水利水電工程中的水閘設(shè)計(jì)問題及其優(yōu)化措施

李欽哲

（河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)有限公司，天津300250）

1 引言

在可持續(xù)發(fā)展理念不斷深化的背景下，水資源受到了社會各界的廣泛關(guān)注，水利水電工程作為一項(xiàng)重要的民生工程，在社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著積極的作用。在水利水電工程建設(shè)中，水閘設(shè)計(jì)是一個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，會對工程整體功能的發(fā)揮產(chǎn)生巨大影響。因此，需要對水閘設(shè)計(jì)中存在的一些缺陷和問題進(jìn)行研究分析，找到合理的解決方案，提升水利水電工程的整體質(zhì)量。

2 水利水電工程中的水閘分類

水閘是水利工程項(xiàng)目中的核心組成部分，做好水閘設(shè)計(jì)和管理至關(guān)重要。水閘的使用對于水利水電行業(yè)的發(fā)展有著積極的促進(jìn)作用，能夠?yàn)樗こ痰目沙掷m(xù)發(fā)展提供助力。水利水電工程規(guī)劃設(shè)計(jì)和施工建設(shè)中，依照工程規(guī)模、建設(shè)目的和環(huán)境條件的差異，可以選擇不同的水閘類型，主要分為以下5種：（1）進(jìn)水閘。進(jìn)水閘也被稱為渠首閘，其主要功能是為用戶提供水資源，通常被設(shè)置在河道、護(hù)岸、渠首或者水庫位置，能夠?qū)€路供水總量進(jìn)行控制[1]。（2）節(jié)制閘。節(jié)制閘的主要功能是對河流流量及水位進(jìn)行調(diào)整，通過在枯水期開放或者關(guān)閉閘門的方式，能夠提高河道水位，為上游區(qū)域的取水和航運(yùn)提供良好支撐；通過在豐水期開放或者關(guān)閉閘門的方式，能夠?qū)恿髁髁窟M(jìn)行調(diào)節(jié)，滿足各河段的用水需求；通過在洪水期開放或者關(guān)閉閘門的方式，能夠?qū)拥篮樗滦沟目偭髁窟M(jìn)行有效控制。（3）排水閘。排水閘閘身較高、底板高程較低，用來對較高的外河水位進(jìn)行阻擋，確保洼地中的積水快速排除。當(dāng)外河水位上升時(shí)，通過關(guān)閉排水閘的方式，可有效避免外河水倒灌；當(dāng)外河水位較低時(shí)，通過開啟排水閘的方式，能夠?qū)⒎e水排入外河。（4）擋潮閘。對比其他類型的水閘，擋潮閘的功能更加豐富，除去基本的擋潮功能，還包括蓄積淡水、排澇以及泄洪等，能夠向水系提供雙向水頭作用，在遭遇外部潮水時(shí)，擋潮閘的存在可以有效避免海水倒灌，也可以提升內(nèi)河水位，滿足蓄淡灌溉的要求；在退潮時(shí)，擋潮閘能夠進(jìn)行排澇，一些設(shè)有通航孔的擋潮閘則能夠在平潮時(shí)滿足通航要求。（5）分洪閘。分洪閘有著較強(qiáng)的分洪能力和泄洪能力，一般設(shè)置在江河適當(dāng)?shù)囟蔚囊粋?cè)，當(dāng)洪水較大，同時(shí)達(dá)到對應(yīng)閘口的位置時(shí)，可以通過開閘泄洪的方式來避免河道內(nèi)洪水的外泄，將洪水引到后蓄洪區(qū)和滯洪區(qū)，降低洪水對于下游居民生產(chǎn)生活的影響[2]。

另外，依照過閘流量，可以將水利水電工程中的水閘分為3種類型：一是大型水閘，流量通常在1 000 m3/s以上；二是中型水閘，流量在100～1 000 m3/s；三是小型水閘，流量不超過100 m3/s。因此，在水利水電工程水閘設(shè)計(jì)中，需要考慮好流量因素，以確定水閘的類型及其相關(guān)問題。

3 目前水利水電工程中的水閘設(shè)計(jì)問題

3.1 測繪質(zhì)量不高

水閘設(shè)計(jì)過程中，需要做好施工測繪工作，通過測繪的方式來獲取全面、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，這是保證水閘設(shè)計(jì)合理性和有效性的關(guān)鍵。但是，就目前的發(fā)展情況分析，不少水閘設(shè)計(jì)人員對于施工測繪的作用認(rèn)識不足，在開展測繪工作時(shí)沒能充分考慮工程的現(xiàn)實(shí)需求，沒有針對施工現(xiàn)場進(jìn)行準(zhǔn)確、有效的測繪，導(dǎo)致得到的測量數(shù)據(jù)缺乏可靠性和準(zhǔn)確性，測繪圖紙的質(zhì)量也就無法得到保證。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員本身的專業(yè)素質(zhì)和能力水平無法滿足現(xiàn)場測繪工作的要求。例如，在設(shè)計(jì)人員不了解現(xiàn)代化測繪技能的情況下，會導(dǎo)致質(zhì)量指標(biāo)審核的局限性，引發(fā)嚴(yán)重的測繪問題，影響施工測繪的質(zhì)量，繼而影響水閘設(shè)計(jì)的效果[3]。

3.2 忽視水閘防沖設(shè)計(jì)

水閘防沖設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一，其在保障水閘運(yùn)行安全，完善水閘性能方面發(fā)揮著不容忽視的作用。而不少水利水電工程水閘設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者往往都是將目光放在水閘選型或者水閘細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上，忽視了對水閘防沖功能的設(shè)計(jì)，缺少對水利水電工程所處區(qū)域的氣候條件和環(huán)境變化的綜合考量，影響了水閘設(shè)計(jì)的效果，導(dǎo)致水閘在運(yùn)行中容易受到外部因素的干擾，產(chǎn)生失穩(wěn)問題，嚴(yán)重時(shí)可能帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。例如，部分設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行水閘設(shè)計(jì)的過程中，缺乏對河流下游區(qū)域具體情況的準(zhǔn)確把握，無法對水閘的流速進(jìn)行有效控制，難以滿足水閘防沖功能的需求，影響了水閘本身的使用效果。

3.3 水閘類型選擇不合理

水閘類型多種多樣，不同類型的水閘有著不同的功能，對于環(huán)境條件也有著不同的要求。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行水閘設(shè)計(jì)時(shí)，需要從水利水電工程的實(shí)際情況出發(fā)，確定好水閘的類型和功能，做好選型工作。這樣，才能確保水閘作用的充分發(fā)揮，保證水閘設(shè)計(jì)的效果。但是，就目前來看，有的設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行水閘設(shè)計(jì)的過程中，并沒有能夠?qū)λl類型進(jìn)行合理選擇，沒有充分考慮水利工程的需求和用途或考慮不夠精準(zhǔn)，存在為了降低成本或者方便施工而選擇不合理水閘類型的情況，導(dǎo)致水閘無法很好地滿足水利水電工程建設(shè)的需求，也影響了工程的運(yùn)行效果。

4 水利水電工程中的水閘設(shè)計(jì)優(yōu)化措施

針對當(dāng)前水利水電工程水閘設(shè)計(jì)中存在的問題，有關(guān)部門應(yīng)該重視起來，要求設(shè)計(jì)人員在開展設(shè)計(jì)活動的過程中，做好全面、細(xì)致的分析，采取有效的施工測繪手段，獲取準(zhǔn)確、可靠的測繪數(shù)據(jù)。然后，以此為基礎(chǔ)繪制圖紙，加強(qiáng)對水閘防沖功能的設(shè)計(jì)，確保其能夠很好地滿足水利水電工程的建設(shè)要求，并配合恰當(dāng)?shù)乃l類型，促進(jìn)工程施工質(zhì)量的提高，將水閘的功能和作用充分發(fā)揮出來，以此來確保水利水電工程在建設(shè)完成后，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定安全運(yùn)行[4]。

4.1 施工測繪

水利水電工程建設(shè)中，不管是水閘還是大壩，在運(yùn)行中都需要承受巨大的荷載，需要切實(shí)保障其基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和可靠性。對此，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行水閘設(shè)計(jì)前，需要到施工現(xiàn)場做好勘查測繪工作，借助科學(xué)的施工測繪手段，保證測繪工作的質(zhì)量和效率。具體來講，首先，設(shè)計(jì)人員必須充分掌握水利水電工程所處區(qū)域的地形、地質(zhì)條件和氣候條件，在開展實(shí)地測繪的同時(shí)，對歷史勘察資料進(jìn)行分析，保證測繪數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。另外，在測繪過程中，需要從實(shí)際情況出發(fā)，利用現(xiàn)代化的測繪工具和測繪技術(shù)，提升測繪工作的有效性以及測繪數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性，對所有的測繪信息進(jìn)行整理，做好深入分析和研究，編制出完善的施工測繪報(bào)告，對照報(bào)告對水閘設(shè)計(jì)的思路進(jìn)行初步確定。其次，在施工測繪結(jié)束后，設(shè)計(jì)者應(yīng)該將水閘的初步設(shè)計(jì)方案整理，上交給有關(guān)部門進(jìn)行審核，找出設(shè)計(jì)方案中的不足和問題，做好方案的優(yōu)化。然后，再次提交審核。等到設(shè)計(jì)方案審核通過后，可以將其應(yīng)用到后續(xù)的施工活動中，為水閘的施工提供可靠指導(dǎo)，以此來促進(jìn)水閘設(shè)計(jì)質(zhì)量的提高。最后，工程測繪完成后，依照測繪得到的信息，選擇相應(yīng)的地基處理方式，如開挖法、防滲墻法、灌漿法等，為水閘的設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)，以此來保證后續(xù)設(shè)計(jì)活動的順利實(shí)施，進(jìn)一步提升設(shè)計(jì)的有效性。

4.2 防沖設(shè)計(jì)

防沖功能是保證水閘穩(wěn)定可靠運(yùn)行的關(guān)鍵，也是水閘設(shè)計(jì)中需要重視的一項(xiàng)重要內(nèi)容。在針對水閘防沖功能進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)者需要明確防沖設(shè)計(jì)的重要性，把握好水利水電工程所處區(qū)域的水文條件以及規(guī)律特征，就區(qū)域生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)以及氣候變化情況進(jìn)行分析，同時(shí)，將水利水電過程的生產(chǎn)需求考慮在內(nèi)，以此來保證防沖設(shè)計(jì)的效果。在實(shí)際操作中，設(shè)計(jì)者應(yīng)該優(yōu)先選擇最低水位數(shù)據(jù)信息，然后，依照現(xiàn)場勘查獲取的地形信息及周邊河道條件，做好水利水電工程中水閘的防沖功能設(shè)計(jì)，確保水閘能夠具備良好的防沖擊性能。設(shè)計(jì)人員需要就水閘流速進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和調(diào)控，在這個(gè)過程中應(yīng)該將水閘的蓄水處理功能考慮在內(nèi)，保證設(shè)計(jì)的合理性和全面性。在條件允許的情況下，還應(yīng)該在水閘防沖設(shè)計(jì)中應(yīng)用先進(jìn)的信息技術(shù)手段，如BIM技術(shù)等，將水閘的各項(xiàng)參數(shù)、性能指標(biāo)以及防沖功能數(shù)據(jù)等全部輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，借助系統(tǒng)做好仿真模擬，就防沖設(shè)計(jì)方案的合理性進(jìn)行驗(yàn)證，找出其中的設(shè)計(jì)缺陷和施工問題，對問題的根源進(jìn)行分析，提出有效的應(yīng)對和解決措施，確保水閘工程在建設(shè)完成后，能夠保持穩(wěn)定可靠的運(yùn)行狀態(tài)，具備較好的防沖性能。

4.3 選擇合適的水閘類型

水閘的類型多種多樣，不同類型的水閘有著不同的側(cè)重功能，合適的水閘類型能夠確保水利水電工程的使用效果。對此，設(shè)計(jì)者應(yīng)該重視水閘類型的選擇工作，通過實(shí)地勘察及調(diào)研的方式獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，然后，對照水利水電工程的建設(shè)要求和總體規(guī)劃，對水利水電工程的用途進(jìn)行分析，明確具體的功能要求和使用壽命，再綜合河道條件、氣候特征、運(yùn)行管理需求等，制訂出科學(xué)合理的水閘類型選擇方案。在水閘類型選擇過程中，還需要做好閘室選擇工作，結(jié)合水利水電工程所處區(qū)域的地形地勢、水文條件以及相應(yīng)的水閘功能，對水閘負(fù)載進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，對閘室和翼板進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，保證其具備良好的抗滑性能。當(dāng)前，水利水電工程中常見的閘室類型大致是敞開式、涵洞式和胸墻式3種，通過對閘室類型的合理選擇，能夠確保水利水電工程在泄洪過程中將河道水流恢復(fù)到自然狀態(tài)，避免水位過高引發(fā)的沖擊問題。一般情況下，為了能夠滿足水利水電工程的使用要求，會設(shè)計(jì)相應(yīng)的進(jìn)水閘，對引水流量進(jìn)行控制，以此準(zhǔn)確賦予工程供水、發(fā)電、灌溉等功能。從施工現(xiàn)場的實(shí)際情況著眼，要做好水閘尺寸的合理設(shè)計(jì)，確保水閘能夠很好地滿足引水要求。另外，也可以在恰當(dāng)?shù)奈恢?，設(shè)置相應(yīng)的消能設(shè)施，提升水閘整體質(zhì)量以及運(yùn)行的穩(wěn)定性，促進(jìn)質(zhì)量、安全預(yù)期目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)[5]。

此外，水閘基礎(chǔ)多種多樣，有壤土、黏土、濕陷性土體、巖石、砂卵石，砂層等，基礎(chǔ)的開挖和處理會對水閘的應(yīng)用效果產(chǎn)生直接影響。因此，在對水閘類型進(jìn)行選擇時(shí)，還應(yīng)該關(guān)注水閘基礎(chǔ)的處理需求，通過灌漿或者防滲墻來避免地下水繞滲的問題。閘門的結(jié)構(gòu)形式和調(diào)度運(yùn)行方式也是水閘選擇的關(guān)鍵因素，現(xiàn)在大部分閘門具有遠(yuǎn)程調(diào)度運(yùn)行的功能，其科技含量也較高，需要設(shè)計(jì)者結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

5 結(jié)語

綜上所述，做好水閘設(shè)計(jì)工作，能夠保障水利水電過程運(yùn)行的可靠性，設(shè)計(jì)師在對水閘進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該把握好水閘的分類，明確水閘設(shè)計(jì)在水利水電工程設(shè)計(jì)中的重要性，依照相應(yīng)的工程建設(shè)要求，做好總體性的規(guī)劃工作，對于水閘設(shè)計(jì)中存在的問題，應(yīng)該做好深入分析，采取有效的措施和方法來解決問題，將水閘的功能和作用充分發(fā)揮出來，推動水利水電工程的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益的提高。