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摘 要：从前，平南县的防洪排涝闸几乎都是安装使用立轴自动拍门。由于立轴自动拍门不宜太宽大，所以闸孔不能太宽。平南县此类闸孔宽度最大为1.75m。这就遇到了一个新出现的问题：在涵闸排涝泄洪时，一些漂流在水中的长宽大垃圾物如何通过闸孔排出？又如何改建此类涵闸工程？本文以广西平南县的防洪排涝闸为例，通过综合的分析比较，谈谈在涵闸改建中该如何充分利用自动拍门在防洪排涝工作中的优势作用，尽量避免一些不必要的工程配置和人力物力等浪费现象。
关键词：自动拍门；漂流垃圾；混合闸门型式
中图分类号：TU992.25 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）17-0123-02
引 言
浔江横穿平南县中部。为防御浔江洪水，自1955年冬开始，平南县就在浔江及思旺河两岸兴建防洪堤闸工程，共建成有防洪堤长122.9km，其中有大型水闸1座、中型水闸7座、小型水闸178座，共有闸孔300多个。在初建闸时，闸孔都是安装使用立轴自动拍门。从前，由于很少会有漂流垃圾堵塞闸孔，所以这些涵闸工程排涝泄洪都较为顺畅。直至1990年代，有部分涵闸渐渐开始出现漂流垃圾堵塞闸孔现象，有时甚至会严重阻碍排涝泄洪，造成或加重了洪涝灾害。于是平南县开始计划对部分防洪排涝闸进行改建。目前已完成了一座大型水闸和一座中型水闸的改建工作，将原来的小孔型组合水闸改为由几个大孔构成的水闸，防洪排涝闸门也由原来的立轴自动拍门改为机电升降闸门。另外还有两个正在改建的小型涵闸，也是将原来的立轴自动拍门改为机电升降闸门。
就防洪排涝闸改建时选择闸孔闸门类型问题，笔者认为应该进行综合的分析比较，从全方位的角度去考虑。自动拍门和机电升降闸门都有着各自的优缺点。如何克服缺点，充分利用优点，更好地发挥工程效益，服务社会，这就是本文要探讨的话题。
1 自动拍门和机电升降闸门的运行机理
1.1 自动拍门
自动拍门通常有横轴转动和立轴转动两种，多是安装在闸孔出口外端。其运行原理就是利用水流自身的推动力实现自动开、关闸门，无需人力和其它动力参与。这是自动拍门非常显著的优点。横轴拍门安装在闸孔上方往下吊挂，门扇贴近闸孔口，转动方式为翻转。只要闸外有水流往闸内流动，水流的推动力就会将闸门推贴在闸孔口，封闭闸孔，形成关闸；当闸内水位高于闸外水位时，闸内水流往闸外流动的推动力会将闸门翻转成三角形开口排涝泄洪。翻转闸门的推拉力必须大于门扇重力在转动向的分力及门扇转动摩擦力之和，门扇开度越大所需的推拉力就越大。这对排涝泄洪、排漂流垃圾以及人员开闸进行检查维修等都不利。因此，平南县的涵闸工程很少使用横轴自动拍门。立轴转动拍门的重力支承在安装于孔口侧边的立轴上，闸门水平转动，平常时多呈与闸口交角小于90°的开门状态，只要推拉力大于闸门转动摩擦力，就可以推拉闸门转动实现开、关闸，并且闸门开度大小与推拉力大小无关系，所以开、关闸门都较为轻松，在开闸排涝泄洪、排漂流垃圾以及方便人员检查维修等方面都大大优于横轴拍门。但是，由于门扇重心偏离转轴，并且门扇越宽门越重偏心力臂越大，转动闸门时产生的摩擦力也越大。所以通常情况下立轴拍门不宜太宽大，以免产生的转动摩擦力大于水流对闸门的推动力，无法实现自动开、关闸门。这也是立轴拍门的主要缺点。目前平南县的防洪排涝闸安装使用的立轴自动拍门最大宽度为2.0m，在正常情况下，大都能在闸内水位高于闸外水位0～3cm范围内自动开闸排涝泄洪，在闸外洪水位高于闸内水位5cm左右自动关闸挡洪，无需人员和其它動力参与，可节省不少人力物力，并且能在开、关闸门的时间上把握得较为及时，让防洪排涝工程发挥出更大的效益。这充分展示了立轴自动拍门在防洪排涝工作中所特有的优势。
1.2 机电升降闸门
机电升降闸门是指用机电动力卷扬升降的闸门，闸门重量可从零至几十吨甚至更多。因此机电升降闸门和闸孔都可以比较宽大，即使有漂流垃圾也可以顺利排出。这就很好地解决了立轴自动拍门因闸孔窄容易堵塞垃圾阻碍排涝泄洪的问题。机电升降闸门的运行原理，就是水闸的运行操作人员根据水闸上、下游的水位变化情况，或根据实际需要，启动机电设备升（开）降（关）闸门。安装使用机电升降闸门得增加许多工程配置，如输送电力的线路或发电设备、机电卷扬升降设备、检修平台、设备用房和人员用房、上下游水位尺等，还必须要有人员留守观察上下游水位和操作机电设备。在工程建设投入方面以及在机电设备维修养护、运行管理人员编制等运行成本方面都要比使用自动拍门的大为增加。
2 漂流垃圾堵塞现象
漂流垃圾是指漂浮在水面上的和混在水流中的垃圾物，主要有生活垃圾、水生植物、竹木植物枝叶、簇团等。一般情况下，雨量越大漂流垃圾就越多，并且大都会汇聚在河水主流线上流动。在1990年前，人们的生活多是以竹木杂草作为燃料，而浔江冲积平原上这些柴草燃料又较为缺乏，所以，不管是在陆地上的还是水上的，只要是允许采拾的可作为燃料的物品，都会被人们争相采拾，极少会有竹木杂草物能漂流聚积到闸孔前。一些水生植物和生活垃圾往往容易被水流冲散排出。因此很少会有漂流垃圾堵塞闸孔阻碍排涝泄洪现象出现。直到1990年代开始，随着社会的发展变化，人们越来越少使用柴草作为燃料了，于是便出现了越来越多的竹木杂草随雨水流入河中漂流到闸前。由于涵闸的闸孔宽度有限，当一些长宽大的垃圾物无法从闸孔排出时就会堵塞聚积在闸孔前，继而又会进一步阻拦一些小垃圾物。这样越积越多，就会严重阻碍闸孔的排涝泄洪能力。致使涵闸需要改建。
3 涵闸改建方案探讨
从目前状况看，平南县内河流出现有明显漂流垃圾的主要是在几条较大的河道上，绝大部分建设在小河沟上的涵闸并没有出现明显的漂流垃圾堵塞现象。因此，在今后因各种原因需要改建涵闸时，对选择采用的防洪排涝闸门型式应该区别对待。
3.1 应尽量采用自动拍门型式 平南县的防洪排涝闸零散分布于平南县浔江及思旺河两岸，有不少涵闸还处在偏僻、边远或交通不便的地方。从上面的分析比较可以看出，自动拍门在防洪排涝工作中有着明显的优势作用。只要管护人员正常维护，在防洪排涝前加强巡查，发现有阻碍闸门运转的障碍物时及时清理，无需人员留守和操作，防洪排涝闸门也能自动开关，正常运转。这对那些处于偏僻、边远以及交通不便的涵闸尤为适用，对人员编制不充足的涵闸管护单位更是合适。目前，平南县的堤闸工程运行管护单位仅有40人编制（包括行政人员），除要管护122.9km防洪堤外，还要管护8座大中型水闸、178座小型涵闸。如果不是这些涵闸工程绝大部分安装使用立轴自动拍门，管护人员对绝大部分涵闸都是采用巡查式看管，这40人的编制是远不够用的。因此，对那些没有明显漂流垃圾堵塞的涵闸，在今后改建时，闸门型式还是应该尽量保持采用水力自动拍门。
3.2 建造混合闸门型式涵闸
对一些由于受到漂流垃圾堵塞的较大涵闸的改建，习惯上都是改为开设大闸孔安装使用机电升降闸门型式的水闸。此种做法固然可行，但在工程建设投入及运行成本方面都是比较高的。笔者认为，涵闸的改建方案还应该考虑到工程所在地的具体情况，以及涵闸运行管护单位的实际情况，要从全方位角度去分析考虑。根据平南县有几个出现漂流垃圾堵塞的較大涵闸目前还处在比较偏僻和边远地方、不便人员驻守的特点，以及涵闸运行管护单位人员还在不断缩编、管护人员明显不足的情况，笔者认为将这些涵闸改建为混合闸门型式的水闸更为合适。即新建涵闸只在河道河水主流线位置设置一个或二个安装使用机电升降闸门的大闸孔，其它位置仍建造使用立轴自动拍门的闸孔。大闸孔的宽度一般有4m左右足以排出漂流垃圾物，不必要建造过于宽大的闸孔，以尽量减轻闸门的重量以及动力功率配置；自动拍门闸孔的宽度可设在1.5m左右，闸孔的数量以其排涝泄洪能力接近涵闸的设计流量为宜。在涵闸运行使用过程中，一般情况下不开启机电升降闸门，尽量运行使用自动拍门闸孔。只有在巡查人员预测或发现河流有长宽大漂流垃圾物、或根据信息、预报涵闸需要排泄接近或大于设计流量的洪涝时，才进驻人员观察、判断，有需要时才开启机电升降闸门。通常情况下，打开大闸孔时，不但汇聚在河道主流线上的漂流垃圾会顺利排出，其它位置的零散漂流垃圾流近闸前也会被大闸孔更快速的出流拉力吸引过来排出，自动拍门闸孔出现漂流垃圾堵塞的可能性是很小的。这样的混合闸门型式涵闸不但可以解决漂流垃圾堵塞闸孔问题，也充分利用了自动拍门在防洪排涝工作中的优势作用。
4 结束语
混合闸门型式涵闸较好地克服了立轴自动拍门型涵闸和机电升降闸门型涵闸的缺点，充分利用了它们的优点。既节省了不少工程配置，也避免了许多不必要的人力物力等浪费现象。这尤其适用于类似平南县的防洪排涝闸工程的改建，值得研究和推广。
收稿日期：2018-5-9
作者简介：江志军（1962-），男，工程师，本科，主要从事防洪堤闸工程建设和维护技术管理方面的工作。
关键词：自动拍门；漂流垃圾；混合闸门型式
中图分类号：TU992.25 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）17-0123-02
引 言
浔江横穿平南县中部。为防御浔江洪水，自1955年冬开始，平南县就在浔江及思旺河两岸兴建防洪堤闸工程，共建成有防洪堤长122.9km，其中有大型水闸1座、中型水闸7座、小型水闸178座，共有闸孔300多个。在初建闸时，闸孔都是安装使用立轴自动拍门。从前，由于很少会有漂流垃圾堵塞闸孔，所以这些涵闸工程排涝泄洪都较为顺畅。直至1990年代，有部分涵闸渐渐开始出现漂流垃圾堵塞闸孔现象，有时甚至会严重阻碍排涝泄洪，造成或加重了洪涝灾害。于是平南县开始计划对部分防洪排涝闸进行改建。目前已完成了一座大型水闸和一座中型水闸的改建工作，将原来的小孔型组合水闸改为由几个大孔构成的水闸，防洪排涝闸门也由原来的立轴自动拍门改为机电升降闸门。另外还有两个正在改建的小型涵闸，也是将原来的立轴自动拍门改为机电升降闸门。
就防洪排涝闸改建时选择闸孔闸门类型问题，笔者认为应该进行综合的分析比较，从全方位的角度去考虑。自动拍门和机电升降闸门都有着各自的优缺点。如何克服缺点，充分利用优点，更好地发挥工程效益，服务社会，这就是本文要探讨的话题。
1 自动拍门和机电升降闸门的运行机理
1.1 自动拍门
自动拍门通常有横轴转动和立轴转动两种，多是安装在闸孔出口外端。其运行原理就是利用水流自身的推动力实现自动开、关闸门，无需人力和其它动力参与。这是自动拍门非常显著的优点。横轴拍门安装在闸孔上方往下吊挂，门扇贴近闸孔口，转动方式为翻转。只要闸外有水流往闸内流动，水流的推动力就会将闸门推贴在闸孔口，封闭闸孔，形成关闸；当闸内水位高于闸外水位时，闸内水流往闸外流动的推动力会将闸门翻转成三角形开口排涝泄洪。翻转闸门的推拉力必须大于门扇重力在转动向的分力及门扇转动摩擦力之和，门扇开度越大所需的推拉力就越大。这对排涝泄洪、排漂流垃圾以及人员开闸进行检查维修等都不利。因此，平南县的涵闸工程很少使用横轴自动拍门。立轴转动拍门的重力支承在安装于孔口侧边的立轴上，闸门水平转动，平常时多呈与闸口交角小于90°的开门状态，只要推拉力大于闸门转动摩擦力，就可以推拉闸门转动实现开、关闸，并且闸门开度大小与推拉力大小无关系，所以开、关闸门都较为轻松，在开闸排涝泄洪、排漂流垃圾以及方便人员检查维修等方面都大大优于横轴拍门。但是，由于门扇重心偏离转轴，并且门扇越宽门越重偏心力臂越大，转动闸门时产生的摩擦力也越大。所以通常情况下立轴拍门不宜太宽大，以免产生的转动摩擦力大于水流对闸门的推动力，无法实现自动开、关闸门。这也是立轴拍门的主要缺点。目前平南县的防洪排涝闸安装使用的立轴自动拍门最大宽度为2.0m，在正常情况下，大都能在闸内水位高于闸外水位0～3cm范围内自动开闸排涝泄洪，在闸外洪水位高于闸内水位5cm左右自动关闸挡洪，无需人员和其它動力参与，可节省不少人力物力，并且能在开、关闸门的时间上把握得较为及时，让防洪排涝工程发挥出更大的效益。这充分展示了立轴自动拍门在防洪排涝工作中所特有的优势。
1.2 机电升降闸门
机电升降闸门是指用机电动力卷扬升降的闸门，闸门重量可从零至几十吨甚至更多。因此机电升降闸门和闸孔都可以比较宽大，即使有漂流垃圾也可以顺利排出。这就很好地解决了立轴自动拍门因闸孔窄容易堵塞垃圾阻碍排涝泄洪的问题。机电升降闸门的运行原理，就是水闸的运行操作人员根据水闸上、下游的水位变化情况，或根据实际需要，启动机电设备升（开）降（关）闸门。安装使用机电升降闸门得增加许多工程配置，如输送电力的线路或发电设备、机电卷扬升降设备、检修平台、设备用房和人员用房、上下游水位尺等，还必须要有人员留守观察上下游水位和操作机电设备。在工程建设投入方面以及在机电设备维修养护、运行管理人员编制等运行成本方面都要比使用自动拍门的大为增加。
2 漂流垃圾堵塞现象
漂流垃圾是指漂浮在水面上的和混在水流中的垃圾物，主要有生活垃圾、水生植物、竹木植物枝叶、簇团等。一般情况下，雨量越大漂流垃圾就越多，并且大都会汇聚在河水主流线上流动。在1990年前，人们的生活多是以竹木杂草作为燃料，而浔江冲积平原上这些柴草燃料又较为缺乏，所以，不管是在陆地上的还是水上的，只要是允许采拾的可作为燃料的物品，都会被人们争相采拾，极少会有竹木杂草物能漂流聚积到闸孔前。一些水生植物和生活垃圾往往容易被水流冲散排出。因此很少会有漂流垃圾堵塞闸孔阻碍排涝泄洪现象出现。直到1990年代开始，随着社会的发展变化，人们越来越少使用柴草作为燃料了，于是便出现了越来越多的竹木杂草随雨水流入河中漂流到闸前。由于涵闸的闸孔宽度有限，当一些长宽大的垃圾物无法从闸孔排出时就会堵塞聚积在闸孔前，继而又会进一步阻拦一些小垃圾物。这样越积越多，就会严重阻碍闸孔的排涝泄洪能力。致使涵闸需要改建。
3 涵闸改建方案探讨
从目前状况看，平南县内河流出现有明显漂流垃圾的主要是在几条较大的河道上，绝大部分建设在小河沟上的涵闸并没有出现明显的漂流垃圾堵塞现象。因此，在今后因各种原因需要改建涵闸时，对选择采用的防洪排涝闸门型式应该区别对待。
3.1 应尽量采用自动拍门型式 平南县的防洪排涝闸零散分布于平南县浔江及思旺河两岸，有不少涵闸还处在偏僻、边远或交通不便的地方。从上面的分析比较可以看出，自动拍门在防洪排涝工作中有着明显的优势作用。只要管护人员正常维护，在防洪排涝前加强巡查，发现有阻碍闸门运转的障碍物时及时清理，无需人员留守和操作，防洪排涝闸门也能自动开关，正常运转。这对那些处于偏僻、边远以及交通不便的涵闸尤为适用，对人员编制不充足的涵闸管护单位更是合适。目前，平南县的堤闸工程运行管护单位仅有40人编制（包括行政人员），除要管护122.9km防洪堤外，还要管护8座大中型水闸、178座小型涵闸。如果不是这些涵闸工程绝大部分安装使用立轴自动拍门，管护人员对绝大部分涵闸都是采用巡查式看管，这40人的编制是远不够用的。因此，对那些没有明显漂流垃圾堵塞的涵闸，在今后改建时，闸门型式还是应该尽量保持采用水力自动拍门。
3.2 建造混合闸门型式涵闸
对一些由于受到漂流垃圾堵塞的较大涵闸的改建，习惯上都是改为开设大闸孔安装使用机电升降闸门型式的水闸。此种做法固然可行，但在工程建设投入及运行成本方面都是比较高的。笔者认为，涵闸的改建方案还应该考虑到工程所在地的具体情况，以及涵闸运行管护单位的实际情况，要从全方位角度去分析考虑。根据平南县有几个出现漂流垃圾堵塞的較大涵闸目前还处在比较偏僻和边远地方、不便人员驻守的特点，以及涵闸运行管护单位人员还在不断缩编、管护人员明显不足的情况，笔者认为将这些涵闸改建为混合闸门型式的水闸更为合适。即新建涵闸只在河道河水主流线位置设置一个或二个安装使用机电升降闸门的大闸孔，其它位置仍建造使用立轴自动拍门的闸孔。大闸孔的宽度一般有4m左右足以排出漂流垃圾物，不必要建造过于宽大的闸孔，以尽量减轻闸门的重量以及动力功率配置；自动拍门闸孔的宽度可设在1.5m左右，闸孔的数量以其排涝泄洪能力接近涵闸的设计流量为宜。在涵闸运行使用过程中，一般情况下不开启机电升降闸门，尽量运行使用自动拍门闸孔。只有在巡查人员预测或发现河流有长宽大漂流垃圾物、或根据信息、预报涵闸需要排泄接近或大于设计流量的洪涝时，才进驻人员观察、判断，有需要时才开启机电升降闸门。通常情况下，打开大闸孔时，不但汇聚在河道主流线上的漂流垃圾会顺利排出，其它位置的零散漂流垃圾流近闸前也会被大闸孔更快速的出流拉力吸引过来排出，自动拍门闸孔出现漂流垃圾堵塞的可能性是很小的。这样的混合闸门型式涵闸不但可以解决漂流垃圾堵塞闸孔问题，也充分利用了自动拍门在防洪排涝工作中的优势作用。
4 结束语
混合闸门型式涵闸较好地克服了立轴自动拍门型涵闸和机电升降闸门型涵闸的缺点，充分利用了它们的优点。既节省了不少工程配置，也避免了许多不必要的人力物力等浪费现象。这尤其适用于类似平南县的防洪排涝闸工程的改建，值得研究和推广。
收稿日期：2018-5-9
作者简介：江志军（1962-），男，工程师，本科，主要从事防洪堤闸工程建设和维护技术管理方面的工作。