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走近南京城防汛“守护神” 两院士成就武定门水利枢纽科技与美学

2023-06-16   南报网   阅读量:500

    南京日报/紫金山新闻记者 王峰

    梅雨季节即将来临,防汛成为重中之重。作为南京重要的“守护神”,武定门节制闸一直发挥着极其重要的作用。从获得“江苏最美水地标”称号,到成功入选江苏省首批省级水利遗产名录,再到日前建筑大师杨廷宝的指导设计图现身,历经60多年沧桑的武定门节制闸,正以其独特的方式讲述着与金陵城的深厚渊源。

    一闸两用

    曾是南京最大的水利建设工程

    南京依水而建,因水而发展,密布的水网给古城增添了灵气,同时也让这座城市面临着水灾的严峻考验,相关记录见诸南京历代方志史籍。

    南京大学文化与自然遗产研究所研究部主任干有成以南京历史文化、水文化、海洋文化为主要研究方向。他说,依赖于长江,南京水利系统在城区河道水系中设立了三汊河口闸、南河闸、莲花闸、武定门节制闸、天生桥套闸、秦淮新河闸等“六闸联动”体系,调取长江水灌注城区水系河道,有效地调节和控制了城区河道水位。

    这些水闸根据其所承担的不同功能,又分为进水闸、排水闸、分水闸、挡潮闸、节制闸等。其中,武定门节制闸属于一闸两用,除了承担“节制”主业,还发挥着挡潮闸的作用,以应对潮汛。水无常形,有时因势利导,有时逆势而为。节制闸即用于控制过闸流量、调节闸前水位。“汛期,秦淮河上游涨水,节制闸开闸泄洪放水;下游涨潮,节制闸关闸防止倒灌。”江苏省秦淮河水利工程管理处相关人员介绍说。

    “武定门节制闸与武定门泵站、秦淮新河水利枢纽共同担负着秦淮河流域内江宁、溧水、句容蓄水灌溉、防洪排涝,以及南京市城南防洪排涝和改善外秦淮河水环境等任务。”武定门节制闸于1960年9月建成投运,成为当时南京地区最大的中型以上水利建设工程,在秦淮河流域的排涝、抗旱、通航、水环境改善及南京城区的防洪安全中发挥了极其重要的作用。1962年7月,在武定门节制闸建成不久,秦淮河流域降暴雨,武定门节制闸立即开闸放水,及时缓解灾情,为造福流域人民作出贡献。

    科技美学兼具

    彰显强烈的“杨廷宝风格”

    今天,从远处打量节制闸路上的武定门节制闸,它就像一艘即将扬帆起航的巨轮横卧于外秦淮河上,与秦淮河水交相辉映;在蓝天白云之下,幕墙闪耀着安静而纯净的蓝色;不时有飞鸟从水面掠过,将秦淮河两岸衬得一片安静。

    事实上,节制闸在非汛期除了调节水位,同时还起到美化环境的作用。武定门节制闸外观的最早设计者正是著名建筑大师杨廷宝。杨廷宝被誉为“近现代中国建筑第一人”,于1955年被选聘为中国科学院院士(学部委员),在他的设计下,南京这座重要的“守护神”兼备了科技与美学价值。

    据杨廷宝研究专家、东南大学教授黎志涛介绍,杨廷宝一生设计有案可查的作品有120项,在南京,杨廷宝设计的工程项目多达近70项。中山陵园音乐台、中国第二历史档案馆、下关火车站、紫金山天文台本部、雨花台烈士纪念馆……大到恢弘的公共建筑,小到私人宅邸,杨廷宝为南京留下的这些作品,已成为南京的城市地标和市民的集体记忆。而武定门节制闸正是其中之一,并且是其作品中唯一的一项水利建筑。

    时隔60多年后,记者看到了杨廷宝设计的武定门节制闸外观图样。正如黎志涛所说,杨廷宝在设计中综合分析了适用、经济、美观三者的辩证关系,充分展现了全局与局部的关系、图纸与实际建筑的关系,图纸与材料、施工过程的关系。武定门节制闸外观所呈现出的简洁、大方、朴素和明朗,以及其合理的功能布局、协调的建筑造型,依然令今天的人们惊叹不已。

    武定门节制闸先后进行过多次加固改造。后来,出于防止设备受到雨水侵袭等工程维护方面的需要,在保持原有工程结构不变的基础上,增设了流线飘面型屋顶和蓝色玻璃外立面。尽管其外观已经发生了巨大变化,但从玉兰花灯、栏杆墙、碉楼图案上看,依然能让人辨析出强烈的杨廷宝风格,即对中国古建筑的借鉴。

    院士手笔

    “狭地生花”方案造福老城南

    武定门节制闸和泵站共同组成了武定门水利枢纽。其泵站位于武定门城墙下,与节制闸相隔着一条龙蟠中路。武定门泵站的总设计师是由中国著名水利和航运建筑设计专家、中国工程院院士周君亮担纲。一座水利枢纽,留下了两位院士的手笔。

    江苏省秦淮河水利工程管理处相关人员告诉记者,武定门泵站于1967年11月开工建设,于1969年5月建成投入使用。泵站在设计最初时就遇到了重重困难,由于泵站规划建设的地点位于人烟稠密的明城墙武定门老城南地区,又处于外秦淮河东南段的黄金要道,街市密集,可供施工的场地十分狭窄。如果按照传统设计,必然要涉及大量搬迁,可谓耗资巨大。周君亮经过实地勘察和多番考证,最终提出了“狭地生花”的方案。他从一种老式潮汐电站结构中得到启发,在国内首次设计出“双向X流道”抽水站,将抽灌、抽排、自引、自排等多功能集于一体,占地少,投资省,这样就避免了附近居民大量拆迁,节约投资1000多万元。

    周君亮所提设计方案虽然可以节省投资,但风险较大,对技术要求特别高。作为江苏省水利厅高级工程师,周君亮长期从事水工建筑物设计,1989年获“中国工程设计大师”称号,1995年当选中国工程院院士。他也是江苏省水利系统获得这一最高学术称号的第一人。

    2023年4月30日,周君亮在南京逝世,享年98岁。而他在设计武定门泵站时所表现出的果敢与胆魄,却一直为南京人所追忆。

    大幅提升

    “治水”变得越来越智慧

    今天,武定门节制闸旁新建“秦淮水博苑”,毗邻秦淮风光带,拥有水利工程展馆、水文化主题景观等,讲述着“秦淮守护神”的工程魅力。其时尚简约的结构外形,又实现了历史印记与现代水利的完美融合,成为诠释南京城古典与现代双重魅力的代表。

    基于其具有厚重的历史底蕴,武定门节制闸现已被列为秦淮区文物保护单位;2017年11月,在首届“江苏最美水地标”评选活动中,武定门节制闸在众多参选的水利工程中脱颖而出,获得“江苏最美水地标”称号;2022年12月,秦淮河流域武定门节制闸、武定门泵站,成功入选江苏省首批省级水利遗产名录。截至目前,秦淮河流域有省级水利遗产7处,包括闸站工程、河道堤防、灌溉工程、水库大坝等类型。

    值得一提的是,从诞生最初就携带科技基因的武定门水利枢纽,通过科技治水,已将“治水”变得越来越智慧。比如,小到一个精密零件的制造,大到航空航天领域的科学实验,数字孪生技术已经渗入人们生活的方方面面。武定门数字孪生泵站,就是将物理形式存在的水利工程数字建模,把工程运行的数据、水利工作的原理都嵌入其中,打造成一个虚拟世界的同版同型的数字镜像工程。

    江苏省秦淮河水利工程管理处相关人员解释说,这就如同卫星导航技术已经普遍使用于人们交通出行和城市管理中,导航仪的工作原理正是将物理的交通实况通过卫星定位后,映射成虚拟而又反映真实的路况。武定门数字孪生泵站也正是将真实世界的泵站精准全映射和同步仿真运行,大幅提升武定门泵站的调度运行能力和工程管理水平。

    延伸阅读

    600多岁武庙闸成防汛“劳模”

    从明初至今,位于玄武湖风景区内的武庙闸已有600多年历史,是南京城市南北水系的重要节点。武庙闸的工程设计在当时是世界一流水平,也是南京使用时间最长的水闸,现为全国重点文物保护单位。

    现在所能看到的武庙闸,其核心部分主要是用巨型条石砌筑的方形深井。深井宽31米、长7米。深井上方平台设有四块两两相对的绞关石,用以承担绞关,悬吊铜闸。这一深井型构筑物严丝合缝,整体极为稳固。其东西两壁上还可以看到明显的两条闸槽,即为明代的原制,用来固定上下滑动的水闸,使其在移动过程中不会发生偏移。

    除此之外,当年的建设者还进行了诸多超前设计,以保证水闸能够长久工作。比如进水口直线水道改为“之”字形,大大减少水流冲击力度;闸口安装绞刀,提前清理杂物可有效防止淤塞;穿城管道上方有精巧保护层,还配有维修间。

    据报道,武庙闸更让人啧啧称赞的在于,在600多年前建造的深井中,两套双合铜水闸竟然保存得极为完好。铜水闸平面呈方形,边长1.30米、厚0.25米,重约5.5吨。上合正中有一直径0.09米绳孔的铜钮,以铁索连接地面上的绞关启动。下合位置为石质泄水拱洞,向城墙方向延伸约5米处,与铸铁涵管相连。其设计的特殊之处在于下合装在条石砌成的方框内,内凹有直径1.10米的阴穴,穴内穿5孔,中孔直径0.28米,四边四孔直径为0.21米;上合呈反“凸”字形与下合相合,即为合闸断流。

    在此之前甚至是同时期的水闸,一般采用的都是竖直闸门上下切断水流的方式来阻挡进水。而这套水闸创新性地采用了上下两板咬合的方式——当上合落下,下合面的5个空洞被封堵,因为水压的力量,下方的水无法将上合顶开,从而形成密闭。开闸放水时,因为玄武湖水面要高于涵道内水位,从而压迫水流进入铜管涵道,继而调节水位。这种方式使得铜闸不会因为水正面的冲击而变形,故而更经久耐用。

    后来,为了疏通涵洞,铜水闸被取出,换成了水泥涵管,原物现存于南京市博物馆。

周君亮
中国工程院院士
土木工程(水利、航运)专家
杨廷宝
中国科学院院士
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