周亮 张飞儒 张辉
陕西省水利电力勘测设计研究院 陕西省西安市710000
摘要：我国水资源较为丰富，利用好水资源可以为人类造福，相反控制不好将会给人类带来水患灾难。目前在长江、黄河流域建设了一些水利水电工程，既可以进行水力发电又可以在汛期起到防洪治沙的作用，这是一条既防治水患，又可以利用水资源的可持续发展道路。在水利水电工程中水闸的作用至关重要，水闸设计水平关系到整体工程的质量，也关系到工程建成后的使用效果，因此水闸设计时应根据实际工程要求、地质环境、自然环境等多方面因素综合考虑来进行设计。
关键词：水利水电；工程中；水闸；设计
1水闸的组成与特点
1.1水闸的组成部分
闸室、上游连接段与下游连接段是水闸的主要构成，在实际的运行过程中，这三个部分通过组合，维持了水闸正常的使用，使得水闸在水利水电工程中的作用得以发挥[1]。闸门是水闸的主体结构，其主要包含了底板、闸门、启闭机、闸墩、胸墙、工作桥与交通桥；而翼板与护坡是上游连接段的重要组成；下游连接段主要包含了消力池、护坦、海漫、防冲槽、两岸翼墙等。
1.2水闸的特点
根据不同的功能，水闸包含了多种的类型：（1）节制闸。这种水闸的建设主要是为了在水利水电工程的运行过程中进行水位与流量的调节，一般在干旱时期的河流节流中有着良好的应用效果，应用节制闸能够进一步提升河流节流的水位，保障河流上游正常的航运功能，而在洪水期，节制闸的存在能够对下游的流量加以控制，进一步避免下游出现洪涝灾害。（2）进水闸。这种水闸建立的主要要进行水坝中水流量的控制。通常情况下，进水闸多建设于水坝或者渠道进水的区域。（3）分洪闸。分洪闸的突出特征体现在其较大的泄洪能力方面，基于这种优势，在水利水电工程中能够实现及时分洪的目的，避免洪涝灾害的出现。分洪闸多设立于江河的相关地段。（4）挡潮闸。在沿海地区，潮汐现象将会造成严重的涨潮情况，当潮汐过大时，将会对沿岸人们产生较大的威胁。而挡潮闸的存在就是为了应对涨潮现象，避免海水进入倒灌。
2水利水电工程中水闸的设计分析
2.1加强对当地地质环境，自然环境等资料收集
由于水闸，大坝自身的特点，其荷载比较大，打好地基对于水利水电工程的施工质量有着重要的影响。在工程设计初期，要对施工现场的周围环境进行勘察，对其水质情况进行报告，对河流情况、地理地质等情况进行统计和记录。对情况进行全面地分析后制定出相应的防治措施。
2.2水闸选址的设计
建设水利水电工程施工时需要充足的水资源。由于我国的地质复杂，自然条件多样，水闸自身的承载力不同，因此，要根据工程建设的实际环境进行选址。在对周围环境进行勘查时，要注意以下几点内容：承载力强的岩石层，抗剪强度达标的土质地基[2]。在土质地基上设计水闸时，要对土层进行处理，提前预压土层。预压土层可以排出土壤中所含的水分，使土层更加稳固，减少水闸的沉降物，提高土层的承载力。
2.3水闸的结构设计
水闸结构的样式是根据建设的具体情况而设计的，具体情况包括：地理地势、水闸质量等。首先，对于保闸室、翼墙等具有的抗滑功能需要在明确水闸负载的情况来明确[3]。此外，要调整水闸的层级以及水坝的结构，要根据水闸的自身特点，进行结构设计。
2.4水闸消能防冲设计
进行水闸消能防冲环节的主要目的是把控水流工况，在下游水位取水设限时会出现控制工况的要求，水闸水位要在高点位置，从而促使上游能够保留更多的水资源，由此工况会对消力池深度进行有效核算，这个数据就是刚开始闸门开启的深度。
当前自然环境具有一定的变化，河流水文规律也就产生了相应的转变，在对最高蓄水位和最低蓄水位进行计算设计时需要进行相应的调整，在根据实际情况以及最大选择空间的系数进行设计。
2.5水闸闸型，闸室的设计选型
在进行水利水电工程建设时，要根据水闸的不同型号和不同作用对水闸进行相应的选择。水闸闸室一般分为三种类型：敞开式，胸腔式，涵洞式。设置水闸主要是为了在泄洪时控制水流的流量，避免水闸水位过高的问题出现。每一种水闸都有自身的特点，敞开式水闸平底宽，在泄洪时，可以更好地稳定水流速度。敞开式水闸的实际操作简单，在进行水利水电工程建设时被广泛应用。胸腔式水闸不容易控制水流，但在特定的情况下会产生重要的作用，如：下流水量有限的河流。涵洞式水闸在水位高时才可以使用。通过三种水闸闸室的不同特点，根据实际的建设情况，选择合适的水闸闸室类型。
2.6过闸水位差的设计计算
在确定过闸水位差时，要根据实际的地理情况进行计算。通常情况下，过闸水位差的范围在10到30厘米之间。在平原地区，过闸水位差的范围相对较小；在山区，过闸水位差的范围相对较大。但过闸水位差范围较大时，可以压缩小闸孔净的宽度，这样会降低建设成本，提高建筑单位的经济效益。但是当压缩小闸孔净的宽度时，会降低水闸的承载力，提高风险。
2.7闸孔尺寸的设计
在考虑企业成本、水流量、水流速度时得出结论：较少的水闸运用程度会更好。在达到最大泄洪量时，水闸和墩数之间是成正比的[5]。随着闸孔尺寸的增大，水闸占地面积也会增大，需要更大规模的设备来控制水闸，这时就会增加施工单位的成本。为了保证施工单位的经济效益，将扎闸的宽度控制在10到14厘米之间，当闸孔宽度达到10厘米时，要安置33个闸孔；增加4厘米的闸孔宽度时，要减少13个水闸闸孔。
2.8水闸泄流能力的设计
水闸的泄洪能力是在闸门开放时，忽略电站等情况的影响，测量水流在拦河堤坝下泄洪的能力。通过堰流公式可以计算出水闸泄洪的能力。
2.9防水槽、排水孔设计
防水槽的设计可以使水闸尾部发挥到最大功能，限制水流的流速和流量。但是防水槽会增加水流对河床的冲击性。防水槽的设计是通过石块来阻挡水流的冲击性，减少水流对河床的冲击效果。在水利水电工程施工的过程中，水流的冲击力会对施工产生巨大的压力。因此，在进行施工时，要在工程的底部增加静压压力余地。
在设计排水孔时，通常将排水孔设计为梅花式。此外，还要在排水孔上加一层反滤层，保障水流的流动不受阻碍，降低水流对工程产生的压力。
2.10水闸基础防渗面排水设计
由于河流的上游和下流之间的高度不同，因其高度不同产生的水位差会对水闸及水利水电工程设施产生巨大的水流冲击。在进行水闸设计时，铺设基础防渗面可以减少水流对水闸产生的冲击。在此过程中，排水工作尤为重要。要根据河流上下游地基的不同情况，采取相应的措施：将河流上游的水流引入到河床，经过基础防渗面，使水流流入河流的下游，保障排水工作的顺利开展。此外，为了更好地促进排水工作的顺利进行，要增加上游水流渗透的路径，在减轻了消力池底板压力的同时，使滤水层发挥最大的排水作用。
2.11消力池
越大，我们所处的自然环境出现了很大的变化。所以，工程施工时必须要全面地考虑水位以及相关的地理位置。一般来说，控制工况属于水闸设计中关键的环节。进行工况控制时通常选择一段河水，测定其流速，为之后的工作打下基础。在设计消力池的时候，我们应该通过计算机来展开全面的测算，确保工程的质量能够令人满意。
参考文献
[1]王新权.水利水电工程中水闸的设计分析[J].黑龙江水利科技，2017（10）：45–46.
[2]修德禄.水利水电工程中水闸的设计[J].东北水利水电，2018（12）：24–25.
[3]黄兆平.水利工程管理及养护问题探讨[J].技术与市场,2020,27(04):164+166.
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