農田水利工程中水閘設計的特點探析
發布時間：
2017-11-16 09:05
來源：
【摘 要】農業發展是國家的重要基礎，而水利工程的建設對農業發展會產生直接影響，所以我們必須掌握水利工程建設過程中的相關技術，在水閘工程設計中，排水與止水的問題最值得重視的，解決好排水與止水問題，水閘的設計也就完成了一半，所以本文重在針對水閘設計中的一些問題，比如消力池排水孔、閘基防滲面層排水、翼墻排水孔和止水伸縮縫等多個問題進行詳細的分析，希望能為我國水利工程的建設提供一些具有可行性的建議。
【關鍵詞】農田水利工程；水閘設計；特點
我國平原面積廣闊，這些地區地勢比較平緩，農業發達，很容易出現洪澇災害，為了克服洪澇災害，滿足灌溉和航運需要，我國大部分水利樞紐都需要修建水閘。另外在各種各樣的渠道中，要想有效的控制河流的流量、水位，防止泥沙沉積在渠道中也要建設水閘。我們可以用水閘擋水，也可以利用水閘泄洪。通過控制閘門還可以調節水位。
一般來說我們都將水閘建立在軟土地基上，但是它也可以修建在巖基或者是土基上。一般來說水閘既可以泄水又可以擋水，而造成水閘工作條件復雜的主要有兩個原因，一是水頭低而且變化大，二是水閘的地基條件差。所以，水閘和其它用于擋水的建筑不同，它有許多自己的工作特點。
1.水閘的具體工作特點
（1）穩定問題。在正常使用水閘時，攔截上游的水位一般比較高，這樣就導致水閘上游和下游之間產生很大的水位差，會出現水平壓力過大的現象，從而使水閘向下游方向移動。要想穩定自身，水閘必須擁有一定的重量。另外，水閘在建成以后，如果還沒有擋水或者是在正常使用的情況下遇到無水期，就會產生很大的垂直荷載，這樣基底的實際壓力就會大大超過地基能夠承受的承載力，從而出現地基變形或者是出現閘基土被擠出的現象，這很容易造成水閘與地基出現滑動的危險。所以，在修建水閘時必須保證基礎的面積，這樣才能有效的降低基底的壓應力。
（2）滲流問題。水閘在進行擋水時，就會造成上下游水位出現差值，在這種作用下，就會在水閘、閘基與兩岸的連接處出現滲流的現象。如果出現滲流，就會在水閘的底部產生向上的揚壓力，這就會縮小水閘的重力作用，從而使水閘的抗滑穩定性大大降低。如果兩岸和閘基都是采用土基，再出現滲流時也會帶走一些細顆粒，這就會在閘后出現翻砂鼓水的現象。如果嚴重的話還會掏空兩岸和閘基。另外，如果出現側向滲透，會產生水平的壓力，對兩岸的連接建筑物都會有很大影響，使其穩定性大大下降。還有可能導致岸坡上出現滲透現象，從而加大閘底的滲透壓力。如果滲流水量過大，還會對水閘的擋水功能產生影響，妨礙蓄水。
（3）沖刷問題。在開閘泄水時，如果水閘下游水位很淺或者是沒有水，在水位差的作用下，就會加大水流的流速，這種巨大的能量會對下游有嚴重的沖刷。一旦沖刷的范圍過大，就會掏空閘基，造成水閘失事。另外，一般在水閘的兩岸都是軟弱的巖層或者是土層，如果修建水閘時開設過多的閘孔，一旦開啟某一個閘孔就會形成折沖水流，這就會嚴重沖刷下游河岸，對水閘的安全和穩定性都會產生影響。
（4）沉陷問題。軟土具有很大的壓縮性，如果將水閘建設在軟土地基上，就會在水閘自身以及外部的荷載作用下出現沉陷現象。特別是在底板傳到地基上的荷載分布不均勻時，或者是分布在地基土層的荷載不均勻時，更容易出現沉陷現象。這種地基沉陷還會導致水閘出現下沉，或者是閘室傾斜。如果嚴重有可能造成水閘斷裂，這對水閘的正常運行會產生很大影響。
2.水閘的具體分類
（1）進水閘。通過在河道、水庫、渠道或者是湖泊上修建水閘，就可以進行農業灌溉、水利發電或者是其他水利事業，而控制入渠流量的水閘就是進水閘。一般進水閘都修建在渠道的渠首位置，所以這種水閘又被叫做渠首閘。
（2）節制閘。一般來說用于調節流量和水位的水閘被稱為節制閘。它主要是用于在枯水期截斷河流，從而使水位升高，這樣就可以在上游進行航運或者是滿足進水閘取水的需要。而在洪水期，節制閘可以有效的控制下游的泄流量。由于這種水閘主要是為了攔截河流建造的，所以又叫做攔河閘。
（3）排水閘。一般在江河的沿岸都會修建排水閘。當出現外河水位上漲的現象時，就關閉閘門，這樣就不會出現江河洪水倒灌的現象。如果河水水位推落時就打開閘門，這樣就可以將漬水排出。這種閘門的閘身較高，但是底板高程比較低，而且要受到雙向水頭的作用，這是因為排水閘既要負責排除洼地的積水，又要負責擋住外河水位。
（4）擋潮閘。沿海地區遭受潮水的影響，為了防止海水倒灌入河，需修建擋潮閘。擋潮閘還可用來抬高內河水位，達到蓄淡灌溉的目的；內河兩岸受澇時，可利用擋潮閘在退潮時排澇；建有通航孔的擋潮閘，可在平潮時期開閘通航。因此，擋潮閘的作用是擋潮、蓄淡、泄洪、排澇，其特點亦是受有雙向水頭作用。
（5）分洪閘。在江河適當地段的一側修建分洪閘，當較大洪水來臨時開閘分泄一部分下游河道容納不下的洪水，進入閘后的洼地、湖泊等蓄洪區、滯洪區或下游不同的支流，以減小洪水對下游的威脅。這類水閘的特點是，泄水能力大，以利及時分洪。
3.水閘設計要點
（1）攔河閘基本型式和尺寸的確定。攔河閘承擔的任務主要是攔斷河流和壅高河中水位以保證引水的需要。需要壅高的水位，稱為正常壅水位，亦稱正常擋水位。對于灌溉取水工程，該水位是根據灌區規劃對引水高程的要求確定的。洪水時期，攔河閘則開閘泄水。為了滿足泄洪要求，攔河閘應具有足夠的閘孔尺寸。泄洪時，閘前的洪水位往往要高于閘前的正常壅水位，故攔河閘的閘前最高水位取決于閘前洪水位的高低。為了滿足引水要求而確定的閘前正常壅水位是攔河閘的正常擋水高程，而泄洪量的大小和閘前洪水位的高低，則直接影響攔河閘的高度、閘孔的型式和尺寸、閘的上游淹沒損失以及對閘下游消能防沖的要求和工程量的大小等。
（2）進水閘基本型式和尺寸的確定。從天然河道取水，按取水方式一般可分為無壩取水和有壩（閘）取水兩種方式。當天然河道水量豐富，水位也能滿足引水要求時，可采取無壩取水方式，即直接在渠首修建進水閘引水；當天然河道水位不能滿足引水要求或引水流最較大時，由于引水有困難，常需采取有壩取水方式，即除了在渠首修建進水閘引水外，還需在河道中修建攔河壩（閘），攔斷河流，壅高水位，迫水入渠，以滿足進水閘引水要求。
進水閘是修建在渠首按需要引水的建筑物，當不需要引水時，則關閘擋水，以免河水進入渠道。顯然，進水閘不但要有足夠的閘孔尺寸，以滿足引水要求；還要有一定的高度，以阻擋河中水流和洪水漫頂，否則就不能完成按需要引水的任務。
4.結語
通過上文所述，在水利工程建設中水閘工程的設計，消力池的底板應在后面的部分設置垂直的排水孔，以有效排除上游來的滲流。水閘的平鋪式排水體應當從水閘底板的出口的后半部分的水平整流段進行鋪設與維護，并堅持連續到消力池的排水孔的下端。 [科]
【參考文獻】
[1]山東省水利勘測設計院編.水閘設計實例，1984.
[2]杜鑫.淺談水閘水力消能設計[J].中國新技術新產品，2012（18）.
[3]劉萬新，許輝，唐文堅.虛擬現實技術在水閘工程設計中的應用[J].人民長江，2012（07）.
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【摘 要】農業發展是國家的重要基礎，而水利工程的建設對農業發展會產生直接影響，所以我們必須掌握水利工程建設過程中的相關技術，在水閘工程設計中，排水與止水的問題最值得重視的，解決好排水與止水問題，水閘的設計也就完成了一半，所以本文重在針對水閘設計中的一些問題，比如消力池排水孔、閘基防滲面層排水、翼墻排水孔和止水伸縮縫等多個問題進行詳細的分析，希望能為我國水利工程的建設提供一些具有可行性的建議。
【關鍵詞】農田水利工程；水閘設計；特點
我國平原面積廣闊，這些地區地勢比較平緩，農業發達，很容易出現洪澇災害，為了克服洪澇災害，滿足灌溉和航運需要，我國大部分水利樞紐都需要修建水閘。另外在各種各樣的渠道中，要想有效的控制河流的流量、水位，防止泥沙沉積在渠道中也要建設水閘。我們可以用水閘擋水，也可以利用水閘泄洪。通過控制閘門還可以調節水位。
一般來說我們都將水閘建立在軟土地基上，但是它也可以修建在巖基或者是土基上。一般來說水閘既可以泄水又可以擋水，而造成水閘工作條件復雜的主要有兩個原因，一是水頭低而且變化大，二是水閘的地基條件差。所以，水閘和其它用于擋水的建筑不同，它有許多自己的工作特點。
1.水閘的具體工作特點
（1）穩定問題。在正常使用水閘時，攔截上游的水位一般比較高，這樣就導致水閘上游和下游之間產生很大的水位差，會出現水平壓力過大的現象，從而使水閘向下游方向移動。要想穩定自身，水閘必須擁有一定的重量。另外，水閘在建成以后，如果還沒有擋水或者是在正常使用的情況下遇到無水期，就會產生很大的垂直荷載，這樣基底的實際壓力就會大大超過地基能夠承受的承載力，從而出現地基變形或者是出現閘基土被擠出的現象，這很容易造成水閘與地基出現滑動的危險。所以，在修建水閘時必須保證基礎的面積，這樣才能有效的降低基底的壓應力。
（2）滲流問題。水閘在進行擋水時，就會造成上下游水位出現差值，在這種作用下，就會在水閘、閘基與兩岸的連接處出現滲流的現象。如果出現滲流，就會在水閘的底部產生向上的揚壓力，這就會縮小水閘的重力作用，從而使水閘的抗滑穩定性大大降低。如果兩岸和閘基都是采用土基，再出現滲流時也會帶走一些細顆粒，這就會在閘后出現翻砂鼓水的現象。如果嚴重的話還會掏空兩岸和閘基。另外，如果出現側向滲透，會產生水平的壓力，對兩岸的連接建筑物都會有很大影響，使其穩定性大大下降。還有可能導致岸坡上出現滲透現象，從而加大閘底的滲透壓力。如果滲流水量過大，還會對水閘的擋水功能產生影響，妨礙蓄水。
（3）沖刷問題。在開閘泄水時，如果水閘下游水位很淺或者是沒有水，在水位差的作用下，就會加大水流的流速，這種巨大的能量會對下游有嚴重的沖刷。一旦沖刷的范圍過大，就會掏空閘基，造成水閘失事。另外，一般在水閘的兩岸都是軟弱的巖層或者是土層，如果修建水閘時開設過多的閘孔，一旦開啟某一個閘孔就會形成折沖水流，這就會嚴重沖刷下游河岸，對水閘的安全和穩定性都會產生影響。
（4）沉陷問題。軟土具有很大的壓縮性，如果將水閘建設在軟土地基上，就會在水閘自身以及外部的荷載作用下出現沉陷現象。特別是在底板傳到地基上的荷載分布不均勻時，或者是分布在地基土層的荷載不均勻時，更容易出現沉陷現象。這種地基沉陷還會導致水閘出現下沉，或者是閘室傾斜。如果嚴重有可能造成水閘斷裂，這對水閘的正常運行會產生很大影響。
2.水閘的具體分類
（1）進水閘。通過在河道、水庫、渠道或者是湖泊上修建水閘，就可以進行農業灌溉、水利發電或者是其他水利事業，而控制入渠流量的水閘就是進水閘。一般進水閘都修建在渠道的渠首位置，所以這種水閘又被叫做渠首閘。
（2）節制閘。一般來說用于調節流量和水位的水閘被稱為節制閘。它主要是用于在枯水期截斷河流，從而使水位升高，這樣就可以在上游進行航運或者是滿足進水閘取水的需要。而在洪水期，節制閘可以有效的控制下游的泄流量。由于這種水閘主要是為了攔截河流建造的，所以又叫做攔河閘。
（3）排水閘。一般在江河的沿岸都會修建排水閘。當出現外河水位上漲的現象時，就關閉閘門，這樣就不會出現江河洪水倒灌的現象。如果河水水位推落時就打開閘門，這樣就可以將漬水排出。這種閘門的閘身較高，但是底板高程比較低，而且要受到雙向水頭的作用，這是因為排水閘既要負責排除洼地的積水，又要負責擋住外河水位。
（4）擋潮閘。沿海地區遭受潮水的影響，為了防止海水倒灌入河，需修建擋潮閘。擋潮閘還可用來抬高內河水位，達到蓄淡灌溉的目的；內河兩岸受澇時，可利用擋潮閘在退潮時排澇；建有通航孔的擋潮閘，可在平潮時期開閘通航。因此，擋潮閘的作用是擋潮、蓄淡、泄洪、排澇，其特點亦是受有雙向水頭作用。
（5）分洪閘。在江河適當地段的一側修建分洪閘，當較大洪水來臨時開閘分泄一部分下游河道容納不下的洪水，進入閘后的洼地、湖泊等蓄洪區、滯洪區或下游不同的支流，以減小洪水對下游的威脅。這類水閘的特點是，泄水能力大，以利及時分洪。
3.水閘設計要點
（1）攔河閘基本型式和尺寸的確定。攔河閘承擔的任務主要是攔斷河流和壅高河中水位以保證引水的需要。需要壅高的水位，稱為正常壅水位，亦稱正常擋水位。對于灌溉取水工程，該水位是根據灌區規劃對引水高程的要求確定的。洪水時期，攔河閘則開閘泄水。為了滿足泄洪要求，攔河閘應具有足夠的閘孔尺寸。泄洪時，閘前的洪水位往往要高于閘前的正常壅水位，故攔河閘的閘前最高水位取決于閘前洪水位的高低。為了滿足引水要求而確定的閘前正常壅水位是攔河閘的正常擋水高程，而泄洪量的大小和閘前洪水位的高低，則直接影響攔河閘的高度、閘孔的型式和尺寸、閘的上游淹沒損失以及對閘下游消能防沖的要求和工程量的大小等。
（2）進水閘基本型式和尺寸的確定。從天然河道取水，按取水方式一般可分為無壩取水和有壩（閘）取水兩種方式。當天然河道水量豐富，水位也能滿足引水要求時，可采取無壩取水方式，即直接在渠首修建進水閘引水；當天然河道水位不能滿足引水要求或引水流最較大時，由于引水有困難，常需采取有壩取水方式，即除了在渠首修建進水閘引水外，還需在河道中修建攔河壩（閘），攔斷河流，壅高水位，迫水入渠，以滿足進水閘引水要求。
進水閘是修建在渠首按需要引水的建筑物，當不需要引水時，則關閘擋水，以免河水進入渠道。顯然，進水閘不但要有足夠的閘孔尺寸，以滿足引水要求；還要有一定的高度，以阻擋河中水流和洪水漫頂，否則就不能完成按需要引水的任務。
4.結語
通過上文所述，在水利工程建設中水閘工程的設計，消力池的底板應在后面的部分設置垂直的排水孔，以有效排除上游來的滲流。水閘的平鋪式排水體應當從水閘底板的出口的后半部分的水平整流段進行鋪設與維護，并堅持連續到消力池的排水孔的下端。 [科]
【參考文獻】
[1]山東省水利勘測設計院編.水閘設計實例，1984.
[2]杜鑫.淺談水閘水力消能設計[J].中國新技術新產品，2012（18）.
[3]劉萬新，許輝，唐文堅.虛擬現實技術在水閘工程設計中的應用[J].人民長江，2012（07）.
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