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熊阱坝精选

已有 6005 次阅读 2009-9-18 19:43 |个人分类:坝工|系统分类:科研笔记| 活动坝, 熊阱, 熊阱坝

熊阱坝

朱诗鳌

1．概说

水坝按坝体能否活动可分为固定坝和活动坝。现在人们说到水坝多指固定坝。实际上很久以前就有了活动坝，特别是17世纪后，活动坝在世界上用得很普遍。只是到20世纪后，由于高坝大库不断出现，人们谈到活动坝的机会相对就少了，连高校的《水工建筑物》教材也很少提及，更不要说像过去有些坝工专著设专章或专节论述了。然而，活动坝现在仍在继续发展，在水利工程中仍在发挥作用。

活动坝是一种低水头坝，多用来改善河道的通航条件，有时也用以引水与发电。特别对于洪水期流量大、流冰多，而枯水期流量小且稳定的中等河流，采用活动坝则更为经济。

过去人们在建造活动坝方面，创造过许许多多巧妙的结构形式，显示了水工人员高超的技术和智慧。

活动坝中很重要的一种坝型是熊阱坝（bear trap dam），本文简要加以介绍。

这里先说说“熊阱坝”这一匪夷所思的名称。

大家知道，“熊阱”是狩猎人为捕熊设的陷阱，与活动坝本是风马牛不相及的，为何两者竟然会联系在一起呢？

这要追溯到1818年。

图1 怀特像图2 哈泽德像

（引自switchbackgravityrr.org）（引自switchbackgravityrr.org）

这一年，美国费城商人怀特(J.White)和莱赫(Lehigh)航运公司的经理哈泽德(E.Hazard)( 见图1和图2)，开始了一项改造莱赫河的计划，以便将无烟煤运往市场。起初只打算建一些丁坝，但不能满足他们对航道的要求，即水面宽要达到7.6m, 水深0.46m。于是他们便寻求其他的增加水深的办法, 决定在河道中建造一种活动坝。怀特用了几周的时间设计出了一种结构巧妙的活动坝。开始时, 他按照自己的设计在茅其丘克(Mauch Chunk)小河上试建。施工开始时在开挖地基的过程中, 不少好奇的人来参观, 并不厌其烦地问:怀特究竟想要建造什么。雇来的施工人员为了回避参观者带来的这些麻烦, 便搪塞他们, 说那是挖的“熊阱”。该活动坝建成后, 大家也就给它取了“熊阱坝”这一名称，而且一直使用。

到1819年，在莱赫河上便建造了12座熊阱坝，而且很成功。此后，熊阱坝又应用于美国宾夕法尼亚州和加拿大的一些运送木材的水道上。

2．熊阱坝的基本结构与工作原理

现结合图3所示的熊阱坝说明其基本结构与工作原理。

图3 Davis Island 熊阱坝

熊阱坝的启闭不像其他活动坝要用机械设备, 而是完全利用河道水流的水力进行启闭, 这可谓熊阱坝的一大特点。

熊阱坝是由两个可以绕轴转动的闸板组成，这两个活动闸板与其下的底板及两侧的边墙构成一个封闭的闸室。两闸板接触处采用滑轮装置。另外，还设有上下游两条输水管。上游输水管的进口设在上游河道，出口在闸室，可将河水输入至闸室; 下游输水管的进口在闸室内, 出口在下游河道，可将闸室的水泄至下游河道。两条输水管都设有阀门。

当坝要上升拦水时，就打开上游输水管的阀门，同时关闭下游输水管的阀门，河水便被输入到闸室，闸室充水，闸板受到闸室水压力作用便上升，河道水位也因闸板上升随之抬高。随着水位的抬高，闸室水压力也相应增大，闸板继续上升，直至拟定的高度为止。

当要泄放库水时，则关闭上游输水管的阀门，打开下游输水管的阀门，闸室水便泄至下游，闸板下降，闸室放空，最后，上游闸板便搁在下游闸板上。

3．熊阱坝集锦

熊阱坝问世迄今已有190年的历史。它因技术上的魅力在坝工历史上占有重要地位。许多坝工专家与工程师为之作过深入的探讨，并改进和创造过许多巧妙的结构，还解决过若干技术难题，如初始水头值问题等。图4是一些典型的熊阱坝结构图。