水利水电工程中的水闸设计问题及其优化措施

李钦哲

（河北省水利水电勘测设计研究院集团有限公司，天津300250）

1 引言

在可持续发展理念不断深化的背景下，水资源受到了社会各界的广泛关注，水利水电工程作为一项重要的民生工程，在社会经济发展中发挥着积极的作用。在水利水电工程建设中，水闸设计是一个非常关键的环节，会对工程整体功能的发挥产生巨大影响。因此，需要对水闸设计中存在的一些缺陷和问题进行研究分析，找到合理的解决方案，提升水利水电工程的整体质量。

2 水利水电工程中的水闸分类

水闸是水利工程项目中的核心组成部分，做好水闸设计和管理至关重要。水闸的使用对于水利水电行业的发展有着积极的促进作用，能够为水利工程的可持续发展提供助力。水利水电工程规划设计和施工建设中，依照工程规模、建设目的和环境条件的差异，可以选择不同的水闸类型，主要分为以下5种：（1）进水闸。进水闸也被称为渠首闸，其主要功能是为用户提供水资源，通常被设置在河道、护岸、渠首或者水库位置，能够对线路供水总量进行控制[1]。（2）节制闸。节制闸的主要功能是对河流流量及水位进行调整，通过在枯水期开放或者关闭闸门的方式，能够提高河道水位，为上游区域的取水和航运提供良好支撑；通过在丰水期开放或者关闭闸门的方式，能够对河流流量进行调节，满足各河段的用水需求；通过在洪水期开放或者关闭闸门的方式，能够对河道洪水下泄的总流量进行有效控制。（3）排水闸。排水闸闸身较高、底板高程较低，用来对较高的外河水位进行阻挡，确保洼地中的积水快速排除。当外河水位上升时，通过关闭排水闸的方式，可有效避免外河水倒灌；当外河水位较低时，通过开启排水闸的方式，能够将积水排入外河。（4）挡潮闸。对比其他类型的水闸，挡潮闸的功能更加丰富，除去基本的挡潮功能，还包括蓄积淡水、排涝以及泄洪等，能够向水系提供双向水头作用，在遭遇外部潮水时，挡潮闸的存在可以有效避免海水倒灌，也可以提升内河水位，满足蓄淡灌溉的要求；在退潮时，挡潮闸能够进行排涝，一些设有通航孔的挡潮闸则能够在平潮时满足通航要求。（5）分洪闸。分洪闸有着较强的分洪能力和泄洪能力，一般设置在江河适当地段的一侧，当洪水较大，同时达到对应闸口的位置时，可以通过开闸泄洪的方式来避免河道内洪水的外泄，将洪水引到后蓄洪区和滞洪区，降低洪水对于下游居民生产生活的影响[2]。

另外，依照过闸流量，可以将水利水电工程中的水闸分为3种类型：一是大型水闸，流量通常在1 000 m3/s以上；二是中型水闸，流量在100～1 000 m3/s；三是小型水闸，流量不超过100 m3/s。因此，在水利水电工程水闸设计中，需要考虑好流量因素，以确定水闸的类型及其相关问题。

3 目前水利水电工程中的水闸设计问题

3.1 测绘质量不高

水闸设计过程中，需要做好施工测绘工作，通过测绘的方式来获取全面、准确的数据信息，这是保证水闸设计合理性和有效性的关键。但是，就目前的发展情况分析，不少水闸设计人员对于施工测绘的作用认识不足，在开展测绘工作时没能充分考虑工程的现实需求，没有针对施工现场进行准确、有效的测绘，导致得到的测量数据缺乏可靠性和准确性，测绘图纸的质量也就无法得到保证。同时，设计人员本身的专业素质和能力水平无法满足现场测绘工作的要求。例如，在设计人员不了解现代化测绘技能的情况下，会导致质量指标审核的局限性，引发严重的测绘问题，影响施工测绘的质量，继而影响水闸设计的效果[3]。

3.2 忽视水闸防冲设计

水闸防冲设计是设计的重点之一，其在保障水闸运行安全，完善水闸性能方面发挥着不容忽视的作用。而不少水利水电工程水闸设计中，设计者往往都是将目光放在水闸选型或者水闸细节设计上，忽视了对水闸防冲功能的设计，缺少对水利水电工程所处区域的气候条件和环境变化的综合考量，影响了水闸设计的效果，导致水闸在运行中容易受到外部因素的干扰，产生失稳问题，严重时可能带来巨大的经济损失。例如，部分设计人员在进行水闸设计的过程中，缺乏对河流下游区域具体情况的准确把握，无法对水闸的流速进行有效控制，难以满足水闸防冲功能的需求，影响了水闸本身的使用效果。

3.3 水闸类型选择不合理

水闸类型多种多样，不同类型的水闸有着不同的功能，对于环境条件也有着不同的要求。设计人员在进行水闸设计时，需要从水利水电工程的实际情况出发，确定好水闸的类型和功能，做好选型工作。这样，才能确保水闸作用的充分发挥，保证水闸设计的效果。但是，就目前来看，有的设计人员在进行水闸设计的过程中，并没有能够对水闸类型进行合理选择，没有充分考虑水利工程的需求和用途或考虑不够精准，存在为了降低成本或者方便施工而选择不合理水闸类型的情况，导致水闸无法很好地满足水利水电工程建设的需求，也影响了工程的运行效果。

4 水利水电工程中的水闸设计优化措施

针对当前水利水电工程水闸设计中存在的问题，有关部门应该重视起来，要求设计人员在开展设计活动的过程中，做好全面、细致的分析，采取有效的施工测绘手段，获取准确、可靠的测绘数据。然后，以此为基础绘制图纸，加强对水闸防冲功能的设计，确保其能够很好地满足水利水电工程的建设要求，并配合恰当的水闸类型，促进工程施工质量的提高，将水闸的功能和作用充分发挥出来，以此来确保水利水电工程在建设完成后，能够实现稳定安全运行[4]。

4.1 施工测绘

水利水电工程建设中，不管是水闸还是大坝，在运行中都需要承受巨大的荷载，需要切实保障其基础的稳定性和可靠性。对此，设计人员在进行水闸设计前，需要到施工现场做好勘查测绘工作，借助科学的施工测绘手段，保证测绘工作的质量和效率。具体来讲，首先，设计人员必须充分掌握水利水电工程所处区域的地形、地质条件和气候条件，在开展实地测绘的同时，对历史勘察资料进行分析，保证测绘数据的准确性。另外，在测绘过程中，需要从实际情况出发，利用现代化的测绘工具和测绘技术，提升测绘工作的有效性以及测绘数据的完整性和准确性，对所有的测绘信息进行整理，做好深入分析和研究，编制出完善的施工测绘报告，对照报告对水闸设计的思路进行初步确定。其次，在施工测绘结束后，设计者应该将水闸的初步设计方案整理，上交给有关部门进行审核，找出设计方案中的不足和问题，做好方案的优化。然后，再次提交审核。等到设计方案审核通过后，可以将其应用到后续的施工活动中，为水闸的施工提供可靠指导，以此来促进水闸设计质量的提高。最后，工程测绘完成后，依照测绘得到的信息，选择相应的地基处理方式，如开挖法、防渗墙法、灌浆法等，为水闸的设计提供参考依据，以此来保证后续设计活动的顺利实施，进一步提升设计的有效性。

4.2 防冲设计

防冲功能是保证水闸稳定可靠运行的关键，也是水闸设计中需要重视的一项重要内容。在针对水闸防冲功能进行设计的过程中，设计者需要明确防冲设计的重要性，把握好水利水电工程所处区域的水文条件以及规律特征，就区域生态环境系统以及气候变化情况进行分析，同时，将水利水电过程的生产需求考虑在内，以此来保证防冲设计的效果。在实际操作中，设计者应该优先选择最低水位数据信息，然后，依照现场勘查获取的地形信息及周边河道条件，做好水利水电工程中水闸的防冲功能设计，确保水闸能够具备良好的防冲击性能。设计人员需要就水闸流速进行合理设计和调控，在这个过程中应该将水闸的蓄水处理功能考虑在内，保证设计的合理性和全面性。在条件允许的情况下，还应该在水闸防冲设计中应用先进的信息技术手段，如BIM技术等，将水闸的各项参数、性能指标以及防冲功能数据等全部输入计算机系统中，借助系统做好仿真模拟，就防冲设计方案的合理性进行验证，找出其中的设计缺陷和施工问题，对问题的根源进行分析，提出有效的应对和解决措施，确保水闸工程在建设完成后，能够保持稳定可靠的运行状态，具备较好的防冲性能。

4.3 选择合适的水闸类型

水闸的类型多种多样，不同类型的水闸有着不同的侧重功能，合适的水闸类型能够确保水利水电工程的使用效果。对此，设计者应该重视水闸类型的选择工作，通过实地勘察及调研的方式获取相应的数据信息，然后，对照水利水电工程的建设要求和总体规划，对水利水电工程的用途进行分析，明确具体的功能要求和使用寿命，再综合河道条件、气候特征、运行管理需求等，制订出科学合理的水闸类型选择方案。在水闸类型选择过程中，还需要做好闸室选择工作，结合水利水电工程所处区域的地形地势、水文条件以及相应的水闸功能，对水闸负载进行准确计算，对闸室和翼板进行科学设计，保证其具备良好的抗滑性能。当前，水利水电工程中常见的闸室类型大致是敞开式、涵洞式和胸墙式3种，通过对闸室类型的合理选择，能够确保水利水电工程在泄洪过程中将河道水流恢复到自然状态，避免水位过高引发的冲击问题。一般情况下，为了能够满足水利水电工程的使用要求，会设计相应的进水闸，对引水流量进行控制，以此准确赋予工程供水、发电、灌溉等功能。从施工现场的实际情况着眼，要做好水闸尺寸的合理设计，确保水闸能够很好地满足引水要求。另外，也可以在恰当的位置，设置相应的消能设施，提升水闸整体质量以及运行的稳定性，促进质量、安全预期目标的顺利实现[5]。

此外，水闸基础多种多样，有壤土、黏土、湿陷性土体、岩石、砂卵石，砂层等，基础的开挖和处理会对水闸的应用效果产生直接影响。因此，在对水闸类型进行选择时，还应该关注水闸基础的处理需求，通过灌浆或者防渗墙来避免地下水绕渗的问题。闸门的结构形式和调度运行方式也是水闸选择的关键因素，现在大部分闸门具有远程调度运行的功能，其科技含量也较高，需要设计者结合实际情况进行选择。

5 结语

综上所述，做好水闸设计工作，能够保障水利水电过程运行的可靠性，设计师在对水闸进行设计的过程中，应该把握好水闸的分类，明确水闸设计在水利水电工程设计中的重要性，依照相应的工程建设要求，做好总体性的规划工作，对于水闸设计中存在的问题，应该做好深入分析，采取有效的措施和方法来解决问题，将水闸的功能和作用充分发挥出来，推动水利水电工程的社会效益和经济效益的提高。