水閘的構成及分類
水閘在水利工程建筑中十分常見，當閘門關閉，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、取水或根據下游用水的需要調節(jié)流量。水閘多建于河道、渠系、水庫、湖泊及濱海地區(qū)。本文對水閘的功用及組成做了詳細的分析，為水利工作提供參考。
水閘的作用
水閘控制水位、調節(jié)流量的低水頭水工建筑物，是農田水利中龍頭工程，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、灌溉以及發(fā)電水利工程的需要。
水閘的分類
按水閘所承擔任務可分為
節(jié)制閘
進水閘
沖沙閘
分洪閘
擋潮閘
排水閘
節(jié)制閘：調節(jié)上游水位，控制下泄流量。
枯水期借以抬高水位，以利取水和上游航運，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。
天然河道的節(jié)制閘稱為攔河閘，渠道的節(jié)制閘利用閘門啟閉，調節(jié)上游水位和下泄流量，以滿足向下一級渠道分水或控制、截斷水流的需要。
節(jié)制閘常建在分水閘、泄水閘的稍下游，以利分水和泄水；或建在渡槽、倒虹吸管等的稍上游，以利控制輸水流量和事故檢修；并盡量與橋梁、跌水、陡坡等結合，以取得經濟效益。
渠系節(jié)制閘的過水寬度要與上、下游渠道寬度相適應，以利于連接。當采用輪灌時，節(jié)制閘上、下游渠道的設計流量相同，下游水位即為與設計流量相應的渠水位；當采用續(xù)灌時，節(jié)制閘上下游設計流量不同，水位需取相應流量的渠水位，但下游水位需計及下一級節(jié)制閘壅水的影響。
渠道節(jié)制閘多用開敞式，閘檻高程宜與渠底相平，采用平底寬頂堰，閘下消能防沖工程都比較簡單，始流狀態(tài)可依靠護坦上置的消力墩擴散水流，撞擊消能。上下游翼墻力求平順，常采用扭曲面過渡，以減少水頭損失。在平原圩區(qū)的河渠上，在短距離內設置兩個節(jié)制閘，俗稱套閘，分級擋水，可起簡易船閘的作用，既可解決好內外的交通運輸，又可起到防洪排澇和控制水位的作用。
進水閘：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、農門排水閘建在江河沿岸排水渠出口處，外河上漲時，關閘門防水洪水倒灌，避免洪災。當外河水位退落時，開閘排水防止?jié)碁摹＞哂须p面擋水的作用。
沖沙閘：利用河道或渠道水流沖排上游河段、渠系或上、下引航道內沉積的泥沙的水閘。 又稱“沖刷閘”、“排沙閘”。利用河(渠)道水流沖排上游河段或渠系沉積的泥沙的水閘。又稱排沙閘。建于多沙河流上的水利樞紐，為排除進水閘或節(jié)制閘前淤積的泥沙，常設沖沙閘，以利引水沖沙。沖沙閘一般布置于緊靠進水閘一側的河道上，其軸線與進水閘的軸線成正交或斜交，斜夾角有時不大，與攔河閘（壩）并排橫跨河道布置。
在沖沙閘與節(jié)制閘（壩）接頭處的上游設置導墻,導墻與沖沙閘上游一段河槽,形成沉沙槽。開啟閘門，可將沉積在閘前的泥沙排至下游河道。洪水期，可利用沖沙閘兼泄部分洪水。也有將沖沙閘布置于進水閘的下方，用以正面沖沙。為減少泥沙進入引水渠，沖沙閘底檻高程要比進水閘底檻高程低一些。建于渠系上的沖沙閘，一般設于引水渠末端靠河側，以便沖走引水渠中沉積的泥沙。對兼有泄洪任務的沖沙閘，一般采用開敞式。當閘上水位變幅較大，閘室較高時，為減少閘門高度，也可采用胸墻式。沖沙閘的運用，有連續(xù)沖沙和定期沖沙兩種方式。當河道來水充足時，可同時開啟進水閘和沖沙閘，將含沙量少的表層水引入渠道，含沙量多的底層水可經沖沙閘排至下游河道；當來水量不足時，可只開啟進水閘引水，停止引水時再開沖沙閘排沙。為保證能沖走沉積的泥沙，過閘流速應大于泥沙的起動流速。
擋潮閘：建于河口地段，漲潮時關閘，防止海水倒灌，退潮時開閘泄水，具有雙向擋水的特點。位于防洪（擋潮）堤上的水閘，其重要性與防洪（擋潮）堤是一樣的，有的防洪（擋潮）堤上的水閘即使規(guī)模不大，但一旦失事，其嚴重后果與防洪（擋潮）堤失事一樣，且較難修復因此防洪（擋潮）堤上的水閘級別只能高于或至少等于防洪（擋潮）堤的級別，而絕不能低于防洪（擋潮）堤的級別。
閘室一般采用胸墻式。當兼有泄水和通航任務時，宜采用開敞式。由于潮汐影響，閘門上承受強烈的涌潮沖擊力，故宜采用平面閘門。為盡量減少河道的進潮量和淤積量，擋潮閘宜建于海岸穩(wěn)定的河口附近。因濱海一帶地基多為粉、細沙或淤泥質粘性土，地基承載力小、壓縮性大、抗沖能力低、抗滑性能差、遇到地震容易液化等，為保證閘室和閘基的穩(wěn)定，防止地基產生較大沉陷或不均勻沉陷而影響閘室結構安全，擋潮閘一般采用輕型結構，并適當延長底板及鋪蓋的長度。對松軟地基，需進行加固處理。由于擋潮閘的閘下水位受潮汐影響，閘的孔徑需按過閘水流為非恒定流計算確定。大型擋潮閘的水力設計，應做水力模型試驗驗證。擋潮閘下游比較普遍存在淤積問題，由于沿海各地的潮汐類型及其挾沙能力，與河道的來水量及含沙量等各不相同，造成河口及海岸的淤積變化也不一樣,情況較為復雜,應充分考慮采取妥善措施解決閘下淤積問題。例如可將擋潮閘建于緊靠�？谔�，或在水源比較充裕的地區(qū)，利用清水定期沖淤，以及必要時采用機械清淤等辦法。
排水閘：排水閘是用以排泄洪澇漬等多余水量的水閘。常建于排水渠末端的江河沿岸堤防上。當江河水位上漲時，關閉閘門，可防外水倒灌；退落時，打開閘門，排除內澇漬水。當洼地內農田有蓄水灌溉要求時，也可關門蓄水或從江河引水。排水閘具有雙向擋水和雙向過流的特點，且堤內外水位差和變幅都較大，故多采用涵洞式或胸墻式。為及時將漬水降至最低水位,充分發(fā)揮排水效益,排水閘宜設在地勢低洼、排水通暢處。排水閘的工作閘門和消能防沖設施，一般布置在靠江河一側。具有雙向過流時，閘上下游均應考慮消能防沖。為使過閘水流通暢，減少出閘水流沖刷，閘上下游渠道應力求順直，閘下排水渠道需有足夠長度，使在排水期，江河水位很低或江河水位降落很快等閘下消能條件最壞的情況下，排水渠內仍有足夠水深，以避免閘下嚴重沖刷。排水渠出口，應設在江河彎道的凹岸，以免出口發(fā)生淤積。排水渠軸線應向江河下游方向傾斜，并與江河深泓成銳角相交。交角一般不宜大于60°。排水渠出口處，需沿江河做好護岸和護底工程，以免出口水位跌落，形成沖刷。
按閘室結構型式分
開敞式水閘，胸墻式水閘，涵洞式水閘。
水閘的組成
一、上游連接段
上游連接段由上游翼墻、護坡、護低和鋪蓋組成，將上游來水平順地引進閘室，同時起防沖、防滲、擋土等作用。
在兩岸設置的（上游）翼墻和護坡，引導水流平順地進入閘室。在河床設置的防沖槽、護底及鋪蓋，保護兩岸及河床免遭水流沖刷，并與閘室共同組成足夠長度的滲徑，確保滲透水流沿兩岸和閘基的抗?jié)B穩(wěn)定性。
二、下游連接段
下游連接段主要包括護坦（消力池）、海漫、下游防沖槽、下游翼墻和護坡等。用以引導出閘水流向下游均勻擴散，減緩流速，消除過閘水流剩余動能，防止水流對河床及兩岸的沖刷。
護坦（消力池）緊接閘室布置，負責承受上游水的怒氣，具有形成水躍和保護水躍范圍內河床允許受沖刷作用，是消能的主要措施。打鐵還需自身硬，自己的重量、強度和抗沖耐磨能力要足夠。
海漫：布置在消力池后面，繼續(xù)消除余能，調整流速分布，用塊石砌成。
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。
澆滅上游水的余火，讓它安安靜靜離開，也保護了下游河床。
下游翼墻：水流均勻擴散，并保護兩岸免受沖刷。
護坡：布海漫和防沖槽范圍內，一般用塊石。
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三、閘室
閘室是水閘的主體，包括水閘工作的各個主要部分、底板、 閘門、 啟閉機、閘墩、胸墻、岸墻、工作橋、交通橋等。
閘門用來擋水和控制過閘流量
閘墩用以分隔閘孔和支承閘門、胸墻、工作橋、交通橋等。
底板是閘室的基礎，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，兼有防滲和防沖的作用。
閘室分別與上下游連接段和兩岸或其他建筑物連接。
工作橋：供安裝啟閉機和工作人員操作機器之用。
岸墻：閘室與河岸的連接結構，主要以擋土，并且有側向防滲作用。
閘址選擇
節(jié)制閘或泄洪閘閘址宜選擇在河道順直、河勢相對穩(wěn)定的河段，經技術經濟比較后可以選擇在彎曲河段裁彎取直的新開河道上。
進水閘、分水閘或分洪閘閘址宜選擇在河岸基本穩(wěn)定的順直河段或彎道凹岸頂點稍偏下游處，但分洪閘閘址不宜選擇在險工堤段和被保護的重要城鎮(zhèn)下游堤段。
排水閘或泄洪閘閘址宜選擇在地勢低洼、出水暢通處，排水閘閘址宜選擇在靠近重要澇區(qū)和容泄區(qū)的老堤堤線上。擋潮閘閘址宜選擇在岸線和岸坡穩(wěn)定的潮汐河口附近，且閘址泓灘中淤變化較小、上游河道有足夠的蓄水容積地點。
水閘消能防沖過閘水流特點
出閘流速較大，紊動強烈。上游水位差較小。岀流形式隨閘門開啟程序變化。
水閘的沖刷
波狀水躍的產生：淹沒水躍沒有發(fā)生或水躍淹沒過大。岀流擴散下均勻，產生折沖水流。上下游水位差較小，形成波狀水躍，消能效率低。
基本消能方式：底流消能為主，有消力池，海漫，防沖槽等部分組成。其形式可根據水流情況，地形條件，施工能力消能效果等選用。
波狀水躍的防止措施：總體布置時，盡量使用上游渠道有一段較的順直段，確保來水順均勻；控制下游翼墻的擴散角，擴散角宜7～12，使水流均勻擴散；制定合理的閘的開啟程序，注意均勻起步，間隙對稱開啟原則，力避開啟，關閉時大起大落和多孔閘部分閘孔泄流的運用方式。
常用防滲及排水設施
水平防滲設備：齒墻，板墻和防滲墻等排水體與反濾層，主要目的是為改善排水為了繼續(xù)降壓，并將滲流安全的導向下游。
板樁的作用：鋪蓋前端或室底板上游端時，降低壓力，設在閘室底板下游側的矩板主要為減小出口處的滲壓力。
閘室結構布置：包括底板，閘墩，胸墻，閘門，工作橋和交通橋等部分。
閘墩作用：分隔閘孔，支承閘及上部結構胸墻作用，減少閘的高度，減輕立門重和降低對啟閉機重量的要求工作橋的作用：設置啟閉機和管理人員操作啟閉之用
水閘和河岸或堤，壩等連接時，必須設置連接建筑，包括：上，下游翼墻和便墩，有時還有防滲刺墻，其作用：
（1）擋住兩側填土，維持土壩及兩岸的穩(wěn)定。
（2）當水閘泄水或引水時，上游冀墻用于引導水流平順進閘，下游冀墻使出閘水流均勻擴散，減少沖刷。
（3）保持兩岸或土壩邊坡不受過閘水流的沖刷。
（4）控制通過閘身兩側的滲流，防止與其相連的岸坡或土壩產生滲透變形。
（5）在軟弱地基上設有獨立岸墻時，可以減少地基沉降對閘身應力的影響。
