水利水电工程中水闸的设计方法研究

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热度0票  浏览89次 时间：2020年3月18日 14:41

段 浩

（六安市水利水电规划设计院 安徽 六安 237000）摘 要：水闸在水利水电工程中占有十分重要的地位。水闸的设计是否合理决定了它在工程中能否发挥最大的作用、带来最大的效益。文章介绍了水闸的组成与特点，然后深入地研究了水闸的设计方法，希望能够为相关从业人员提供参考。

关键词：水利水电；水闸设计；防水槽；排水孔

水利发电在我国非常普遍，属于我国电能的主要产出方式，我国许多地区的电力资源都依靠着水利发电。随着人们的生活质量逐渐上升，安全问题越来越得到人们的重视。进行水利发电的时候，水闸承担着非常重要的责任，工作人员在对水闸进行设计时，务必要把安全性当做最重要的任务来完成，尽可能地提高我国的水利水电工程的质量，使其能够稳定安全。

1、水闸的组成与特点

1.1水闸的组成部分

水闸的组成部分为：闸室、上游连接段、下游连接段这三部分。水闸主要是通过上游连接段、闸室、下游连接段这三部分组合而成，闸室作为水闸的主体部分主要分为：底板、闸门、启闭机、闸墩、胸墙、工作桥、交通桥等。

上游连接段主要的组成部分在于翼墙和护坡。下游连接段主要由消力池、护坦、海漫、防冲槽、两岸翼墙、护坡等几方面组成。

1.2水闸的特点

按照水闸的分类对于水闸的特点进行以下描述：

节制闸：节制闸主要是用于调节水位和流量，其主要用于干旱时期河流的节流，通过对于河流的节流进行水位的上升，其目的在于满足上游的航运。而在洪水期，节制闸可以有效的控制下流流量，防止下游出现大面积的涝灾。

进水闸：设立进水闸的主要目的是控制水流量进入水坝，一般设立在水坝或渠道进水的位置。

分洪闸：分洪闸其主要特点在泄水能力大，能及时的分洪。分洪闸主要修建在江河的适当地段。

挡潮闸：在沿海地段常常会受到涨潮的影响，在涨潮的过程中为了防止海水进入江河我们会在江河的出口修建挡潮闸，修建挡潮闸的主要目的就是在于防止海水倒灌。

排水闸：排水闸修建在江河中，雨季中排水闸起的作用在于防止水位上升时出现江河中的洪水倒灌，其作用与挡潮闸相当。

2、水利水电工程中水闸的设计分析

2.1水闸选址的设计

水利水电工程一般建在水资源丰富的河流、湖泊等处，在我国不同地域其地质条件、周围自然环境、水文条件等都有很大差别，而水闸具有重量大、体积大特点，因此选址时应充分考虑水闸基础承载问题。选址时应对当地地层进行钻孔取样勘测，并结合水文条件、自然环境进行综合考虑，最好选择承载力符合要求的岩石层，其次选择承载力符合要求、抗剪强度高的土质地基。特别是在土质地基建设的水闸，需要在原状土上进行预压处理或是换土垫层。预压处理是为了压出土中水分使土层固结成为一个整体，减小水闸基础沉降量，进而增加土层承载力，一般预压需要较长时间方可达到规定要求。对于施工工期较为紧迫的项目，可以采用换土垫层方法，此方法具有施工快捷，操作简单，施工效果好的特点，可以推广使用。

2.2水闸的结构设计

水闸结构设计需要结合地势结构、水闸功能、水文条件等具体情况来着手。一方面，通过计算水闸负载，来确保闸室、翼墙等相对抗滑的稳定性能。另一方面，需要做好坝体整体结构与各局部结构的统筹规划，综合考虑来选用水闸结构，确保结构设计的科学严谨性。

2.3消能防冲的设计

在水利水电工程中水闸是至关重要的，同时在设计方面也是重中之重，在水利水电整体设计的过程当中水闸的消能防冲是非常重要的，对于下游的水位要取得正确的下限值，水闸的蓄水位置要取得最高点，在这样的条件下才能使上游具备足够的水量。以这种情况为例，在这种情况下消能防冲就起到很好的作用。现在气候变化较快，水文的基本规律也在随着气候条件发生变化。在水闸的设计当中要全面的考虑，尽可能的选取最低水位及最高的蓄水位。

2.4闸型的选择

水闸具有非常多的闸型，不同的闸型具有着不一样的特征以及性能，因此在挑选闸型的时候，不要只在乎闸型的价格，要结合具体的状况来挑选，才能提高工程的质量。水闸的种类多种多样，应用什么样的水闸是由许多因素共同决定的。所以在挑选的时候，一定要结合实际情况选择最合适的闸型。

2.5过闸水位差的设计计算

在设计过闸水位差时，根据不同地形选择不同的水位差，规范要求在10 － 30cm，一般在平原地区选用下限，在山区过闸水位差一般选择上限。

较大的过闸水位差可以减小闸孔净宽度，也可以降低工程造价，但是会使上游水位抬高，也会使水闸承载更大压强，增加了水闸、水坝被冲毁的风险。

2.6闸孔尺寸的设计

在综合考虑建造成本、流量、速度以及水位高度等因素前提下，尽可能选择较少的水闸。在保证最大泄洪量前提下，水闸越少，墩数也会相应减少。当闸孔过大时，将会导致占地空间大，随之带来开启关闭闸门的设备设施都会增大规模，相应工程造价也会增加。因此，根据相关设计要求将闸孔宽度设计在 10 － 14m 之间较为合适，一般弹孔水闸孔宽为10m 时，水闸闸孔应为 33 个，弹孔水闸孔宽为 14m时，水闸闸孔应为 20 个。

2.7水闸泄流能力的设计

水闸泄流能力是指将所有闸门打开，同时除去船闸和电站影响，这时水流通过拦河大坝下泄的堰流，可以根据堰流计算公式计算得出，以便满足最大洪峰泄流要求。

2.8防水槽设计

在水利水电工程中，防冲槽的主要作用就是用来加强水闸末端的性能。当水流经过关卡时，受其阻碍作用，水流速度以及能量都会相应的被减弱。但在经过关卡的末端时，水流的冲击力会加强，对河床造成巨大的危害。防冲槽的设计就是为了能够在水流冲击河床的过程中，参差不齐的石块分散水流，而且石块还会在形成冲坑的过程中顺势滚下，使冲坑有效的避免向上游扩展，为工程营造出安全的环境。

2.9闸基防渗面层的排水设计

水位差在水利水电工程中是十分普遍的，尤其是在河水的上游与下游之间。水位差的存在使水流具有很大的能量，这就在一定程度上对水闸造成了很大的安全隐患，所以做好排水是一项十分必要的工作。具体的设计原理是：上游河水渗透进河床中，经过闸的底板，再通过消力池，最后经反滤层将上游的水排入下游地段，这样就有效的构建了排水系统。但是若要保证有效的的渗水工作就要用最快最高的效率将多余的水排出工程外，具体的防水设施可以是铺盖，其可以延长上游水的渗透路径，而且还可以减小消力池底板的压缩力，同时设置的滤水层同样也可以有效的排水。

3、结束语

水闸在设计的过程中会出现诸多困难与问题，是对设计人员的认真性及态度的一种考验，要求人员进行更科学更合理的设计。在水利水电工程中水闸是关于整个工程的质量，要严格把控好所有可以出现漏洞的环节，保证水闸能够安全运行，同时水闸的设计的合理性及科学性也关乎到下游人民的用水安全及生命安全，所以不管在施工还是在设计当中我们都要做到稳扎稳打，把控好水利水电工程中的每一个环节，保证工程的施工质量。 ■

参考文献

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[3] 徐卫忠，赵兰 ． 韩江东山( 禾埕岗) 水利枢纽工程水闸设计研究［J］ ． 科技与企业，2012( 16) : 245.