国产气盾坝在渭河水生态治理工程中的应用分析
李保华
安徽水利开发有限公司 安徽蚌埠 233000
[摘 要] 这些年，水利部将气盾坝作为创新坝型推出。渭河是一条多泥沙的漂流，对其水沙特点，重点技术开展分析，在渭河干流上首次使用该坝型。同时研究国产气盾坝合适性，并研究国产气盾坝的合适性，对其生态治理采用气盾坝特殊技术、合理性提出需求，将气盾坝优势充分发挥。可以说这是在多泥沙河流中第一次成功设计且大规模的国产气盾坝，就国内首例。文章对国内在渭河多泥沙河流上的设计开展分析，为国产气盾坝未来的发挥提供更多参考。
[关键词] 国产气盾坝；渭河水生态治理；应用
1 渭河水沙特性及重点技术问题
渭河属于黄河的第一大支流，该工程在渭河的中游末处。这里的河道比较宽（530-940m，0．65‰比降），但水流较浅，有着平坦的河床（其质为Q42al细砂）。在工程区的河段，渭河多年平均测其径流量为30．191亿m3，百年一遇的洪峰流量设计成为9170m3/s，坝址多年的平均输沙的总量高达12481万t，属于多泥沙的河流。渭河泥沙其汛期于每年的6-10月，输沙量约为全年93%，多年以来，其平均的含沙量以及最大含沙量分别为28．6kg/m3、729kg/m3。
2 气盾坝适宜性研究
2.1 气盾坝优势
一是与橡胶坝相比，气囊的体积比较小，充排气时间短，可实现快速、及时塌坝，时间通常在十分钟左右，少于渭河洪水进入至工程区域的时间。保证在汛期时可快速、安全的塌坝，让河道可更安全、可靠。且气囊在盾板后，行洪塌坝时，河内的漂浮物、泥沙会越板而入，故支撑起其系统不会受到水流中的冲击、影响，确保气囊安全使用，增长使用的年限[1]。
二是快速塌坝。解决水泥沙下泄、主河槽蓄水之问题。依据水情，当泥沙由上游而来时会以极快的速度将蓄水区泄空，让泥沙可更安全的下泄。而当大水走了之后，蓄水由可快速恢复。
三是运行机制为汛期视洪水泥沙下泄、非汛期立坝蓄水，选择蓄水方式。就算这样，也无法避免蓄水区的淤积。正因短时内气盾坝可快速塌坝。在此过程中，增加了水流带沙的能力，设计时利用这点可对蓄水区泥沙大力做好排沙的工作，解决淤积的问题[2]。
2.2 气盾坝劣势
一是钢板后气囊压力不同时，钢板间密封止水受拉，在经过了多年的运行之后，容易出现漏水的情况。
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二是由于多泥沙性，盾板会不断受到冲极、磨损，对于防锈、防腐技术要求非常高。
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第三，在选择空压机、气囊设计时，考虑在挡水时，盾板会由于上游而来的淤泥形成一定的压力。塌平后，盾板上有可能形成泥沙淤积层对于立坝充气压力有一定的影响。
四是无国家标准、规范可寻。
3 渭河气盾坝的特殊技术要求
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第一，对钢盾厚度设计时，要考虑其汛期推移质对于钢板冲动问题。上游泥沙堆积后，压力不断增加，故对钢板强度有一定要求。
（1）坝体结构布置。渭河气盾坝坝底板高程按坝址处河床平均高程控制，总坝长为300m，坝高为4．0m，分4个坝段，各坝段之间设置中墩，自左岸向右岸分别为1#-4#坝段，各坝段长度根据挡水盾板分块长度的要求确定，各坝段长度分别为84m、84m、66m、62．4m，中墩宽度 1．2m。
三是投入成本大。
4 气盾坝应用设计
4.1 坝体设计
第二，在制作钢板时，一定要考虑泥沙可能对于钢板的磨损问题，加强防锈、防腐蚀的工作。
（2）挡水盾板及气囊设计。1#、2#坝段长度均为84m，挡水盾板每块宽度为6m，各布置14块挡水盾板及充气气囊；3#坝段长66m，挡水盾板每块宽度为6m，布置11块挡水盾板及充气气囊；4#坝段长62．4m，挡水盾板每块宽度为6．24m，布置10块挡水盾板及充气气囊，4个坝段共布置挡水盾板及充气气囊49块。在每个坝段，各挡水盾板之间采用橡胶止水带进行止水，止水带用螺栓固定在两侧盾板上[3]。
4.2 充排气管路布置
渭河左岸堤防外侧布置空压控制站，对气盾坝进行充气排气控制。控制室内布置两套充气设备，其中1#、2#坝段采用一套充气设备，3#、4#坝段采用一套充气设备进行控制，每两个气囊采用一根充气管道进行充气控制，如：1#、2#坝段盾板均为14块，各布置7根充气管道，充排气管采用DN50PPR管道。充排气管道埋置于坝底板内，靠近底板下游侧。左岸边墙外布置一座竖井，坝底板内充排气管道先接至竖井，管道经过竖井再接至控制室。
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4.3 充排气设施及控制室
渭河气盾坝规模大，设计采用两套充排气设施，充气设备为罗茨风机和自动螺杆空压机，气囊充气时，首先采用罗茨风机充气，当气囊内压力达到80kPa后，罗茨风机自动关闭，采用螺杆空压机升压，达到气囊工作压力。
罗茨风机和自动螺杆空压机等设备布置在控制房内，两套设备并排布置，从储气罐内分为多个支管，然后再接至坝底板内的充排气管，对气囊进行控制，在各支管上均需安装气压表，以便对气囊内压力进行测量，便于自动化管理控制。
参考文献：
[1]池丽敏，胡峥嵘，苏琴．气盾坝在长治市黑水河治理工程中的应用 [J]．城市道桥与防洪 ，2016(10)：96-97+13．
[2]马勇．气盾坝综合自动化系统设计探讨[J]．河南水利与南水北调 ，2015(04)：36-37．
[3]高为民，洪志强，李玲，等．气盾坝在小水电站建设上的应用 [J]．中国橡胶 ，2017，33(02)：43-45．
[中图分类号] F205
[文献标识码] A
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