淺談水閘的設(shè)計(jì)、作用與發(fā)展前景

關(guān)鍵詞：水利工程；水閘；作用；發(fā)展前景 

　　前言 

　　公元前598～前591年，楚令尹孫叔敖在今安徽省壽縣建芍陂灌區(qū)時，即設(shè)五個閘門引水。以后隨建閘技術(shù)的提高和建筑材料新品種的出現(xiàn)，水閘建設(shè)也日益增多。1949年后大規(guī)模現(xiàn)代化水閘的建設(shè)，在中國普遍興起，并積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。如長江葛洲壩樞紐的二江泄水閘，最大泄量為84000km3/s，位居中國首位，運(yùn)行情況良好。國際上修建水閘的技術(shù)也在不斷發(fā)展和創(chuàng)新，如荷蘭興建的東斯海爾德?lián)醭遍l，閘高53m，閘身凈長3km，被譽(yù)為海上長城。當(dāng)前水閘的建設(shè)，正向形式多樣化、結(jié)構(gòu)輕型化、施工裝配化、操作自動化和遠(yuǎn)動化方向發(fā)展。 

　　1.水閘及其作用 

　　主要利用閘門擋水和泄水的中低水頭水工建筑物。關(guān)閉閘門，可以攔洪、擋潮、蓄水抬高上游水位，以滿足上游取水或通航的需要。開啟閘門，可以泄洪、排澇、沖沙、取水或根據(jù)下游用水的需要調(diào)節(jié)流量。水閘是控制水位、調(diào)節(jié)流量的低水頭水工建筑物，是農(nóng)田水利中龍頭工程，常與堤壩、船閘、魚道、水站、抽水站等建筑物組成水利樞紐，以滿足防洪、排洪、航運(yùn)、灌溉以及發(fā)電水利工程的需要。水閘在水利工程中的應(yīng)用十分廣泛，多建于河道、渠系、水庫、湖泊及濱海地區(qū)。 

　　2.水閘的分類 

　　2.1按水閘所承擔(dān)任務(wù)分 

　　2.1.1節(jié)制閘。調(diào)節(jié)水位，控制流量�？菟�期借以抬高水位，以利取水和上游航運(yùn)，洪水期用以控制流量。渠系建筑物中節(jié)制閘一般建于支渠分水口的下游，用以抬高水位，滿足支渠引水需要。 

　　2.1.2進(jìn)水閘：建在河道、湖泊的岸邊或渠道，用來引水灌溉、發(fā)電或其他用水需要。灌溉渠系中建于干渠以下渠道首的進(jìn)水閘，作用上把上一級渠道的水分下一級渠道，分水閘、斗門、農(nóng)門排水閘建在江河沿岸排水渠出口處，外河上漲時，關(guān)閘門防水洪水倒灌，避免洪災(zāi)。當(dāng)外河水位退落時，開閘排水防止?jié)碁?zāi)。具有雙面擋水的作用。擋潮閘建在河流入流的河口地段，以防止海水倒灌。抬高內(nèi)河水位，滿足蓄淡灌溉。退潮排澇。有通航孔，還可平潮時通潮。具有雙向擋水作用――擋潮閘、排水閘分洪閘：常建于河道的一側(cè)，用來將超過下游河道安全洪量的洪水泄入預(yù)定的湖泊、洼地，即使消減洪峰，保證下游河道安全。 

　　2.2按閘室結(jié)構(gòu)型式分 

　　開敞式水閘和涵洞式水閘。 

　　3.水閘的組成 

　　水閘主要由上游連接段、閘室段和下游連接段組成。 

　　3.1上游連接段 

　　3.1.1作用。將上游來水平順地引進(jìn)閘室，同時起防沖、防滲、擋土等作用。 

　　3.1.2組成。上游翼墻：引導(dǎo)水流平順進(jìn)閘；鋪蓋：起防滲作用，并要起防沖作用；護(hù)坡、護(hù)底：保護(hù)河岸和河床不受沖刷；上游防沖槽：保護(hù)護(hù)岸頭部，防止河床沖刷而護(hù)底方向發(fā)展。 

　　3.2下游連接段 

　　包括消力池、海漫、下游防沖槽、下游翼墻及護(hù)坡等（使水流經(jīng)有效消能后平順流出閘室，與下游河床段連接）。 

　　3.2.1消力池：緊接閘室布置，具有形成水躍和保護(hù)水躍范圍內(nèi)河床允許受沖刷作用，是消能的主要措施。 

　　3.2.2海漫：布置在消力池后面，繼續(xù)消除余能，調(diào)整流速分布，用塊石砌成。 

　　3.2.3防沖槽：海漫的末端防沖措施，防止海漫后河床沖刷向上游發(fā)展。 

　　3.2.4下游翼墻：水流均勻擴(kuò)散，并保護(hù)兩岸免受沖刷。 

　　3.2.5護(hù)坡：布海漫和防沖槽范圍內(nèi)，一般用塊石。 

　　3.3閘室段。是水閘主體，包括底板、閘墩、閘門、胸墻、岸墻、工作橋和交通橋。 

　　3.3.1底板：閘室基礎(chǔ)，承受閘室全部荷載，較均勻地將荷載傳給地基并利用底板與地基圖摩擦來維持閘室穩(wěn)定，還有防沖、防滲作用。 

　　3.3.2閘墩：分割閘孔、支撐閘門和橋梁。 

　　3.3.3工作橋：供安裝啟閉機(jī)和工作人員操作機(jī)器之用。 

　　3.3.4岸墻：閘室與河岸的連接結(jié)構(gòu)，主要以擋土，并且有側(cè)向防滲作用。 

　　4.水閘的工作特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求 

　　4.1水閘的工作特點(diǎn)。水閘關(guān)門擋水時，閘室將承受上下游水位差所產(chǎn)生的水平推力，使閘室有可能向下游滑動。閘室的設(shè)計(jì)，須保證有足夠的抗滑穩(wěn)定性。同時在上下游水位差的作用下，水將從上游沿閘基和繞過兩岸連接建筑物向下游滲透，產(chǎn)生滲透壓力，對閘基和兩岸連接建筑物的穩(wěn)定不利，尤其是對建于土基上的水閘，由于土的抗?jié)B穩(wěn)定性差，有可能產(chǎn)生滲透變形，危及工程安全，故需綜合考慮閘址地質(zhì)條件、上下游水位差、閘室和兩岸連接建筑物布置等因素，分別在閘室上下游設(shè)置完整的防滲和排水系統(tǒng)，確保閘基和兩岸的抗?jié)B穩(wěn)定性。開門泄水時，閘室的總凈寬度須保證能通過設(shè)計(jì)流量。閘的孔徑，需按使用要求、閘門形式及考慮工程投資等因素選定。由于過閘水流形態(tài)復(fù)雜，流速較大，兩岸及河床易遭水流沖刷，需采取有效的消能防沖措施。對兩岸連接建筑物的布置需使水流進(jìn)出閘孔有良好的收縮與擴(kuò)散條件。建于平原地區(qū)的水閘地基多為較松軟的土基，承載力小，壓縮性大，在水閘自重與外荷載作用下將會產(chǎn)生沉陷或不均勻沉陷，導(dǎo)致閘室或翼墻等下沉、傾斜，甚至引起結(jié)構(gòu)斷裂而不能正常工作。 

　　4.2水閘設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 

　　對閘室和翼墻等的結(jié)構(gòu)形式、布置和基礎(chǔ)尺寸的設(shè)計(jì)，需與地基條件相適應(yīng)，盡量使地基受力均勻，并控制地基承載力在允許范圍以內(nèi)，必要時應(yīng)對地基進(jìn)行妥善處理。對結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度需考慮地基不均勻沉陷的影響，并盡量減少相鄰建筑物的不均勻沉陷。此外，對水閘的設(shè)計(jì)還要求做到結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)合理、造形美觀、便于施工、管理，以及有利于環(huán)境綠化等。