浅谈水闸的设计、作用与发展前景

关键词：水利工程；水闸；作用；发展前景 

　　前言 

　　公元前598～前591年，楚令尹孙叔敖在今安徽省寿县建芍陂灌区时，即设五个闸门引水。以后随建闸技术的提高和建筑材料新品种的出现，水闸建设也日益增多。1949年后大规模现代化水闸的建设，在中国普遍兴起，并积累了丰富的经验。如长江葛洲坝枢纽的二江泄水闸，最大泄量为84000km3/s，位居中国首位，运行情况良好。国际上修建水闸的技术也在不断发展和创新，如荷兰兴建的东斯海尔德挡潮闸，闸高53m，闸身净长3km，被誉为海上长城。当前水闸的建设，正向形式多样化、结构轻型化、施工装配化、操作自动化和远动化方向发展。 

　　1.水闸及其作用 

　　主要利用闸门挡水和泄水的中低水头水工建筑物。关闭闸门，可以拦洪、挡潮、蓄水抬高上游水位，以满足上游取水或通航的需要。开启闸门，可以泄洪、排涝、冲沙、取水或根据下游用水的需要调节流量。水闸是控制水位、调节流量的低水头水工建筑物，是农田水利中龙头工程，常与堤坝、船闸、鱼道、水站、抽水站等建筑物组成水利枢纽，以满足防洪、排洪、航运、灌溉以及发电水利工程的需要。水闸在水利工程中的应用十分广泛，多建于河道、渠系、水库、湖泊及滨海地区。 

　　2.水闸的分类 

　　2.1按水闸所承担任务分 

　　2.1.1节制闸。调节水位，控制流量。枯水期借以抬高水位，以利取水和上游航运，洪水期用以控制流量。渠系建筑物中节制闸一般建于支渠分水口的下游，用以抬高水位，满足支渠引水需要。 

　　2.1.2进水闸：建在河道、湖泊的岸边或渠道，用来引水灌溉、发电或其他用水需要。灌溉渠系中建于干渠以下渠道首的进水闸，作用上把上一级渠道的水分下一级渠道，分水闸、斗门、农门排水闸建在江河沿岸排水渠出口处，外河上涨时，关闸门防水洪水倒灌，避免洪灾。当外河水位退落时，开闸排水防止涝灾。具有双面挡水的作用。挡潮闸建在河流入流的河口地段，以防止海水倒灌。抬高内河水位，满足蓄淡灌溉。退潮排涝。有通航孔，还可平潮时通潮。具有双向挡水作用――挡潮闸、排水闸分洪闸：常建于河道的一侧，用来将超过下游河道安全洪量的洪水泄入预定的湖泊、洼地，即使消减洪峰，保证下游河道安全。 

　　2.2按闸室结构型式分 

　　开敞式水闸和涵洞式水闸。 

　　3.水闸的组成 

　　水闸主要由上游连接段、闸室段和下游连接段组成。 

　　3.1上游连接段 

　　3.1.1作用。将上游来水平顺地引进闸室，同时起防冲、防渗、挡土等作用。 

　　3.1.2组成。上游翼墙：引导水流平顺进闸；铺盖：起防渗作用，并要起防冲作用；护坡、护底：保护河岸和河床不受冲刷；上游防冲槽：保护护岸头部，防止河床冲刷而护底方向发展。 

　　3.2下游连接段 

　　包括消力池、海漫、下游防冲槽、下游翼墙及护坡等（使水流经有效消能后平顺流出闸室，与下游河床段连接）。 

　　3.2.1消力池：紧接闸室布置，具有形成水跃和保护水跃范围内河床允许受冲刷作用，是消能的主要措施。 

　　3.2.2海漫：布置在消力池后面，继续消除余能，调整流速分布，用块石砌成。 

　　3.2.3防冲槽：海漫的末端防冲措施，防止海漫后河床冲刷向上游发展。 

　　3.2.4下游翼墙：水流均匀扩散，并保护两岸免受冲刷。 

　　3.2.5护坡：布海漫和防冲槽范围内，一般用块石。 

　　3.3闸室段。是水闸主体，包括底板、闸墩、闸门、胸墙、岸墙、工作桥和交通桥。 

　　3.3.1底板：闸室基础，承受闸室全部荷载，较均匀地将荷载传给地基并利用底板与地基图摩擦来维持闸室稳定，还有防冲、防渗作用。 

　　3.3.2闸墩：分割闸孔、支撑闸门和桥梁。 

　　3.3.3工作桥：供安装启闭机和工作人员操作机器之用。 

　　3.3.4岸墙：闸室与河岸的连接结构，主要以挡土，并且有侧向防渗作用。 

　　4.水闸的工作特点和设计要求 

　　4.1水闸的工作特点。水闸关门挡水时，闸室将承受上下游水位差所产生的水平推力，使闸室有可能向下游滑动。闸室的设计，须保证有足够的抗滑稳定性。同时在上下游水位差的作用下，水将从上游沿闸基和绕过两岸连接建筑物向下游渗透，产生渗透压力，对闸基和两岸连接建筑物的稳定不利，尤其是对建于土基上的水闸，由于土的抗渗稳定性差，有可能产生渗透变形，危及工程安全，故需综合考虑闸址地质条件、上下游水位差、闸室和两岸连接建筑物布置等因素，分别在闸室上下游设置完整的防渗和排水系统，确保闸基和两岸的抗渗稳定性。开门泄水时，闸室的总净宽度须保证能通过设计流量。闸的孔径，需按使用要求、闸门形式及考虑工程投资等因素选定。由于过闸水流形态复杂，流速较大，两岸及河床易遭水流冲刷，需采取有效的消能防冲措施。对两岸连接建筑物的布置需使水流进出闸孔有良好的收缩与扩散条件。建于平原地区的水闸地基多为较松软的土基，承载力小，压缩性大，在水闸自重与外荷载作用下将会产生沉陷或不均匀沉陷，导致闸室或翼墙等下沉、倾斜，甚至引起结构断裂而不能正常工作。 

　　4.2水闸设计的主要内容 

　　对闸室和翼墙等的结构形式、布置和基础尺寸的设计，需与地基条件相适应，尽量使地基受力均匀，并控制地基承载力在允许范围以内，必要时应对地基进行妥善处理。对结构的强度和刚度需考虑地基不均匀沉陷的影响，并尽量减少相邻建筑物的不均匀沉陷。此外，对水闸的设计还要求做到结构简单、经济合理、造形美观、便于施工、管理，以及有利于环境绿化等。