充气橡皮坝
充气橡皮坝（英语：Inflatable rubber dam）是一种用于阻挡河川水流的水利工程构造物[1]。又简称为橡皮坝[1]。充气橡皮坝顾名思义便是在河道上安装一种当充气时便会鼓起阻挡水流的橡皮制水闸门，而当橡皮坝消气时，水流便会直接通过橡皮坝上方，并不会对河道产生阻碍[1]。其主要用于灌溉、蓄水与防洪排水等用途[2][3]。
研发[编辑]
充气橡皮坝最初于1956年时在美国研发出，并且，世界上第一座成功商业化安装的充气橡皮坝是1957年在美国洛杉矶河所安装的充气橡皮坝[4][2]。这座充气橡皮坝是由杜邦公司提供材料以及燧石公司进行施工后，共同研发并安装完成启用，当时这座充气橡皮坝的坝高1.52米、橡皮坝长6.1米、橡胶外皮厚3毫米、强度为90KN/m[4]。
在第一座充气橡皮坝成功商业应用后，世界各国纷纷开始投入橡皮坝的设计与研发，其中，橡皮坝始祖的美国，对橡皮坝进行过有系统的试验研究和理论计算，英国的沃林弗德水力学研究室，也对橡皮坝做过水工模型来进行试验以及理论研究，尔后更提出充气橡皮坝在静水压力和动水压力下的理论形状，把橡皮坝的计算形状和稳定性与模型试验结果进行了对比[4]。前苏联方面，也对橡皮坝进行了试验研究，并于1966年完成了前苏联国内的第一座充气橡皮坝[4]。
近10年来，美国与澳大利亚等国家对充气橡皮坝进行了更进一步的试验研究[4]。譬如，维吉尼亚州的综合研究院与州立大学，便针对充气橡皮坝的自由振动、三维振动、非线性振动以及坝顶溢流等方面进行了试验研究，并采用了有限元的方式对充气橡皮坝的充气外皮形状进行分析。澳大利亚的昆士兰大学土木工程系也针对充气橡皮坝的减振装置，如在橡胶外皮上加设挑流鳃以减轻橡胶坝袋的振动进行了实验以及理论计算[4]。
目前，日本是全球针对充气橡皮坝研发速度最快的国家，至今日本国内已有超过3,000多座的充气橡皮坝投入商业应用中[4]。而日本的充气橡皮坝，在制造与研发方面，大多由国内的几家厂商垄断，其原因在于，日本的橡胶工业发达，并且这些厂商于充气橡皮坝正式推出的早期，便看准了充气橡皮坝所带来的经济与技术效益[4]。
日本国内目前以住友和普利司通两家橡胶制品厂商在充气橡皮坝的研发与制造上最具代表性，光是住友公司2005年便向美国出口了高达700多座的充气橡皮坝产品[4]。因此在充气橡皮坝的高度建设方面，日本也囊括了目前世界上最高的充气橡皮坝，该座充气橡皮坝便是普利司通公司为荷兰兴建的蓝帕尔橡皮坝[4]。这座充气橡皮坝的坝高有8米，其内部注入物为水与空气双用，整座充气橡皮坝共分有三个坝袋横跨于河道上，使年限有25年[4]。
构造[编辑]
充气橡皮坝的结构是透过锦纶或是维纳纶布等材料作为受力骨架，这种材料具有灵活可变形以及良好的耐磨性等特点[1]。外皮部分则是利用氯丁橡胶来作保护层，以产生胶合及密封的作用。部分充气橡皮坝的外皮材质中，还会嵌入不锈钢网或是陶瓷芯片在外皮结构中，以减少河水所夹带的尖锐砂石、树枝刺破，并也可防止有心人士将其划破[1]。
充气橡皮坝的内部通常会以空气、水或者两者皆用作为注入物。然而，目前趋势是以空气注入较为广泛采用，由于注入空气比水在注入时间上，充气以及泄气来得更快，并且，当充气橡皮坝安装于低温环境下时，注入空气能够防止注入水发生冻结的现象[4]。
优点[编辑]
充气橡皮坝优点在于，建造成本相较于混凝土结构的水坝来的更低，并且具有非永久性阻挡水流、不漏水、抗震性能强、对基地要求低及施工期间短等等的优点，并且，充气橡皮坝能在洪水期间自动倒伏渲泄洪水，防止拦河堰上游水位过高，形成洪水泛滥的状况[1][3]。
缺点[编辑]
充气橡皮坝的缺点在于，由于其外皮是由橡胶组成，因此容易受到河川所夹带的砂石划破及磨损，因此，充气橡皮坝的使用寿限相较于一般的混凝土结构拦河堰来的更短[1][3]。
适用环境[编辑]
充气橡皮坝因为它的特殊材质特性，因此并非所有的河川环境下，皆能够安装使用。因应充气橡皮坝的特点安装地点必须考量到地形、地质、水流量、含沙量以及环境影响等等的因素。并且，基于坝袋的特性，安装地点应选择在河道水流相对平顺，以及河床边坡稳定的河段[4]。如此一来，不仅能够避免发生波状水跃、折冲水流等状况，也能够防止有害的冲刷和淤积造成橡皮坝受损，进而降低坝袋的震动与磨损，增加橡皮坝的使用年限[4]。
一般状况下，如果充气橡皮坝安装的河道如果刚好是河道的转弯处，因水流不平稳，因此会碰到橡皮坝坝袋震动的状况，这使得坝袋摩擦坝底的状况加剧，影响橡皮坝的使用年限[4]。而如果安装地点是在河床与岸坡不稳定的环境下，同样会增加橡皮坝安装后的维护成本[4]。因此，在选择安装地点时，必须选定在河道上下游均有一定长度的水流平直段[4]。同时，也要充分的考虑到河床或河岸的地理特点，以及安装后是否会对环境造成影响[4]。
实例[编辑]
中国[编辑]
- 小埠东橡胶坝 - 全世界最长的橡胶坝[5]
台湾[编辑]
荷兰[编辑]
美国[编辑]
参见[编辑]
资料来源[编辑]
- ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 臺灣首座自製的橡皮壩攔河堰？. 经济部水利署. 2015-09-15 [2016-06-26]. （原始内容存档于2016-03-05） （中文（台湾））.
- ^ 2.0 2.1 倒伏堰施工品質面面觀 (PDF). 黎明工程顾问股份有限公司. 2007 [2016-06-26]. （原始内容存档 (PDF)于2011-08-12） （中文（台湾））.
- ^ 3.0 3.1 3.2 橡皮壩的基本功能. 鸿华化学工业股份有限公司. [2016-06-26]. （原始内容存档于2019-09-03） （中文（台湾））.
- ^ 4.00 4.01 4.02 4.03 4.04 4.05 4.06 4.07 4.08 4.09 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16 4.17 4.18 吴国镇. 自動倒伏堰(橡皮壩)規劃設計 (PDF). 行政院农业委员会. 2007 [2016-06-26]. （原始内容存档 (PDF)于2019-09-17） （中文（台湾））.
- ^ Longest rubber dam. Guinness World Records. [2020-08-07]. （原始内容存档于2015-06-25）.
- ^ Adam T. Bower Dam. [2016-06-26]. （原始内容存档于2005-08-24）.