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水闸的构成及分类

088水利工程2021-07-15 10:50:53

水闸在水利工程建筑中十分常见，当闸门关闭，可以拦洪、挡潮、蓄水抬高上游水位，以满足上游取水或通航的需要。开启闸门，可以泄洪、排涝、冲沙、取水或根据下游用水的需要调节流量。水闸多建于河道、渠系、水库、湖泊及滨海地区。本文对水闸的功用及组成做了详细的分析，为水利工作提供参考。

水闸的作用

水闸控制水位、调节流量的低水头水工建筑物，是农田水利中龙头工程，常与堤坝、船闸、鱼道、水站、抽水站等建筑物组成水利枢纽，以满足防洪、排洪、航运、灌溉以及发电水利工程的需要。

水闸的分类

按水闸所承担任务可分为

节制闸

进水闸

冲沙闸

分洪闸

挡潮闸

排水闸

节制闸：调节上游水位，控制下泄流量。

枯水期借以抬高水位，以利取水和上游航运，洪水期用以控制流量。渠系建筑物中节制闸一般建于支渠分水口的下游，用以抬高水位，满足支渠引水需要。

天然河道的节制闸称为拦河闸，渠道的节制闸利用闸门启闭，调节上游水位和下泄流量，以满足向下一级渠道分水或控制、截断水流的需要。

节制闸常建在分水闸、泄水闸的稍下游，以利分水和泄水；或建在渡槽、倒虹吸管等的稍上游，以利控制输水流量和事故检修；并尽量与桥梁、跌水、陡坡等结合，以取得经济效益。

渠系节制闸的过水宽度要与上、下游渠道宽度相适应，以利于连接。当采用轮灌时，节制闸上、下游渠道的设计流量相同，下游水位即为与设计流量相应的渠水位；当采用续灌时，节制闸上下游设计流量不同，水位需取相应流量的渠水位，但下游水位需计及下一级节制闸壅水的影响。

渠道节制闸多用开敞式，闸槛高程宜与渠底相平，采用平底宽顶堰，闸下消能防冲工程都比较简单，始流状态可依靠护坦上置的消力墩扩散水流，撞击消能。上下游翼墙力求平顺，常采用扭曲面过渡，以减少水头损失。在平原圩区的河渠上，在短距离内设置两个节制闸，俗称套闸，分级挡水，可起简易船闸的作用，既可解决好内外的交通运输，又可起到防洪排涝和控制水位的作用。

进水闸：建在河道、湖泊的岸边或渠道，用来引水灌溉、发电或其他用水需要。灌溉渠系中建于干渠以下渠道首的进水闸，作用上把上一级渠道的水分下一级渠道，分水闸、斗门、农门排水闸建在江河沿岸排水渠出口处，外河上涨时，关闸门防水洪水倒灌，避免洪灾。当外河水位退落时，开闸排水防止涝灾。具有双面挡水的作用。

冲沙闸：利用河道或渠道水流冲排上游河段、渠系或上、下引航道内沉积的泥沙的水闸。又称“冲刷闸”、“排沙闸”。利用河(渠)道水流冲排上游河段或渠系沉积的泥沙的水闸。又称排沙闸。建于多沙河流上的水利枢纽，为排除进水闸或节制闸前淤积的泥沙，常设冲沙闸，以利引水冲沙。冲沙闸一般布置于紧靠进水闸一侧的河道上，其轴线与进水闸的轴线成正交或斜交，斜夹角有时不大，与拦河闸（坝）并排横跨河道布置。

在冲沙闸与节制闸（坝）接头处的上游设置导墙,导墙与冲沙闸上游一段河槽,形成沉沙槽。开启闸门，可将沉积在闸前的泥沙排至下游河道。洪水期，可利用冲沙闸兼泄部分洪水。也有将冲沙闸布置于进水闸的下方，用以正面冲沙。为减少泥沙进入引水渠，冲沙闸底槛高程要比进水闸底槛高程低一些。建于渠系上的冲沙闸，一般设于引水渠末端靠河侧，以便冲走引水渠中沉积的泥沙。对兼有泄洪任务的冲沙闸，一般采用开敞式。当闸上水位变幅较大，闸室较高时，为减少闸门高度，也可采用胸墙式。冲沙闸的运用，有连续冲沙和定期冲沙两种方式。当河道来水充足时，可同时开启进水闸和冲沙闸，将含沙量少的表层水引入渠道，含沙量多的底层水可经冲沙闸排至下游河道；当来水量不足时，可只开启进水闸引水，停止引水时再开冲沙闸排沙。为保证能冲走沉积的泥沙，过闸流速应大于泥沙的起动流速。

挡潮闸：建于河口地段，涨潮时关闸，防止海水倒灌，退潮时开闸泄水，具有双向挡水的特点。位于防洪（挡潮）堤上的水闸，其重要性与防洪（挡潮）堤是一样的，有的防洪（挡潮）堤上的水闸即使规模不大，但一旦失事，其严重后果与防洪（挡潮）堤失事一样，且较难修复因此防洪（挡潮）堤上的水闸级别只能高于或至少等于防洪（挡潮）堤的级别，而绝不能低于防洪（挡潮）堤的级别。

闸室一般采用胸墙式。当兼有泄水和通航任务时，宜采用开敞式。由于潮汐影响，闸门上承受强烈的涌潮冲击力，故宜采用平面闸门。为尽量减少河道的进潮量和淤积量，挡潮闸宜建于海岸稳定的河口附近。因滨海一带地基多为粉、细沙或淤泥质粘性土，地基承载力小、压缩性大、抗冲能力低、抗滑性能差、遇到地震容易液化等，为保证闸室和闸基的稳定，防止地基产生较大沉陷或不均匀沉陷而影响闸室结构安全，挡潮闸一般采用轻型结构，并适当延长底板及铺盖的长度。对松软地基，需进行加固处理。由于挡潮闸的闸下水位受潮汐影响，闸的孔径需按过闸水流为非恒定流计算确定。大型挡潮闸的水力设计，应做水力模型试验验证。挡潮闸下游比较普遍存在淤积问题，由于沿海各地的潮汐类型及其挟沙能力，与河道的来水量及含沙量等各不相同，造成河口及海岸的淤积变化也不一样,情况较为复杂,应充分考虑采取妥善措施解决闸下淤积问题。例如可将挡潮闸建于紧靠海口处，或在水源比较充裕的地区，利用清水定期冲淤，以及必要时采用机械清淤等办法。

排水闸：排水闸是用以排泄洪涝渍等多余水量的水闸。常建于排水渠末端的江河沿岸堤防上。当江河水位上涨时，关闭闸门，可防外水倒灌；退落时，打开闸门，排除内涝渍水。当洼地内农田有蓄水灌溉要求时，也可关门蓄水或从江河引水。排水闸具有双向挡水和双向过流的特点，且堤内外水位差和变幅都较大，故多采用涵洞式或胸墙式。为及时将渍水降至最低水位,充分发挥排水效益,排水闸宜设在地势低洼、排水通畅处。排水闸的工作闸门和消能防冲设施，一般布置在靠江河一侧。具有双向过流时，闸上下游均应考虑消能防冲。为使过闸水流通畅，减少出闸水流冲刷，闸上下游渠道应力求顺直，闸下排水渠道需有足够长度，使在排水期，江河水位很低或江河水位降落很快等闸下消能条件最坏的情况下，排水渠内仍有足够水深，以避免闸下严重冲刷。排水渠出口，应设在江河弯道的凹岸，以免出口发生淤积。排水渠轴线应向江河下游方向倾斜，并与江河深泓成锐角相交。交角一般不宜大于60°。排水渠出口处，需沿江河做好护岸和护底工程，以免出口水位跌落，形成冲刷。

按闸室结构型式分

开敞式水闸，胸墙式水闸，涵洞式水闸。