浅析农田水利工程中水闸设计的探索
【论文关键字】农田水利工程 水闸设计 特点
【论文摘要】农业发展是一个国家的重要基础，而水利工程的建设对农业发展会产生直接影响，所以我们必须掌握水利工程建设过程中的相关技术，比如说水闸的设计和施工技术。接下来，我们就来探索一下水闸设计的具体内容，以及水闸工作的特点，希望能为我国水利工程的建设提供一些具有可行性的建议。
我国是农业大国，农业在我国有悠久的发展史，在很早以前我国就开始修建水闸。新中国成立以后，我国更是在农业发展区大力的兴修水闸，特别是在黄河、长江、海河以及辽河流域。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。我们可以用水闸挡水，也可以利用水闸泄洪。通过控制闸门还可以调节水位。
一般来说我们都将水闸建立在软土地基上，但是它也可以修建在岩基或者是土基上。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。
1、水闸的具体工作特点
1.1稳定问题 在正常使用水闸时，拦截上游的水位一般比较高，这样就导致水闸上游和下游之间产生很大的水位差，会出现水平压力过大的现象，从而使水闸向下游方向移动。要想稳定自身，水闸必须拥有一定的重量。另外，水闸在建成以后，如果还没有挡水或者是在正常使用的情况下遇到无水期，就会产生很大的垂直荷载，这样基底的实际压力就会大大超过地基能够承受的承载力，从而出现地基变形或者是出现闸基土被挤出的现象，这很容易造成水闸与地基出现滑动的危险。所以，在修建水闸时必须保证基础的面积，这样才能有效的降低基底的压应力。
1.2渗流问题 水闸在进行挡水时，就会造成上下游水位出现差值，在这种作用下，就会在水闸、闸基与两岸的连接处出现渗流的现象。如果出现渗流，就会在水闸的底部产生向上的扬压力，这就会缩小水闸的重力作用，从而使水闸的抗滑稳定性大大降低。如果两岸和闸基都是采用土基，再出现渗流时也会带走一些细颗粒，这就会在闸后出现翻砂鼓水的现象。如果严重的话还会掏空两岸和闸基。另外，如果出现侧向渗透，会产生水平的压力，对两岸的连接建筑物都会有很大影响，使其稳定性大大下降。还有可能导致岸坡上出现渗透现象，从而加大闸底的渗透压力。如果渗流水量过大，还会对水闸的挡水功能产生影响，妨碍蓄水。
1.3冲刷问题 在开闸泄水时，如果水闸下游水位很浅或者是没有水，在水位差的作用下，就会加大水流的流速，这种巨大的能量会对下游有严重的冲刷。一旦冲刷的范围过大，就会掏空闸基，造成水闸失事。另外，一般在水闸的两岸都是软弱的岩层或者是土层，如果修建水闸时开设过多的闸孔，一旦开启某一个闸孔就会形成折冲水流，这就会严重冲刷下游河岸，对水闸的安全和稳定性都会产生影响。
1.4沉陷问题 软土具有很大的压缩性，如果将水闸建设在软土地基上，就会在水闸自身以及外部的荷载作用下出现沉陷现象。特别是在底板传到地基上的荷载分布不均匀时，或者是分布在地基土层的荷载不均匀时，更容易出现沉陷现象。这种地基沉陷还会导致水闸出现下沉，或者是闸室倾斜。如果严重有可能造成水闸断裂，这对水闸的正常运行会产生很大影响。
2、水闸的具体分类
2.1进水闸 通过在河道、水库、渠道或者是湖泊上修建水闸，就可以进行农业灌溉、水利发电或者是其他水利事业，而控制入渠流量的水闸就是进水闸。一般进水闸都修建在渠道的渠首位置，所以这种水闸又被叫做渠首闸。
2.2节制闸 一般来说用于调节流量和水位的水闸被称为节制闸。它主要是用于在枯水期截断河流，从而使水位升高，这样就可以在上游进行航运或者是满足进水闸取水的需要。而在洪水期，节制闸可以有效的控制下游的泄流量。由于这种水闸主要是为了拦截河流建造的，所以又叫做拦河闸。
2.3排水闸 一般在江河的沿岸都会修建排水闸。当出现外河水位上涨的现象时，就关闭闸门，这样就不会出现江河洪水倒灌的现象。如果河水水位推落时就打开闸门，这样就可以将渍水排出。这种闸门的闸身较高，但是底板高程比较低，而且要受到双向水头的作用，这是因为排水闸既要负责排除洼地的积水，又要负责挡住外河水位。
2.4挡潮闸 沿海地区遭受潮水的影响,为了防止海水倒灌入河,需修建挡潮闸。挡潮闸还可用来抬高内河水位,达到蓄淡灌溉的目的;内河两岸受涝时,可利用挡潮闸在退潮时排涝;建有通航孔的挡潮闸,可在平潮时期开闸通航。因此,挡潮闸的作用是挡潮、蓄淡、泄洪、排涝,其特点亦是受有双向水头作用。
2.5分洪闸 在江河适当地段的一侧修建分洪闸,当较大洪水来临时开闸分泄一部分下游河道容纳不下的洪水,进入闸后的洼地、湖泊等蓄洪区、滞洪区或下游不同的支流,以减小洪水对下游的威胁。这类水闸的特点是,泄水能力大,以利及时分洪。
3、水闸设计要点
3.1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。
3.2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。
4、结语
设计水闸必须有正确的和足够的资料,以便作出符合实际的设计。在以往的水利建设中,有不少工程,由于资料搜集不完善或者不正确,致使有的工程重新设计,有的工程不得不临时停工,或给施工带来很大的困难,甚至于造成失事等等;这样的教训不少,应予以重视。
参考文献
[1]山东省水利勘测设计院编.水闸设计实例.1984.
[2]张朝温.水闸枢纽管理.2002.
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