探究水利水電工程中水閘設(shè)計(jì)方案

吳營(yíng)基

（廣西業(yè)恒勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，廣西 南寧 530001）

1 水利水電工程中水閘設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容

1.1 相關(guān)設(shè)計(jì)資料的收集

在水閘設(shè)計(jì)開(kāi)始之前，為保證設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性，通常都需要對(duì)工程當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件、自然環(huán)境等進(jìn)行全面且詳細(xì)的勘察與調(diào)查，并形成具體的地質(zhì)、水質(zhì)、水文、自然環(huán)境狀況、氣候條件以及以往自然災(zāi)害情況等報(bào)告。

1.2 水閘選址

水利水電工程中建設(shè)的水閘通常具有體積大、質(zhì)量大等特點(diǎn)，所以其實(shí)際建設(shè)過(guò)程中對(duì)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)的承載能力要求較高。對(duì)此，在水閘選址時(shí)就需要做好當(dāng)?shù)氐貙拥你@孔取樣，然后對(duì)各區(qū)域的水文地質(zhì)情況、自然情況等進(jìn)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(biāo)。如果沒(méi)有要求的巖土層，則需要選擇承載力要與抗剪強(qiáng)度都能夠滿(mǎn)足要求的土質(zhì)地基。

1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

水閘的結(jié)構(gòu)關(guān)系到其功能的正常發(fā)揮，所以科學(xué)做好水閘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。在水閘結(jié)構(gòu)具體設(shè)計(jì)時(shí)需要結(jié)合首先研究分析當(dāng)?shù)氐牡貏?shì)結(jié)構(gòu)、水文條件等，然后根據(jù)水閘的功能要求對(duì)水閘的負(fù)載進(jìn)行計(jì)算，確保閘室與翼墻等都達(dá)到相應(yīng)的抗滑穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)。其次，要對(duì)水閘壩體的整體機(jī)構(gòu)和局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃和嚴(yán)格論證。

1.4 消能防沖設(shè)計(jì)

消能防沖設(shè)計(jì)也是水閘設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容，其基本設(shè)計(jì)要求是保證上游能夠儲(chǔ)存更多的水資源，以有效控制水流工況。具體而言，設(shè)計(jì)中要求水閘能夠?qū)⒐r控制在一個(gè)下游水位按照規(guī)定取水下限值時(shí)其水閘水位在高點(diǎn)處的狀態(tài)。根據(jù)這一要求，水閘設(shè)計(jì)時(shí)可以準(zhǔn)確計(jì)算出系統(tǒng)消力池的深度以及閘門(mén)初始開(kāi)啟深度。

1.5 水閘類(lèi)型的確定

隨著水利水電工程的不斷發(fā)展，人們已經(jīng)研究出多種水閘，如敞開(kāi)式、胸墻式、涵洞式等，且不同類(lèi)型的水閘其功能、使用條件也各不相同。所以在水閘設(shè)計(jì)時(shí)必須結(jié)合水利水電工程的實(shí)際要求以及當(dāng)?shù)氐匦蔚孛?、自然條件等進(jìn)行科學(xué)選擇。以下是較常應(yīng)用的三種水閘其具體特點(diǎn)：

1） 敞開(kāi)式水閘。該水閘結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，底部較寬，因此易于排澇泄洪，且水流穩(wěn)定；2） 胸墻式水閘。該類(lèi)型多用于水位波動(dòng)較大且下游水量存在限制的河流；3） 涵洞式水閘。該類(lèi)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(shè)計(jì)

目前水閘水位差的具體標(biāo)準(zhǔn)是10 至30 米。在具體設(shè)計(jì)時(shí)還需根據(jù)地形情況進(jìn)行計(jì)算調(diào)整，如平原地區(qū)水位差較小，而山區(qū)地帶則應(yīng)盡可能提高水位差。

1.7 閘孔尺寸設(shè)計(jì)

水閘閘孔尺寸的設(shè)計(jì)通常需要考慮到建設(shè)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(guò)大，以10 至14 米為宜。

1.8 防水槽與排水孔設(shè)計(jì)

防水槽與排水孔也是水閘設(shè)計(jì)種需要認(rèn)真對(duì)待的。其中防水槽主要用于增強(qiáng)水閘末端的穩(wěn)固性，通常用石塊組成。排水孔主要用于消減水流對(duì)消力池底板的壓力，其通常被設(shè)計(jì)在水平護(hù)板之后，一般為梅花形。

1.9 基礎(chǔ)防滲面排水設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)防滲面是水閘重要的保護(hù)結(jié)構(gòu)，但由于水位差所帶來(lái)的水流勢(shì)能將會(huì)對(duì)水閘造成極大沖擊，所以必須對(duì)其防滲面排水進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)。其具體排水設(shè)計(jì)思路為引上游水入河床，然后經(jīng)過(guò)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(shí)還可以通過(guò)拓展上游水滲透途徑來(lái)達(dá)到排水目的。

2 水利水電工程中水閘設(shè)計(jì)方案實(shí)證研究

為進(jìn)一步了解水利水電工程中的水閘設(shè)計(jì)方法，此處筆者結(jié)合某工程實(shí)例對(duì)其水閘設(shè)計(jì)方案進(jìn)行探討。

2.1 工程概況

該水利水電工程項(xiàng)目主要用以發(fā)電和豐江水庫(kù)反調(diào)節(jié)，同時(shí)兼具航運(yùn)與改善水環(huán)境的作用。工程地處我國(guó)東江干流位置，整體由水電站、水閘與土壩等構(gòu)成。

2.2 水閘設(shè)計(jì)方案

在水閘類(lèi)型的選擇上，由于該工程對(duì)水閘的泄洪能力要求較高，所以在設(shè)計(jì)時(shí)決定采用底部較寬、泄洪速度快且穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的敞開(kāi)式閘室，以減少水閘建設(shè)施工的難度。其中閘門(mén)則設(shè)計(jì)為平面鋼閘門(mén)。

在水位差的設(shè)計(jì)中，該工程綜合考量工程造價(jià)、上游水位高度所可能帶來(lái)的安全隱患等因素，最終決定將該工程的人校核水位設(shè)定在0.3 米以?xún)?nèi)。

在閘孔尺寸設(shè)計(jì)上，由于工程必須確保自身的泄洪穩(wěn)定性，所以堰頂與河床高度被設(shè)計(jì)為27.5 米。然后設(shè)計(jì)中又通過(guò)對(duì)工程造價(jià)、擋水水位高度、水流流速與流量、建設(shè)工期等進(jìn)行綜合分析，最終確定減少閘孔數(shù)量。但由于閘孔數(shù)量減少需要相應(yīng)增大閘孔寬度，如此又會(huì)進(jìn)一步增大水閘占地面積與成本投入，所以結(jié)合0.3 米的校核水位對(duì)其閘孔尺寸進(jìn)行計(jì)算得出：如果閘孔寬度為10 米，則其需要的閘孔數(shù)為33 個(gè)；如果閘孔寬度為14 米，則其需要的閘孔數(shù)為20 個(gè)。最后結(jié)合工程的實(shí)際情況分析出閘孔寬度14 米時(shí)最為合理。

2.3 水閘泄洪能力計(jì)算

在做好前期設(shè)計(jì)工作后，還需要對(duì)該工程的泄洪能力進(jìn)行計(jì)算，以驗(yàn)證水閘設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性。

泄洪能力的計(jì)算主要運(yùn)用堰流計(jì)算公式，即先關(guān)閉電站與船閘，然后打開(kāi)全部閘門(mén)讓水下泄，此時(shí)通過(guò)水閘的水流即為堰流，設(shè)計(jì)人員需要以堰流數(shù)據(jù)作為計(jì)算參數(shù)來(lái)計(jì)算出水閘的泄洪能力。

3 結(jié)語(yǔ)

水利水電工程水閘設(shè)計(jì)具有極強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)性，且需要設(shè)計(jì)人員具備豐富設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，能夠結(jié)合工程項(xiàng)目實(shí)際情況統(tǒng)籌規(guī)劃、綜合考量。