农田水利工程中的水闸设计

[摘 要]随着农田水利工程的不断进步，研究其中的水闸设计凸显出重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了农田水利工程中水闸设计要点。在探讨消能防冲设计及闸室安全计算的同时，研究了该项工作中需要注意的问题及解决方法。

[关键词]农田；水利工程；水闸；设计

中图分类号：TV221 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）13-0378-01

一、前言

作为农田水利工程的重要组成部分，水闸的设计在近期得到了长足的发展和进步。该项课题的研究，将会更好地对水闸设计起到指导作用，从而有效提升农田水利工程设计与建造的效果。本文从概述相关内容着手本课题的研究。

二、概述

水闸在进行防洪、航运、灌溉和排涝工作上都起到了极大的作用，为社会和经济的发展做出了巨大的贡献。我国平原面积广阔，这些地区地势比较平缓，农业发达，很容易出现洪涝灾害，为了克服洪涝灾害，满足灌溉和航运需要，我国大部分水利枢纽都需要修建水闸。另外在各种各样的渠道中，要想有效的控制河流的流量、水位，防止泥沙沉积在渠道中也要建设水闸。一般来说水闸既可以泄水又可以挡水，而造成水闸工作条件复杂的主要有两个原因，一是水头低而且变化大，二是水闸的地基条件差。所以，水闸和其它用于挡水的建筑不同，它有许多自己的工作特点。

在水利工程水闸施工前，需要进行严格的技术审核工作，由项目总工组织实施，针对项目特点和技术要求，需采取可行性的水闸技术施工方案，严格遵循质量管理制度，全面审核水闸施工工程技术人员的整体素质等。尤其是在进行会审施工设计图纸的过程中，要求项目技术人员必须掌握施工中的关键技术质量指标，对于施工过程中可能出现的技术问题，及时纠正和解决问题，从源头上控制技术管理漏洞和安全隐患的发生。

三、农田水利工程中水闸设计要点

进行水闸设计，首先要根据水闸承担的任务和当地的具体条件确定水闸的基本型式和主要尺寸。如为了满足“既挡水、又泄（引）水”的要求，需要确定出闸孔宽度、孔数、闸高以及闸孔型式和闸底板高程等作为水闸设计的基本依据。

1.拦河闸基本型式和尺寸的确定

拦河闸承担的任务主要是拦断河流和壅高河中水位以保证引水的需要。需要壅高的水位，称为正常壅水位，亦称正常挡水位。对于灌溉取水工程，该水位是根据灌区规划对引水高程的要求确定的。洪水时期，拦河闸则开闸泄水。为了满足泄洪要求，拦河闸应具有足够的闸孔尺寸。泄洪时，闸前的洪水位往往要高于闸前的正常壅水位，故拦河闸的闸前最高水位取决于闸前洪水位的高低。为了满足引水要求而确定的闸前正常壅水位是拦河闸的正常挡水高程，而泄洪量的大小和闸前洪水位的高低，则直接影响拦河闸的高度、闸孔的型式和尺寸、闸的上游淹没损失以及对闸下游消能防冲的要求和工程量的大小等。

2.进水闸基本型式和尺寸的确定

从天然河道取水，按取水方式一般可分为无坝取水和有坝（闸）取水两种方式。当天然河道水量丰富，水位也能满足引水要求时，可采取无坝取水方式，即直接在渠首修建进水闸引水；当天然河道水位不能满

足引水要求或引水流最较大（占河道来水30%以上）时，由于引水有困难，常需采取有坝取水方式，即除了在渠首修建进水闸引水外，还需在河道中修建拦河坝（闸），拦断河流，壅高水位，迫水入渠，以满足进水闸引水要求。进水闸是修建在渠首按需要引水的建筑物，当不需要引水时，则关闸挡水，以免河水进入渠道。显然，进水闸不但要有足够的闸孔尺寸，以满足引水要求；还要有一定的高度，以阻挡河中水流和洪水漫顶，否则就不能完成按需要引水的任务。

四、水闸设计中消能防冲设计及闸室安全计算

目前的水闸消能设计和控制，往往是以闸高水位为基准，将比基准高的水位进行排除，并且对于下游的水位要取最低的下限值，这样做可以保障水闸的建设顺利开展。这种工况下的闸门初始开启度往往也是消力池深度计算的控制因素。对于水闸的防冲设计，还有很多方面的计算不是很明确，很多因素还不能确定，因此还需要我们对其进行进一步的研究和探讨。

消能防冲是水闸的主要作用和内容，在设计时主要包括对工程的工况和设施的计算、控制，对消力池面积、深度的计算和控制，以及对河床冲刷要求能力的计算等。对于工况所需要的设计目标和要求的计算，在水闸设计中往往不是很能做到完全准确，因此如何达到这一要求，是水闸消能防冲设计所追求的目标。

闸室的安全与稳定对于水闸功能的发挥具有重要的作用，因此对于水闸的闸室需要进行一些计算，确保其安全。需要计算的主要包括负载组合、基底应力计算、抗滑稳定计算等。其中荷载组合又可以为基本组合和特殊组合两种，不同的组合方式又有所差别。而基底应力的计算包括力矩计算、正常运用情况下的基底应力以及竣工检修情况的计算等。抗滑稳定计算需要计算闸室在正常运用情况下的总弯矩以及总重，以此来得出抗滑稳定系数。

五、农田水闸设计需要注意的问题及解决方法

水闸的设计对于水闸作用的发挥意义重大，对水闸设计需要注意的问题进行分析和研究，可以提高水闸的设计水平进而促进农田水利建设的发展，以下是水闸设计需要注意的问题的分析和研究。

1.抗滑稳定性和抗渗稳定性

在农田水利工程建设中，水闸在关门挡水时，闸室会承受由于上下游水位差造成的水平推力，进而可能使闸室向下游滑动，导致水闸的稳定性出现问题。所以，水闸闸室的设计，要保证有足够的抗滑稳定性。由于上下游水位差的存在，水会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，进而会对闸基和两岸连接建筑物的稳定性产生不利影响，尤其是建于土基上的水闸，由于土的抗渗稳定性差，有可能会使水闸产生渗透变形的状况，危及水闸工程建设的安全，所以需要对闸址的地质条件、上下游水位差、闸室和两岸连接建筑物分布特点等因素进行综合分析和考虑，可以分别在闸室上下游设置完整的防渗和排水系统，以确保闸基和两岸的抗渗稳定性，保证水闸的稳定性。

2.水流冲刷问题

水闸在开门泄水时，闸室的总净宽度要保证能通过设计流量，闸的孔径也需要按照使用要求、水闸闸门形式和工程建设成本等因素进行合理的选定。由于过闸水流形态较为复杂且流速较大，两岸及河床易遭水流冲刷，需要采取科学有效的消能防冲措施，并要保证两岸连接建筑物的布置可以使水流进出闸孔有良好的收缩和扩散条件。

3.沉陷问题

建于平原地区的水闸的地基大多是较为松软的土基，土基具有承载力小、压缩性大的特点，因此，在水闸自重和外荷载作用下会产生沉陷或不均匀沉陷的情况，导致闸室或翼墙等下沉、倾斜，甚至可能引起结构断裂而不能正常工作。对此，闸室和翼墙等的结构形式、布置和基础尺寸设计，需要和地基条件相适应，尽量使地基受力均匀并且要把地基承载力控制在允许范围以内，必要时要对地基进行妥善处理。对于结构的强度和刚度需要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现象。

六、结束语

通过对农田水利工程中水闸设计的相关研究，我们可以发现，该项工作的良好进展，有赖于对多方面技术优势因素的利用，有关人员应该从农田水利工程的客观实际出发，充分利用优势条件，制定最为科学合理的水闸设计方案。

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