水库水闸基本尺寸设计探讨

摘要：基本尺寸的确定是水库水闸建设的重要环节，对建成投入使用后水闸整体功能的发挥有着重要影响。本文结合工程实例，重点围绕闸顶高程、堰型选择、闸室底板高程、闸孔总净宽和闸室单孔宽和总宽度等方面探讨了水库水闸基本尺寸的设计工作，并选择最优的尺寸设计方案，以供类似工程借鉴。 
关键词：水库水闸；基本尺寸；堰型选择；设计 
　　随着社会经济建设步伐的加快，国家加大了对城乡水利基础设施建设的投资力度，水利工程建设数量日益增加。水库水闸作为水利工程重要的水头水工建筑物，主要担负着挡水和泄水的任务，在改善城乡环境、促进经济发展等方面发挥着不可替代的作用。目前。水库水闸基本尺寸的确定在一定程度上影响了水利工程的规模，特别是闸顶高程、堰型选择、闸室底板高程、闸孔总净宽和闸室单孔宽和总宽度的尺寸设计，但一些施工单位为争取项目的投资，在水闸的基本尺寸确定过程中往往会凭主观意识来确定水闸的基本尺寸，这不仅影响到工程投入使用后整体功能的发挥，而且也会造成不必要的资源浪费。因此，如何选择一个满足泄流、满足防洪标准同时经济指标又合理的基本尺寸就成为了水利工程人员面临的难题。 
　　1 工程概况 
　　某水库水闸，闸室为开敞式宽顶堰型浆砌石结构，共设14孔，闸孔总净宽35m，其中中间6孔净宽均为2.30m，其余8孔净宽均为2.65m，闸墩厚0.90m。闸底板高程5.90m，闸孔高度中间12孔均为4.50m，两端边孔为3.55m。闸墩上游侧设闸门启闭机室，下游侧设人行便桥。进水闸设于河道右岸闸轴线上游15m处，为开敞式浆砌石结构，闸孔净宽2.8m、高1.5m，设计引水流量2.0m3/s。 
　　2009年2月，该水闸的安全鉴定报告通过市水利局的审查，根据该水闸的安全鉴定结论，确定该水闸为四类闸，需拆除重建。该水闸重建工程的流量及特征水位详见表1。 
　　根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）、《水闸设计规范》（SL265-2001），该水闸工程的过闸流量为661.66m3/s，该水闸过闸流量介于100～1000m3/s，确定本工程等别为Ⅲ等，工程规模为中型，相应主要建筑物等级为3级，次要建筑物为4级，临时建筑物为5级。 
　　2 水闸基本尺寸确定 
　　（1）闸顶高程 
　　该工程为Ⅲ等中型工程，主要建筑级别为3级，根据《水闸设计规范》（SL265-2001）第4.2.4条规定，水闸闸顶高程应根据挡水和泄水两种运用情况确定。 
　　（1）挡水时，闸顶高程不应低于水闸正常蓄水位（或最高挡水位）加波浪计算高度与相应安全超高值之和。安全超高下限值，正常蓄水位时为0.4m，最高挡水位时为0.3m。 
　　（2）泄水时，闸顶高程不应低于设计洪水位（或校核洪水位）与相应安全超高值之和。安全超高下限值，设计洪水位时为0.7m，校核洪水位时为0.5m。且闸顶桥梁底高程应高出最高洪水位不小于0.5m。 
　　闸顶高程确定，主要是根据挡水和泄水两种运用情况并结合闸前水深、吹程以及设计风速计算波浪爬高进行确定的，经计算闸顶超高及闸顶高程计算结果列于表2，计算闸顶高程最高为10.95m，该工程取11.00m。 
　　（2）堰型确定 
　　堰型选择的主要考虑因素：①运用灵活安全可靠、泄流能力稳定；②有利于排砂防淤积，尽量降低泄洪时闸前水位的壅高程；③施工方便、结构安全可靠。综合以上因素并结合工程本地区特点，该水闸选择开敞式平底宽顶堰为堰型。 
　　（3）闸室底板高程 
　　根据《水闸设计规范》条文说明4.2.5条，“一般情况下，为了多泄（引）水，多冲砂，节制闸、泄洪闸、进水闸或冲砂闸闸槛高程宜于河底齐平”，同时结合类似工程经验，水闸闸槛高程与河底齐平，有利于泄水冲沙和减小工程投资。 
　　该工程原旧水闸底板由于经多次加固后，现状高程为5.90m，旧水闸闸室上下游河床高程约为4.50～5.85m，为了寻找一个满足泄流、满足防洪标准同时经济指标又合理的底板高程，该工程初选定该水闸底板高程4.50m、5.00m、5.50m三个方案进行比较，详见表3。 
　　根据以上3个方案比较结果，不同闸底板高程对水闸泄流能力影响不大，闸上水头壅高值均在规范允许范围内。根据水闸调度原则，采用水力计算方法确定消能方式，当闸底板在高程5.5m，下游消能效果开始变差，需要消力池降低30cm以满足消能要求，伴随底板不断抬高，闸室部分工程量不断减少，但下游消能部分和水闸基础的处理不断加大，其中以闸底板在高程5.0m工程直接投资最小，经综合考虑，本阶段拟定重建闸室底板高程为5.00m，基本与上下游河床持平，且略低于旧闸底板高程，有利于增大水闸的过流能力，减少工程投资。 
　　（4）水闸总净宽 
　　根据地形、地质钻探资料，该水闸闸址河道宽49.50m，下游河床为中、粗砂层，按照《水闸设计规范》（SL265-2001）有关内容，水闸总宽度按以下3个因素控制。 
　　（1）过闸水位差0.1～0.3m。 
　　（2）过闸单宽流量10m3/s·m～15m3/s·m。 
　　（3）与河道总宽度的比值不小于0.85。 
　　闸孔总净宽按《水闸设计规范》（SL265-2001）推荐公式（A.0.2-1）计算。