李成功 刘贵明 李亚楠 周庆连
连云港市水利规划设计院有限公司 江苏 连云港 222006
摘要：目前，在国内水利水电工程项目中，水库的水闸设计至关重要。水闸主要应用在蓄水灌溉、发电以及排水等工作中。但由于水闸工程结构相对复杂，设计人员在进行水闸设计时，需要结合周围环境条件，实现科学合理的水闸布局。
关键词：水利工程；水闸设计；设计成效
引言
在水利水电工程建设中，水闸与其各种功能的实现联系紧密，也在一定程度上决定了水利水电工程的建设水平。随着我国对水资源保护与开发利用要求的不断提高，水闸设计工作的重要性也越来越突出。对此，要求必须进一步做好水闸的设计，以确保其科学性，为水利水电工程的正常运行提供更有力的保障。
一、水闸特点分析
通常所说的水闸，即为挡水建筑物，也是排水建筑物。一般均建立在平原地区，这类地区具有所覆盖层厚、地基压缩性大、抗滑能力弱、承载能力差等特点，因此，水闸设计中，首要，要保持水闸稳定性。水闸凭借闸门阻挡水流，闸上游、下游所形成的水头差，会借助闸基、两岸渗流在底部形成渗透压力，抵消水闸有效重量，此时会对闸室和两岸连接建筑物的稳定性造成威胁，极有可能出现渗透变形等情况，使水闸安全难以得到保证。
二、水利水电工程中水闸设计的具体内容
2.1相关设计资料的收集
在水闸设计开始之前，为保证设计的科学合理性，通常都需要对工程当地的地质条件、自然环境等进行全面且详细的勘察与调查，并形成具体的地质、水质、水文、自然环境状况、气候条件以及以往自然灾害情况等报告。
2.2水闸选址
水利水电工程中建设的水闸通常具有体积大、质量大等特点，所以其实际建设过程中对当地地质的承载能力要求较高。对此，在水闸选址时就需要做好当地地层的钻孔取样，然后对各区域的水文地质情况、自然情况等进行综合分析，以便从中找出最符合要求的位置。一般而言，岩土层的承载能力是首要参考指标。如果没有要求的岩土层，则需要选择承载力要与抗剪强度都能够满足要求的土质地基。
2.3结构设计
水闸的结构关系到其功能的正常发挥，所以科学做好水闸结构设计至关重要。在水闸结构具体设计时需要结合首先研究分析当地的地势结构、水文条件等，然后根据水闸的功能要求对水闸的负载进行计算，确保闸室与翼墙等都达到相应的抗滑稳定性标准。其次，要对水闸坝体的整体机构和局部结构进行统筹规划和严格论证。
2.4消能防冲设计
消能防冲设计也是水闸设计中的重要内容，其基本设计要求是保证上游能够储存更多的水资源，以有效控制水流工况。具体而言，设计中要求水闸能够将工况控制在一个下游水位按照规定取水下限值时其水闸水位在高点处的状态。根据这一要求，水闸设计时可以准确计算出系统消力池的深度以及闸门初始开启深度。
2.5水闸类型的确定
随着水利水电工程的不断发展，人们已经研究出多种水闸，如敞开式、胸墙式、涵洞式等，且不同类型的水闸其功能、使用条件也各不相同。所以在水闸设计时必须结合水利水电工程的实际要求以及当地地形地貌、自然条件等进行科学选择。以下是较常应用的三种水闸其具体特点：
1.敞开式水闸。该水闸结构简单，底部较宽，因此易于排涝泄洪，且水流稳定；2.胸墙式水闸。该类型多用于水位波动较大且下游水量存在限制的河流；3.涵洞式水闸。该类型水闸多用于水位高且孔口尺寸受限的情况。
2.6水位差设计
目前水闸水位差的具体标准是10至30米。在具体设计时还需根据地形情况进行计算调整，如平原地区水位差较小，而山区地带则应尽可能提高水位差。
2.7闸孔尺寸设计
水闸闸孔尺寸的设计通常需要考虑到建设成本、水流流量与流速、水位高度等情况。一般而言，水闸闸孔尺寸不宜过大，以10至14米为宜。
2.8防水槽与排水孔设计
防水槽与排水孔也是水闸设计种需要认真对待的。其中防水槽主要用于增强水闸末端的稳固性，通常用石块组成。排水孔主要用于消减水流对消力池底板的压力，其通常被设计在水平护板之后，一般为梅花形。
2.9基础防渗面排水设计
基础防渗面是水闸重要的保护结构，但由于水位差所带来的水流势能将会对水闸造成极大冲击，所以必须对其防渗面排水进行科学设计。其具体排水设计思路为引上游水入河床，然后经过底板、消力池与反滤层等引入下游，如此确保其排水的有效性。同时还可以通过拓展上游水渗透途径来达到排水目的。
三、水闸设计中的注意事项
3.1水闸的稳定因素
水闸会将一部分上游水拦截住，这就导致上下游具有十分明显的水位差，水闸所承担的压力也就越大，这对于水闸的稳固性提出了更高的要求。除此之外，枯水期间，上游水比较少，水闸的自重就会反作用于水闸基础，水闸基础就会出现变形的问题，长此以往缺口的面积越来越大，就会被彻底损坏。因此，对于水闸的面积要根据实际情况进行调整,从而增强水闸基础的稳定性。
3.2水闸渗流问题
水闸被关闭之后，上下游之间所具有的明显的水位差会导致有些位置出现渗流情况,在水闸与地基，水闸和两侧基础位置,导致水闸的稳定性遭到了一定的破坏,而两侧基础混凝土层也会有沟洞，翻沙鼓水的危险出现。水闸挡水和蓄水的性能也难以保证。
3.3水闸以及地基沉陷问题
软土层由于其自身的特性具有很强的抗压能力，因此，水闸，基础，蓄水等重力都释放在软土层上,但是过强的重力或者施加不平均的重力也会导致局部失陷，而到达极其严重的情况下，就会产生闸室变形，水闸开裂的问题产生。
3.4水闸开闭时的冲刷问题
开闸泄水过程中，若水闸下游水位过浅，在水位差作用下，提升水流速度，巨大水流冲击能量会对下游造成严重冲刷。如果冲刷范围过大，必然会掏空闸基，发生安全事故。水闸两岸均为软弱岩层或是软弱土层，假设水闸建设期间闸孔设置过多，在开启某一个闸孔时必然会形成多股巨大水流，对下游河岸造成冲刷，严重威胁水闸运行安全性和稳定性，对岸边农作物和民众生命安全都会造成威胁。
四、结束语
综上所述，在水利水电工程中，水闸占据着十分重要的地位。因此，相关技术人员对水闸工程进行具体设计时，一定要对不同因素进行充分考虑，例如施工条件、水文地质质条件和气象条件等，对各个设计要点进行严格控制。对各个方面的设计工作进行严格考核，从而为水闸质量提供保障，促使水闸作用得到充分发挥。
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