓冲改进，较好地解决了闸门突然翻倒水流对闸底板、支墩等造成冲击的问题。

倾斜式水力自控翻板闸门，既减少淹没损失，又提高了水头及调控能力，如对橡胶坝而言，即可节省水量，又不减少发电时间，切实增强经济效益。

6.工程布置
为防止闸基发生渗透破坏，以及翻板闸自动开启时产生一定的振动和冲击，确保闸门运
行安全稳定，基础及结构布置仍然是按水闸设计规范进行，设3孔5.3*1.3（宽*高，单位M）翻板闸门，闸室长为8M，上游设铺盖，下游设消力池（平面布置及纵剖面见下图）。

7.防洪问题
采用宽顶堰堰流公式计算，堰流流量系数取0.34，该处20年一遇洪水位为16.850M，距离堤顶高程18.60M仍有1.8M空间。

翻板闸运行了1年多，经受了2010年洪水的考验，未出现故障和损坏问题，上游段亦未出现洪水淹没灾害，至今运行良好。

8.排沙清淤
由于堰顶高程接近河床高程，当洪水到来致使闸门自动开启后，下泄洪水挟带泥沙涌向下游，从运行效果来看，该水景观段没有形成淤积形成河漫滩，极大地减轻了该河段清淤的工作量。

9.结论
在类似南岗河的山区性河流设置景观拦水建筑物，应优先选择倾斜式水力自动翻板闸。

在工程建设投资、防洪安全、冲沙排淤、景观水位高度、维护管理的配套设施简便等方面具有明显优势。

但水力自动翻板闸也有其致命的缺点，河流上漂流的各种杂物可能对闸门的开启造成障碍，导致洪水到来时闸门不能自动开启，所以在汛期，特别是台风暴雨来临之前，加强对翻板闸的日常巡视维护管理、及时清理闸门前后的有碍闸门开启的漂浮物，是非常必要的。

参考文献：（1）《水力自动闸门》水利电子出版社1987年8月
（2）《广州市南岗河整治工程初步设计报告》广州市水利水电勘测设计研究院2006年11月。