淺談大型水閘沖刷后的處理

周利兵

【摘要】大型防洪水閘下游發(fā)生沖刷破壞極為普遍，有的護坦、海漫受到嚴重破壞，特別是兩邊坡沖刷更為嚴重，甚至導致水工建筑物損壞，直接影響著水閘運行安全。對不同情況，采取有效措施防止防洪水閘下游沖刷破壞。

【關鍵詞】防洪；策略；城市防洪

1、水閘下游水流流態(tài)及破壞現象

水閘下泄具有單寬流量大、且能量相對集中的特點，有較強的沖刷能力。因此，常采用底流消能方式與下游水流銜接，由于諸多因素造成防洪水閘下游常遇到沖刷，流態(tài)各不一樣，動態(tài)情況也復雜。

防洪水閘在使用中下游水位變化較大，閘下出流為急流，在通過消力池在與下游緩流銜接中，水流高度發(fā)生局部突變，因此采取處理方法應對各種已知或預計會出現的一些問題，利用其本身的水流旋滾、摻氣、破撞消耗能量。

流體的形態(tài)不同，影響了消耗能量的大小程度。當海漫水位發(fā)生變化、水深較淺時，不能滿足斷面處發(fā)生急流時，下泄水流把其推入下游，其開始一段水流仍處于急流狀態(tài)；或因池長、池深原因；使水流躍到池外。在下游出現了不規(guī)則的波浪，且造成較大的沖刷情況。水流狀況對護坦、海漫及下游河床岸都會造成不通程度的沖刷，嚴重的會造成消力池底板末端掏空，海漫段造成沖坑，形成斷面倒坡。

2、防洪水閘下游沖刷原因

防洪水閘下游沖刷產生的原因諸多，與設計、施工、運行管理息息相關，以下這三個方面是形成下游沖刷的主要原因。

2.1 設計方面的原因。消能防沖設計的不夠完善，主要表現如下。

（1）翼墻擴散角度偏大，回流不能及時消除，沖刷坑回流與主流交界的延伸，該處單寬流量且相對集中，流速較大。海漫長度根據經驗公式計算值一般又較短，未能延長到回流區(qū)域末梢，這時的海漫容易受到沖刷的不同程度破壞。

（2）消力池過淺，水躍不完全，甚至急流沖出消力池，發(fā)生遠驅式水躍，或者消力池尾檻過高，檻后的水面流差較大，以致消力池后的漿砌石海漫被沖毀，這種情況不外乎兩種錯誤估計而引起：一是防洪閘的泄流量估計不足，消能防沖工程設計流量小于實際泄流量；二是閘下游設計尾水位的位置的選定缺乏實際依據不充分，實際的海漫末梢水位且遠低于設計末梢水位。此類沖刷現象在江、河兩岸防洪水閘較常見。

（3）消力池的結構不夠厚實，其強度不能滿足運行需要而被沖毀，主要是對消力池的受力條件缺乏系統的分析和正確的估算。譬如消力齒、消力檻上的沖擊力，均無法做到精確計算，不能依據所具備的工程經驗用類比法加以反復推敲而確定，如果此條件不能夠完全一致，就會出現程度各異的事故。在消能防沖設計過程中，必須全面考慮過閘后水的流態(tài)變化特征及對影響水流態(tài)的外界條件。與此同時還要多借鑒一些優(yōu)秀設計中對消能防沖部分的成功經驗，消除設計中的缺陷，避免在泄流時下游發(fā)生沖刷破壞。

2.2 運行管理及其它原因

2.2.1 閘門啟閉控制不規(guī)范。閘門的運行方式對下游情況的好壞和工程的安全有著重大的影響。由于閘門開啟的不均勻、或開始閘門開啟高差太大，以及對于多孔水閘，單孔集中開啟，而不是均勻開啟，造成單寬流量偏大，水流擴散不均勻，使水流態(tài)變化大，回流強度大小不一造成下游形成較大的回流與折沖水流。因此在閘門的運行管理中，必須對防洪閘門的開啟方式作出限制，管理人員必須嚴格按操作規(guī)程去操作。工程技術人員必須繪制出“水閘上游水位—流量—閘門開啟高度關系曲線”，及時掌握上下游出流情況，確保工程的安全。

2.2.2 超設計標準運行，防洪閘出現這種情況比較多，由于設計時水文資料準備不夠充分或運行時管理制度不嚴格，造成防洪水閘的超標準運行，超標準泄流，也加大了上游水位差，增加了對下游的沖刷程度，下游河床抗沖能力差，耐沖流速較低，使下游出現沖刷性破壞。

3、防治沖刷問題的對策

3.1 改善水流流態(tài)

（1）強化防洪水閘運行操作管理，根據其承擔的具體任務，合理調整制定閘門開啟方式及運行操作方案；閘門開啟必須對稱開啟，開啟度要緩慢均勻，避免啟、閉時的大起大落。

（2）設計時應考慮定池深、池長、海漫、防沖槽等設計條件。結合閘門啟、閉運用條件、經濟性等因素考慮，進行優(yōu)化組合來確定消能防沖設施，使消力池內產生有異性淹沒度的淹沒式水躍。

3.2 抗沖加固。目前抗沖加固方法很多，主要的有保護護坦、海漫、護坡不被掏空、沖刷。水閘下游發(fā)生沖刷毀壞后，常用的處理方法是拋石護底，由于沖殺的部位不同，拋石的方法分兩種：①河床沖刷的拋石保護，做法是自開始沖刷的地方向外拋石，沿沖刷河底以同一厚度拋填石塊，拋石長度一般須超過沖刷坑，小而零星的則將溝略微拋平后再沿同一厚度拋填塊石。此方法需要塊石較少，經濟適用。②護坦沖撒的拋石保護。具體做法：用土包或沙石包先將沖刷溝底填平，再拋填塊石直至與護坦相平。拋石后沖刷也可以保持相對穩(wěn)定。

4、結語

防洪水閘下游沖刷破壞是個極具復雜的問題，形成破壞的原因也是諸多方面的，只有深入的去了解其造成破壞具體原因，才能夠更好地完善除險加固、消除存在的安全隱患。