探討水閘設(shè)計(jì)中要注意的若干問題

魏海萍

摘 要：本文主要結(jié)合實(shí)際水閘設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的穩(wěn)定性、滲流、沖刷以及沉陷問題等方面的工作特點(diǎn)，簡要分析了進(jìn)水閘、節(jié)制閘、擋潮閘、排水閘以及分洪閘等功能水閘的作用，并從農(nóng)田水利建設(shè)中水閘的基本形式與尺寸，以及如何確定水閘的設(shè)置規(guī)則、水閘孔相關(guān)計(jì)算等方面，探討了關(guān)于水閘設(shè)計(jì)的控制要點(diǎn)，以保證水利工程的水閘設(shè)計(jì)水平，為今后水閘建設(shè)者提供有效的建議。

關(guān)鍵詞：水閘設(shè)計(jì)；注意；問題

現(xiàn)階段，我國的社會經(jīng)濟(jì)有了很大的發(fā)展，在進(jìn)行水利相關(guān)建設(shè)中，要認(rèn)識到水閘設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)重要性，不斷優(yōu)化水閘設(shè)計(jì)，抓住水閘設(shè)計(jì)要注意的問題，使其內(nèi)部的各個(gè)應(yīng)用環(huán)節(jié)能夠協(xié)調(diào)一致。

一、水閘的分類及作用

1.進(jìn)水閘及其作用。在農(nóng)田水利工程建設(shè)中，進(jìn)水閘位于渠首，并按照引水需求的水閘建筑。在不需要引水的情況下，可以關(guān)閉水閘進(jìn)行擋水，防止河水進(jìn)入渠道。水庫、湖泊、河流或渠道水閘的建設(shè)，不僅可以水力發(fā)電及農(nóng)業(yè)灌溉，還可以控制進(jìn)入水渠的水流量，起到防洪排澇的作用。所以，在進(jìn)行水閘設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)水閘需要足夠的高度和合理的閘孔尺寸，不僅能滿足調(diào)水的要求，又能避免洪水漫頂情況發(fā)生，減輕洪水的危險(xiǎn)險(xiǎn)情。

2.節(jié)制閘及其作用。節(jié)水閘又被稱為攔河閘，主要作用是調(diào)整水位和水流攔截，其在苦水季節(jié)進(jìn)行截?cái)嗨?，保證水閘的水位控制在規(guī)范要求內(nèi)，進(jìn)而滿足水閘上游航運(yùn)及從進(jìn)水閘取水的需求。在洪水期間，節(jié)水閘能夠有效控制下游的泄洪水量，避免出現(xiàn)溢洪的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而減少水資源浪費(fèi)。

3.排水閘及其作用。排水閘主要分布在江河沿岸，其主要功能是排出水閘內(nèi)的污漬水。當(dāng)河水水位上升時(shí)，關(guān)閉排水閘門可以防止河水和洪水的侵入，出現(xiàn)倒灌現(xiàn)象，當(dāng)河水落下時(shí)，可以打開排水閘進(jìn)行排污。由于排水閘門需要將洼地中的污水排出上，還要防止外河水位的進(jìn)入，因此，在對排水閘進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要有足夠高的閘身，底板高程應(yīng)該較低，能夠起到雙向水頭的作用。

二、水閘設(shè)計(jì)中要注意的問題

1.穩(wěn)定問題。在水閘工作運(yùn)行中，對上游水位的攔截比較高，會導(dǎo)致下游水閘產(chǎn)生較大的水位差，壓力水平比較大，造成水閘向著下游方向慢慢移動，因此，在進(jìn)行水閘設(shè)計(jì)中，可以通過增加水閘重量的方式來確保水閘的穩(wěn)定度。與此同時(shí)，水閘在服役期間，當(dāng)出現(xiàn)干燥的季節(jié)水位較低或遇到枯水期時(shí)，增重產(chǎn)生的豎向荷載將會加大基礎(chǔ)底部的壓力，一旦基底壓力超過了地基承載力，則會引起地基的土體變形或擠壓，進(jìn)一步加大了水閘和地基出現(xiàn)滑動的風(fēng)險(xiǎn)。因此，在進(jìn)行水利工程水閘設(shè)計(jì)中，一定要將基礎(chǔ)的承載能力考慮在內(nèi)，保證水閘基礎(chǔ)面積，進(jìn)而減少水閘基底的承受壓力。

2.滲流問題。在水閘進(jìn)行擋水時(shí)，水閘上、下游水位必然會有差值，而水閘和地基與兩側(cè)的連接處會出現(xiàn)不同程度的滲流情況。如果水閘兩側(cè)和水閘閘基以土基為主，進(jìn)行滲流過程中會攜帶許多細(xì)顆粒，造成水閘后出現(xiàn)翻砂鼓水問題，可能會掏空水閘閘基礎(chǔ)。除此之外，一旦水閘出現(xiàn)側(cè)漏問題，所產(chǎn)生的巨大水壓力會影響連接建筑物兩側(cè)邊坡的穩(wěn)定性，岸坡也會出現(xiàn)滲透，還會增加水閘底部的滲透壓力，如果滲流量太大，將會阻礙水閘擋水、蓄水功能。

3.沖刷問題。在水閘泄水過程中，一旦水閘下游較淺或根本沒有水，水位差會直接增加水流流速，致使下游沖刷嚴(yán)重，侵蝕的范圍非常大，嚴(yán)重時(shí)會掏空閘基，導(dǎo)致水閘失事。與此同時(shí)，如果水閘兩側(cè)以巖層或土層為主，如果在設(shè)計(jì)中的開設(shè)閘孔較多，無論開啟哪個(gè)都會產(chǎn)生折沖水流，造成下游水閘嚴(yán)重沖刷，從而影響水閘的安全穩(wěn)定性。

4.沉陷問題。當(dāng)水閘所處的地基為軟土?xí)r，由于軟土的壓縮性比較強(qiáng)，水閘將會因?yàn)樽陨碇亓恳约柏Q向荷載作用產(chǎn)生沉陷問題，特別是當(dāng)水閘地基土層沒有均勻的荷載分布，水閘極易發(fā)生沉降，閘室出現(xiàn)傾斜問題，嚴(yán)重情況下將導(dǎo)致水閘出現(xiàn)斷裂，影響其在服役運(yùn)行中的安全性、穩(wěn)定性。

三、水閘設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

1.節(jié)制閘基本形式與尺寸的確定。在進(jìn)行節(jié)制閘的閘門設(shè)計(jì)時(shí)，其閘檻高程需要將多方面的因素考慮在內(nèi)，比如河道的地質(zhì)地形、水文條件以及相關(guān)泥沙淤積報(bào)告等等。設(shè)置在平原地區(qū)的節(jié)制閘，需要將節(jié)制閘的閘檻高程與閘址位置天然河底的平均高程保持相一致，如果設(shè)計(jì)的閘檻高度太高，容易使水閘上游出現(xiàn)嚴(yán)重的淤積，導(dǎo)致水位不斷抬高，上游水閘的堤防負(fù)擔(dān)大大增加。如果天然河床屬于復(fù)式斷面，節(jié)水閘的閘門需要采用不同深度的閘檻高程，以滿足其與水閘的上、下游河床斷面是一致的。為了保持維護(hù)河道的自然流態(tài)，在深淺閘孔之間還需要設(shè)置閘墩或?qū)?，以進(jìn)行分隔。如果在山區(qū)河道建設(shè)節(jié)水閘，河床坡度比較大，即使水閘閘檻前面被泥沙淤積，上游也不會出現(xiàn)太大的影響，因此，進(jìn)行水閘設(shè)計(jì)時(shí)，可以將節(jié)水閘的閘檻高程高出河床面，在進(jìn)行施工建設(shè)時(shí)，可大大減少工程量。

確定閘門高程是節(jié)制閘孔口設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，需要對多方面進(jìn)行全方位的深入分析驗(yàn)證，以保證閘檻高程設(shè)計(jì)的合理性。在確定節(jié)制閘開孔數(shù)量以及尺寸大小時(shí)，要滿足上游水位與下游泄水量不超過相關(guān)規(guī)范要求的限制水位、安全泄量，還需經(jīng)過精確的設(shè)計(jì)及校核洪水的水力一些列計(jì)算后得到。閘孔形式主要以開敞式為主，方便宣泄洪水以及漂浮物。如果閘室的高度過高，可選擇雙層式：在頂部位置，開啟后為堰流，可以進(jìn)行宣泄洪水量、漂浮物；當(dāng)?shù)撞块_啟時(shí)，為孔流，可以進(jìn)行清淤排沙。雙層式的閘孔設(shè)計(jì)還能夠完善閘室的受力條件，當(dāng)閘門開啟時(shí)，力量有所減少。

2.進(jìn)水閘的布置規(guī)則及閘孔計(jì)算。如果河道選擇無壩引水的方式，合理設(shè)置進(jìn)水閘的閘址顯得尤為重要，一般大都會設(shè)置在具有穩(wěn)定性的河岸兩邊與彎道凹岸頂點(diǎn)交接點(diǎn)的偏下處，這可以實(shí)現(xiàn)由于彎道的循環(huán)流動作用實(shí)現(xiàn)水閘取水防沙的目的。主河槽要設(shè)置靠近河岸的位置，避免引水口與主河槽的距離過遠(yuǎn)。進(jìn)水閘平面設(shè)計(jì)主要以正面取水和側(cè)面取水形式為主。正面取水時(shí)，要保證進(jìn)水閘的方向與流道流水方向相同，能夠大大利于進(jìn)水引水，但是由于施工難度較大，需要設(shè)計(jì)時(shí)考慮多方面因素；側(cè)面引水時(shí)，進(jìn)水閘軸線與河道軸線正交或者銳角相交，交角大小的控制需要根據(jù)河水中泥沙來量、引水比以及顆粒成分組成進(jìn)行確定，當(dāng)泥沙來量、引水比較少時(shí)，且顆粒組成較細(xì)，可將根據(jù)顆粒的大小，和調(diào)水比的確定。如果沉積物和水是比較小的，和細(xì)顆粒，設(shè)計(jì)時(shí)可以適當(dāng)擴(kuò)大引水角的設(shè)計(jì)。

四、結(jié)語

修建水閘不單單能夠進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉以及防洪排澇工作，還能夠間接促進(jìn)我國航運(yùn)發(fā)展和漁業(yè)生產(chǎn)。當(dāng)進(jìn)行水閘設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)地質(zhì)水文條件及多方面因素，從水閘作用應(yīng)用著手，因地制宜，認(rèn)真總結(jié)分析水閘的工作特點(diǎn)，相關(guān)的設(shè)計(jì)方法，保證能夠?qū)⑺l功能充分發(fā)揮，達(dá)到有效利用水力資源的效果。所以，進(jìn)行水閘設(shè)計(jì)要點(diǎn)的相關(guān)探討，對促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)、可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]曲斌， 孫曉峰.水閘設(shè)計(jì)的探索[ J ] .黑龍江科技信息， 2013， 17： 160.