探讨水闸设计中要注意的若干问题

魏海萍

摘 要：本文主要结合实际水闸设计中出现的稳定性、渗流、冲刷以及沉陷问题等方面的工作特点，简要分析了进水闸、节制闸、挡潮闸、排水闸以及分洪闸等功能水闸的作用，并从农田水利建设中水闸的基本形式与尺寸，以及如何确定水闸的设置规则、水闸孔相关计算等方面，探讨了关于水闸设计的控制要点，以保证水利工程的水闸设计水平，为今后水闸建设者提供有效的建议。

关键词：水闸设计；注意；问题

现阶段，我国的社会经济有了很大的发展，在进行水利相关建设中，要认识到水闸设计环节重要性，不断优化水闸设计，抓住水闸设计要注意的问题，使其内部的各个应用环节能够协调一致。

一、水闸的分类及作用

1.进水闸及其作用。在农田水利工程建设中，进水闸位于渠首，并按照引水需求的水闸建筑。在不需要引水的情况下，可以关闭水闸进行挡水，防止河水进入渠道。水库、湖泊、河流或渠道水闸的建设，不仅可以水力发电及农业灌溉，还可以控制进入水渠的水流量，起到防洪排涝的作用。所以，在進行水闸设计时，进水闸需要足够的高度和合理的闸孔尺寸，不仅能满足调水的要求，又能避免洪水漫顶情况发生，减轻洪水的危险险情。

2.节制闸及其作用。节水闸又被称为拦河闸，主要作用是调整水位和水流拦截，其在苦水季节进行截断水流，保证水闸的水位控制在规范要求内，进而满足水闸上游航运及从进水闸取水的需求。在洪水期间，节水闸能够有效控制下游的泄洪水量，避免出现溢洪的风险，进而减少水资源浪费。

3.排水闸及其作用。排水闸主要分布在江河沿岸，其主要功能是排出水闸内的污渍水。当河水水位上升时，关闭排水闸门可以防止河水和洪水的侵入，出现倒灌现象，当河水落下时，可以打开排水闸进行排污。由于排水闸门需要将洼地中的污水排出上，还要防止外河水位的进入，因此，在对排水闸进行设计时，要有足够高的闸身，底板高程应该较低，能够起到双向水头的作用。

二、水闸设计中要注意的问题

1.稳定问题。在水闸工作运行中，对上游水位的拦截比较高，会导致下游水闸产生较大的水位差，压力水平比较大，造成水闸向着下游方向慢慢移动，因此，在进行水闸设计中，可以通过增加水闸重量的方式来确保水闸的稳定度。与此同时，水闸在服役期间，当出现干燥的季节水位较低或遇到枯水期时，增重产生的竖向荷载将会加大基础底部的压力，一旦基底压力超过了地基承载力，则会引起地基的土体变形或挤压，进一步加大了水闸和地基出现滑动的风险。因此，在进行水利工程水闸设计中，一定要将基础的承载能力考虑在内，保证水闸基础面积，进而减少水闸基底的承受压力。

2.渗流问题。在水闸进行挡水时，水闸上、下游水位必然会有差值，而水闸和地基与两侧的连接处会出现不同程度的渗流情况。如果水闸两侧和水闸闸基以土基为主，进行渗流过程中会携带许多细颗粒，造成水闸后出现翻砂鼓水问题，可能会掏空水闸闸基础。除此之外，一旦水闸出现侧漏问题，所产生的巨大水压力会影响连接建筑物两侧边坡的稳定性，岸坡也会出现渗透，还会增加水闸底部的渗透压力，如果渗流量太大，将会阻碍水闸挡水、蓄水功能。

3.冲刷问题。在水闸泄水过程中，一旦水闸下游较浅或根本没有水，水位差会直接增加水流流速，致使下游冲刷严重，侵蚀的范围非常大，严重时会掏空闸基，导致水闸失事。与此同时，如果水闸两侧以岩层或土层为主，如果在设计中的开设闸孔较多，无论开启哪个都会产生折冲水流，造成下游水闸严重冲刷，从而影响水闸的安全稳定性。

4.沉陷问题。当水闸所处的地基为软土时，由于软土的压缩性比较强，水闸将会因为自身重量以及竖向荷载作用产生沉陷问题，特别是当水闸地基土层没有均匀的荷载分布，水闸极易发生沉降，闸室出现倾斜问题，严重情况下将导致水闸出现断裂，影响其在服役运行中的安全性、稳定性。

三、水闸设计的要点

1.节制闸基本形式与尺寸的确定。在进行节制闸的闸门设计时，其闸槛高程需要将多方面的因素考虑在内，比如河道的地质地形、水文条件以及相关泥沙淤积报告等等。设置在平原地区的节制闸，需要将节制闸的闸槛高程与闸址位置天然河底的平均高程保持相一致，如果设计的闸槛高度太高，容易使水闸上游出现严重的淤积，导致水位不断抬高，上游水闸的堤防负担大大增加。如果天然河床属于复式断面，节水闸的闸门需要采用不同深度的闸槛高程，以满足其与水闸的上、下游河床断面是一致的。为了保持维护河道的自然流态，在深浅闸孔之间还需要设置闸墩或导墙，以进行分隔。如果在山区河道建设节水闸，河床坡度比较大，即使水闸闸槛前面被泥沙淤积，上游也不会出现太大的影响，因此，进行水闸设计时，可以将节水闸的闸槛高程高出河床面，在进行施工建设时，可大大减少工程量。

确定闸门高程是节制闸孔口设计的重要环节，需要对多方面进行全方位的深入分析验证，以保证闸槛高程设计的合理性。在确定节制闸开孔数量以及尺寸大小时，要满足上游水位与下游泄水量不超过相关规范要求的限制水位、安全泄量，还需经过精确的设计及校核洪水的水力一些列计算后得到。闸孔形式主要以开敞式为主，方便宣泄洪水以及漂浮物。如果闸室的高度过高，可选择双层式：在顶部位置，开启后为堰流，可以进行宣泄洪水量、漂浮物；当底部开启时，为孔流，可以进行清淤排沙。双层式的闸孔设计还能够完善闸室的受力条件，当闸门开启时，力量有所减少。

2.进水闸的布置规则及闸孔计算。如果河道选择无坝引水的方式，合理设置进水闸的闸址显得尤为重要，一般大都会设置在具有稳定性的河岸两边与弯道凹岸顶点交接点的偏下处，这可以实现由于弯道的循环流动作用实现水闸取水防沙的目的。主河槽要设置靠近河岸的位置，避免引水口与主河槽的距离过远。进水闸平面设计主要以正面取水和侧面取水形式为主。正面取水时，要保证进水闸的方向与流道流水方向相同，能够大大利于进水引水，但是由于施工难度较大，需要设计时考虑多方面因素；侧面引水时，进水闸轴线与河道轴线正交或者锐角相交，交角大小的控制需要根据河水中泥沙来量、引水比以及颗粒成分组成进行确定，当泥沙来量、引水比较少时，且颗粒组成较细，可将根据颗粒的大小，和调水比的确定。如果沉积物和水是比较小的，和细颗粒，设计时可以适当扩大引水角的设计。

四、结语

修建水闸不单单能够进行农业灌溉以及防洪排涝工作，还能够间接促进我国航运发展和渔业生产。当进行水闸设计时，需要根据地质水文条件及多方面因素，从水闸作用应用着手，因地制宜，认真总结分析水闸的工作特点，相关的设计方法，保证能够将水闸功能充分发挥，达到有效利用水力资源的效果。所以，进行水闸设计要点的相关探讨，对促进社会经济平稳、可持续发展具有十分重要的意义。

参考文献：

[1]曲斌， 孙晓峰.水闸设计的探索[ J ] .黑龙江科技信息， 2013， 17： 160.