探究水利水电工程中水闸设计方案

时间：2024-04-24

吴营基

（广西业恒勘测设计有限公司，广西南宁 530001）

1 水利水电工程中水闸设计的具体内容

1.1 相关设计资料的收集

在水闸设计开始之前，为保证设计的科学合理性，通常都需要对工程当地的地质条件、自然环境等进行全面且详细的勘察与调查，并形成具体的地质、水质、水文、自然环境状况、气候条件以及以往自然灾害情况等报告。

1.2 水闸选址

水利水电工程中建设的水闸通常具有体积大、质量大等特点，所以其实际建设过程中对当地地质的承载能力要求较高。对此，在水闸选址时就需要做好当地地层的钻孔取样，然后对各区域的水文地质情况、自然情况等进行综合分析，以便从中找出最符合要求的位置。一般而言，岩土层的承载能力是首要参考指标。如果没有要求的岩土层，则需要选择承载力要与抗剪强度都能够满足要求的土质地基。

1.3 结构设计

水闸的结构关系到其功能的正常发挥，所以科学做好水闸结构设计至关重要。在水闸结构具体设计时需要结合首先研究分析当地的地势结构、水文条件等，然后根据水闸的功能要求对水闸的负载进行计算，确保闸室与翼墙等都达到相应的抗滑稳定性标准。其次，要对水闸坝体的整体机构和局部结构进行统筹规划和严格论证。

1.4 消能防冲设计

消能防冲设计也是水闸设计中的重要内容，其基本设计要求是保证上游能够储存更多的水资源，以有效控制水流工况。具体而言，设计中要求水闸能够将工况控制在一个下游水位按照规定取水下限值时其水闸水位在高点处的状态。根据这一要求，水闸设计时可以准确计算出系统消力池的深度以及闸门初始开启深度。

1.5 水闸类型的确定

随着水利水电工程的不断发展，人们已经研究出多种水闸，如敞开式、胸墙式、涵洞式等，且不同类型的水闸其功能、使用条件也各不相同。所以在水闸设计时必须结合水利水电工程的实际要求以及当地地形地貌、自然条件等进行科学选择。以下是较常应用的三种水闸其具体特点：

1）敞开式水闸。该水闸结构简单，底部较宽，因此易于排涝泄洪，且水流稳定；2）胸墙式水闸。该类型多用于水位波动较大且下游水量存在限制的河流；3）涵洞式水闸。该类型水闸多用于水位高且孔口尺寸受限的情况。

1.6 水位差设计

目前水闸水位差的具体标准是10 至30 米。在具体设计时还需根据地形情况进行计算调整，如平原地区水位差较小，而山区地带则应尽可能提高水位差。

1.7 闸孔尺寸设计

水闸闸孔尺寸的设计通常需要考虑到建设成本、水流流量与流速、水位高度等情况。一般而言，水闸闸孔尺寸不宜过大，以10 至14 米为宜。

1.8 防水槽与排水孔设计

防水槽与排水孔也是水闸设计种需要认真对待的。其中防水槽主要用于增强水闸末端的稳固性，通常用石块组成。排水孔主要用于消减水流对消力池底板的压力，其通常被设计在水平护板之后，一般为梅花形。

1.9 基础防渗面排水设计

基础防渗面是水闸重要的保护结构，但由于水位差所带来的水流势能将会对水闸造成极大冲击，所以必须对其防渗面排水进行科学设计。其具体排水设计思路为引上游水入河床，然后经过底板、消力池与反滤层等引入下游，如此确保其排水的有效性。同时还可以通过拓展上游水渗透途径来达到排水目的。

2 水利水电工程中水闸设计方案实证研究

为进一步了解水利水电工程中的水闸设计方法，此处笔者结合某工程实例对其水闸设计方案进行探讨。

2.1 工程概况

该水利水电工程项目主要用以发电和丰江水库反调节，同时兼具航运与改善水环境的作用。工程地处我国东江干流位置，整体由水电站、水闸与土坝等构成。

2.2 水闸设计方案

在水闸类型的选择上，由于该工程对水闸的泄洪能力要求较高，所以在设计时决定采用底部较宽、泄洪速度快且稳定、结构简单的敞开式闸室，以减少水闸建设施工的难度。其中闸门则设计为平面钢闸门。

在水位差的设计中，该工程综合考量工程造价、上游水位高度所可能带来的安全隐患等因素，最终决定将该工程的人校核水位设定在0.3 米以内。

在闸孔尺寸设计上，由于工程必须确保自身的泄洪稳定性，所以堰顶与河床高度被设计为27.5 米。然后设计中又通过对工程造价、挡水水位高度、水流流速与流量、建设工期等进行综合分析，最终确定减少闸孔数量。但由于闸孔数量减少需要相应增大闸孔宽度，如此又会进一步增大水闸占地面积与成本投入，所以结合0.3 米的校核水位对其闸孔尺寸进行计算得出：如果闸孔宽度为10 米，则其需要的闸孔数为33 个；如果闸孔宽度为14 米，则其需要的闸孔数为20 个。最后结合工程的实际情况分析出闸孔宽度14 米时最为合理。