[科普中國]-充氣橡皮壩

充氣橡皮壩（英語：Inflatable rubber dam）是一種用于阻擋河川水流的水利工程構(gòu)造物。又簡稱為橡皮壩。充氣橡皮壩顧名思義便是在河道上安裝一種當(dāng)充氣時便會鼓起阻擋水流的橡皮制水閘門，而當(dāng)橡皮壩消氣時，水流便會直接通過橡皮壩上方，并不會對河道產(chǎn)生阻礙。其主要用于灌溉、蓄水與防洪排水等用途。

簡介充氣橡皮壩（英語：Inflatable rubber dam）是一種用于阻擋河川水流的水利工程構(gòu)造物。又簡稱為橡皮壩。充氣橡皮壩顧名思義便是在河道上安裝一種當(dāng)充氣時便會鼓起阻擋水流的橡皮制水閘門，而當(dāng)橡皮壩消氣時，水流便會直接通過橡皮壩上方，并不會對河道產(chǎn)生阻礙。其主要用于灌溉、蓄水與防洪排水等用途。1

研發(fā)充氣橡皮壩最初于1956年時在美國研發(fā)出，并且，世界上第一座成功商業(yè)化安裝的充氣橡皮壩是1957年在美國洛杉磯河所安裝的充氣橡皮壩。這座充氣橡皮壩是由杜邦公司提供材料以及燧石公司進行施工后，共同研發(fā)并安裝完成啟用，當(dāng)時這座充氣橡皮壩的壩高1.52米、橡皮壩長6.1米、橡膠外皮厚3毫米、強度為90KN/m。

在第一座充氣橡皮壩成功商業(yè)應(yīng)用后，世界各國紛紛開始投入橡皮壩的設(shè)計與研發(fā)，其中，橡皮壩始祖的美國，對橡皮壩進行過有系統(tǒng)的試驗研究和理論計算，英國的沃林弗德水力學(xué)研究室，也對橡皮壩做過水工模型來進行試驗以及理論研究，爾后更提出充氣橡皮壩在靜水壓力和動水壓力下的理論形狀，把橡皮壩的計算形狀和穩(wěn)定性與模型試驗結(jié)果進行了對比。前蘇聯(lián)方面，也對橡皮壩進行了試驗研究，并于1966年完成了前蘇聯(lián)國內(nèi)的第一座充氣橡皮壩。

近10年來，美國與澳大利亞等國家對充氣橡皮壩進行了更進一步的試驗研究。譬如，維吉尼亞州的綜合研究院與州立大學(xué)，便針對充氣橡皮壩的自由振動、三維振動、非線性振動以及壩頂溢流等方面進行了試驗研究，并采用了有限元的方式對充氣橡皮壩的充氣外皮形狀進行分析。澳大利亞的昆士蘭大學(xué)土木工程系也針對充氣橡皮壩的減振裝置，如在橡膠外皮上加設(shè)挑流鰓以減輕橡膠壩袋的振動進行了實驗以及理論計算。

目前，日本是全球針對充氣橡皮壩研發(fā)速度最快的國家，至今日本國內(nèi)已有超過3,000多座的充氣橡皮壩投入商業(yè)應(yīng)用中。而日本的充氣橡皮壩，在制造與研發(fā)方面，大多由國內(nèi)的幾家廠商壟斷，其原因在于，日本的橡膠工業(yè)發(fā)達，并且這些廠商于充氣橡皮壩正式推出的早期，便看準(zhǔn)了充氣橡皮壩所帶來的經(jīng)濟與技術(shù)效益。

日本國內(nèi)目前以住友和普利司通兩家橡膠制品廠商在充氣橡皮壩的研發(fā)與制造上最具代表性，光是住友公司2005年便向美國出口了高達700多座的充氣橡皮壩產(chǎn)品。因此在充氣橡皮壩的高度建設(shè)方面，日本也囊括了目前世界上最高的充氣橡皮壩，該座充氣橡皮壩便是普利司通公司為荷蘭興建的藍帕爾橡皮壩。這座充氣橡皮壩的壩高有8米，其內(nèi)部注入物為水與空氣雙用，整座充氣橡皮壩共分有三個壩袋橫跨于河道上，使年限有25年。1

構(gòu)造充氣橡皮壩的結(jié)構(gòu)是透過錦綸或是維納綸布等材料作為受力骨架，這種材料具有靈活可變形以及良好的耐磨性等特點。外皮部分則是利用氯丁橡膠來作保護層，以產(chǎn)生膠合及密封的作用。部分充氣橡皮壩的外皮材質(zhì)中，還會嵌入不銹鋼網(wǎng)或是陶瓷芯片在外皮結(jié)構(gòu)中，以減少河水所夾帶的尖銳砂石、樹枝刺破，并也可防止有心人士將其劃破。

充氣橡皮壩的內(nèi)部通常會以空氣、水或者兩者皆用作為注入物。然而，目前趨勢是以空氣注入較為廣泛采用，由于注入空氣比水在注入時間上，充氣以及泄氣來得更快，并且，當(dāng)充氣橡皮壩安裝于低溫環(huán)境下時，注入空氣能夠防止注入水發(fā)生凍結(jié)的現(xiàn)象。1

優(yōu)點充氣橡皮壩優(yōu)點在于，建造成本相較于混凝土結(jié)構(gòu)的水壩來的更低，并且具有非永久性阻擋水流、不漏水、抗震性能強、對基地要求低及施工期間短等等的優(yōu)點，并且，充氣橡皮壩能在洪水期間自動倒伏渲泄洪水，防止攔河堰上游水位過高，形成洪水泛濫的狀況。1

缺點充氣橡皮壩的缺點在于，由于其外皮是由橡膠組成，因此容易受到河川所夾帶的砂石以及樹枝劃破及磨損，因此，充氣橡皮壩的使用壽限相較于一般的混凝土結(jié)構(gòu)攔河堰來的更短。1

適用環(huán)境充氣橡皮壩因為它的特殊材質(zhì)特性，因此并非所有的河川環(huán)境下，皆能夠安裝使用。因應(yīng)充氣橡皮壩的特點安裝地點必須考量到地形、地質(zhì)、水流量、含沙量以及環(huán)境影響等等的因素。并且，基于壩袋的特性，安裝地點應(yīng)選擇在河道水流相對平順，以及河床邊坡穩(wěn)定的河段。如此一來，不僅能夠避免發(fā)生波狀水躍、折沖水流等狀況，也能夠防止有害的沖刷和淤積造成橡皮壩受損，進而降低壩袋的震動與磨損，增加橡皮壩的使用年限。

一般狀況下，如果充氣橡皮壩安裝的河道如果剛好是河道的轉(zhuǎn)彎處，因水流不平穩(wěn)，因此會碰到橡皮壩壩袋震動的狀況，這使得壩袋摩擦壩底的狀況加劇，影響橡皮壩的使用年限。而如果安裝地點是在河床與岸坡不穩(wěn)定的環(huán)境下，同樣會增加橡皮壩安裝后的維護成本。因此，在選擇安裝地點時，必須選定在河道上下游均有一定長度的水流平直段。同時，也要充分的考慮到河床或河岸的地理特點，以及安裝后是否會對環(huán)境造成影響。1

實例臺灣高屏溪攔河堰- 臺灣第一座自制充氣橡皮壩。

羅東攔河堰

玉峰堰

荷蘭藍帕爾橡皮壩- 歐洲最大的充氣橡皮壩，也是全球最高的橡皮壩。

美國亞當(dāng)·T·鮑爾紀(jì)念壩- 全球最長的充氣橡皮壩。1

參見水壩

水利工程

水壩的環(huán)境影響

攔河堰

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

周敏 - 副教授 - 西南大學(xué)