探究水利水電工程中水閘設計方案

吳營基

（廣西業恒勘測設計有限公司，廣西 南寧 530001）

1 水利水電工程中水閘設計的具體內容

1.1 相關設計資料的收集

在水閘設計開始之前，為保證設計的科學合理性，通常都需要對工程當地的地質條件、自然環境等進行全面且詳細的勘察與調查，并形成具體的地質、水質、水文、自然環境狀況、氣候條件以及以往自然災害情況等報告。

1.2 水閘選址

水利水電工程中建設的水閘通常具有體積大、質量大等特點，所以其實際建設過程中對當地地質的承載能力要求較高。對此，在水閘選址時就需要做好當地地層的鉆孔取樣，然后對各區域的水文地質情況、自然情況等進行綜合分析，以便從中找出最符合要求的位置。一般而言，巖土層的承載能力是首要參考指標。如果沒有要求的巖土層，則需要選擇承載力要與抗剪強度都能夠滿足要求的土質地基。

1.3 結構設計

水閘的結構關系到其功能的正常發揮，所以科學做好水閘結構設計至關重要。在水閘結構具體設計時需要結合首先研究分析當地的地勢結構、水文條件等，然后根據水閘的功能要求對水閘的負載進行計算，確保閘室與翼墻等都達到相應的抗滑穩定性標準。其次，要對水閘壩體的整體機構和局部結構進行統籌規劃和嚴格論證。

1.4 消能防沖設計

消能防沖設計也是水閘設計中的重要內容，其基本設計要求是保證上游能夠儲存更多的水資源，以有效控制水流工況。具體而言，設計中要求水閘能夠將工況控制在一個下游水位按照規定取水下限值時其水閘水位在高點處的狀態。根據這一要求，水閘設計時可以準確計算出系統消力池的深度以及閘門初始開啟深度。

1.5 水閘類型的確定

隨著水利水電工程的不斷發展，人們已經研究出多種水閘，如敞開式、胸墻式、涵洞式等，且不同類型的水閘其功能、使用條件也各不相同。所以在水閘設計時必須結合水利水電工程的實際要求以及當地地形地貌、自然條件等進行科學選擇。以下是較常應用的三種水閘其具體特點：

1） 敞開式水閘。該水閘結構簡單，底部較寬，因此易于排澇泄洪，且水流穩定；2） 胸墻式水閘。該類型多用于水位波動較大且下游水量存在限制的河流；3） 涵洞式水閘。該類型水閘多用于水位高且孔口尺寸受限的情況。

1.6 水位差設計

目前水閘水位差的具體標準是10 至30 米。在具體設計時還需根據地形情況進行計算調整，如平原地區水位差較小，而山區地帶則應盡可能提高水位差。

1.7 閘孔尺寸設計

水閘閘孔尺寸的設計通常需要考慮到建設成本、水流流量與流速、水位高度等情況。一般而言，水閘閘孔尺寸不宜過大，以10 至14 米為宜。

1.8 防水槽與排水孔設計

防水槽與排水孔也是水閘設計種需要認真對待的。其中防水槽主要用于增強水閘末端的穩固性，通常用石塊組成。排水孔主要用于消減水流對消力池底板的壓力，其通常被設計在水平護板之后，一般為梅花形。

1.9 基礎防滲面排水設計

基礎防滲面是水閘重要的保護結構，但由于水位差所帶來的水流勢能將會對水閘造成極大沖擊，所以必須對其防滲面排水進行科學設計。其具體排水設計思路為引上游水入河床，然后經過底板、消力池與反濾層等引入下游，如此確保其排水的有效性。同時還可以通過拓展上游水滲透途徑來達到排水目的。

2 水利水電工程中水閘設計方案實證研究

為進一步了解水利水電工程中的水閘設計方法，此處筆者結合某工程實例對其水閘設計方案進行探討。

2.1 工程概況

該水利水電工程項目主要用以發電和豐江水庫反調節，同時兼具航運與改善水環境的作用。工程地處我國東江干流位置，整體由水電站、水閘與土壩等構成。

2.2 水閘設計方案

在水閘類型的選擇上，由于該工程對水閘的泄洪能力要求較高，所以在設計時決定采用底部較寬、泄洪速度快且穩定、結構簡單的敞開式閘室，以減少水閘建設施工的難度。其中閘門則設計為平面鋼閘門。

在水位差的設計中，該工程綜合考量工程造價、上游水位高度所可能帶來的安全隱患等因素，最終決定將該工程的人校核水位設定在0.3 米以內。

在閘孔尺寸設計上，由于工程必須確保自身的泄洪穩定性，所以堰頂與河床高度被設計為27.5 米。然后設計中又通過對工程造價、擋水水位高度、水流流速與流量、建設工期等進行綜合分析，最終確定減少閘孔數量。但由于閘孔數量減少需要相應增大閘孔寬度，如此又會進一步增大水閘占地面積與成本投入，所以結合0.3 米的校核水位對其閘孔尺寸進行計算得出：如果閘孔寬度為10 米，則其需要的閘孔數為33 個；如果閘孔寬度為14 米，則其需要的閘孔數為20 個。最后結合工程的實際情況分析出閘孔寬度14 米時最為合理。

2.3 水閘泄洪能力計算

在做好前期設計工作后，還需要對該工程的泄洪能力進行計算，以驗證水閘設計的科學合理性。

泄洪能力的計算主要運用堰流計算公式，即先關閉電站與船閘，然后打開全部閘門讓水下泄，此時通過水閘的水流即為堰流，設計人員需要以堰流數據作為計算參數來計算出水閘的泄洪能力。

3 結語

水利水電工程水閘設計具有極強的專業性，且需要設計人員具備豐富設計經驗，能夠結合工程項目實際情況統籌規劃、綜合考量。