水利水电工程中水闸的设计分析
水闸是水利水电工程的重要组成部分，承担着电能转化、调节水流速度的重要作用。为了保证水闸的各项功能得以发挥，首先应当从设计环节进行严格的控制。本文结合某水利水电工程为例，对水闸设计中的要点环节进行了研究分析，为今后相关工程设计提供参考。
标签：水利水电；水闸；设计；选址
水利水电工程关系到国民经济的发展，是符合我国可持续发展道路的重要项目。水闸工程在水利水电工程中承担着非常重要的责任，在水利发电、防洪排涝、水量调节等方面作用明显。为保证水闸工程的整体质量，在设计过程中应结合水利水电工程的实际情况进行综合性的分析，特别是在工程选址、消能防冲、闸孔选型等环节，下文将进行重点探讨。
1、工程概况
文章以某水利水电工程为例，该水利水电工程能够进行航运、发电以及改善水资源环境，构造物主要包括土坝、水闸以及水电站。该水利水电工程是一座以水库反调节、发电为主，以改善水环境和航运为辅的水利枢纽工程，洪峰流量（Q）和对应的水位表现为：
序号1，Q=5143m3/s，水位35.33m，P（频率）=20%；
序号2，Q=00m3/s，水位36.06m，P=10%；
序号3，Q=80m3/s，水位37.41m，P=5%；
序号4，Q=8720m3/s，水位37.88m，P=3.33%；
序号5，Q=10021m3/s，水位38.m，P=2%；
序号6，Q=10881m3/s，水位39.16m，P=1%；
序号7，Q=11763m3/s，水位39.71m，P=0.5%。
2、水利水电工程水闸的设计要点
2.1 水闸选址
水闸选址是水利水电工程的重要环节，在进行水闸选址时应该尽可能的选择地质条件较好的天然地基，充分的考虑安全性。通常状况，需要对水闸的地质条件和水文条件等进行全面的分析，然后选择岩石作为水闸地基，如果没有合适的
岩石地基，则应该考虑压缩性小、抗渗稳定性高、抗剪强度高以及承载能力大的土质地基。
2.2 水闸消能防冲设计
工况控制是水闸消能防冲设计的重要环节，具体的工况控制为：保证下游水位处于规定取下，水闸的蓄水位必须保证最高点，以此保证上游具有充足的水量。在该种工况下，在系统的计算消力池的深度之后，将其作为闸门的最初开启深度。同时，在进行水闸消能防冲设计时还应该注意相应的工况。
2.3 选择闸孔型式
水闸闸室主要包括胸墙式和敞开式两种，因为该水利水电工程的泄洪要求相对较高，在泄洪时要求水体恢复至自然状态，避免出现水闸前水位过高的现象。由于该水利水电工程采用敞开式闸室，该种闸室的优点在于施工方便、操作容易、构造简单、泄洪速度快、冲砂速度快等。设计人员借鉴其他水利水电工程水闸的设计经验，采用平面钢闸门，能够保证闸室能够安全、可靠的运行。
2.4 确定过闸水位差
水流上游被淹没的状况会对过闸水位差产生严重的影响，设计较大的过闸水位差，虽然能够减小闸孔的净宽度，在一定程度上能够降低工程造价，但是，会抬高水闸上游水位，存在一定的安全隐患。为了保证安全，要求抬高岸堤高度。综合权衡各种因素，需要将校核水位控制在0.3m以内。
2.5 确定闸孔尺寸
在保证泄洪量的基础上，河床和堰顶的高度应该确定为28m，水闸孔数量越多，墩数也越大。全面考虑建设精力和时间、流量、水流速度、挡水的水位高度以及工程投资等因素，应该采用闸孔相对较少的水闸。当闸孔宽度超过一定范围后也会造成危害，如占地面积较大、开启和关闭设备较大、消耗材料多以及投资大等。根据公路桥交通桥的构造设计要求，通常将水闸孔宽度控制在10m-14m之间。同时，由于该工程的校核水位小于0.3m，根据一些公式计算可知，应该将水闸孔宽度设计为10m，水闸闸孔数量设计为33个。但是，根据工程现场实际状况，需要将闸孔宽度设计为14m，并且闸孔数量设计为20个。
2.6 计算水闸泄流能力
在进行泄洪量设计与校核时，应该将所有的闸门打开，同时关闭船闸和电站，所有水通过拦河闸坝下泄，堰流就是通过的过闸水流。堰流计算公式表示为：
公式中表示淹没堰的综合流量系数；g表示重力加速度单位m/s2；H0表示计入行近流速水头的堰上水深，单位m；h2表示由堰顶算起的下游水深，单位m；B0表示闸孔总净宽，单位m；Q表示过闸流量，单位m3/s。确定闸孔数为
20时，通过计算可知序号1、2、3、4、5、6、7的闸前水文高度分别为：0.13m、0.14m、0.21m、0.22m、0.26m、0.28m、0.3m，均符合小于0.3m的要求，能够满足泄洪的要求。
2.7 水閘排水设计
水闸排水设计要点主要包括以下几个方面：
①防冲槽设计。水流经过关卡时，在关卡的作用下会降低水流的能量与速度，但是在经过关切末端时，恢复原来的冲击能力，这样会对河床产生一定的危害。通过在关卡末端设计防冲槽，流程表示为：在关卡末端挖槽，在水流的冲击下许多石块随着河床顺势滚下，这就需要对冲坑上游斜坡位置进行铺盖，这样能够有效的避免冲刷坑向上游扩展的流程，进而提高水利工程的安全性能。②消力池底板排水孔设计。消力池底板受到水流的冲击力、水流的脉动压力以及其他力量，这就要求消力池底板具有一定的耐磨性能和抗压性能，能够有效的抵抗重物和水流的冲击，同时还需要具有一定的重量与强度。在水平护板的后半部分设置垂直的排水孔，然后再排水孔下铺设反滤层，为了降低护板底部的渗透压力和方便排水，应该将排水孔设计成梅花形状。
3、结束语
综上所述，水闸在水利水电工程中发挥着至关重要的作用，这就要求在进行水利水电工程水闸设计过程中，必须充分的考虑各种因素，如施工条件、水质条件以及受力条件等，严格的控制各个设计要点，如水闸选址、水闸消能防冲设计、闸孔型式的选择、过闸水位差的确定、闸孔尺寸的设计、水闸泄流能力的计算、水闸排水设计等，做好各个方面的设计工作，能够保证水闸质量，充分的发挥水闸的作用，进而保证水利水电工程能够安全、稳定的运行，造福当地百姓。
参考文献：
[1]龙旭辉.关于水利水电工程中水闸的设计探讨[J].河南水利与南水北调，2013（14）：60-61.
