水閘的構(gòu)成及分類
水閘在水利工程建筑中十分常見(jiàn)，當(dāng)閘門關(guān)閉，可以攔洪、擋潮、蓄水抬高上游水位，以滿足上游取水或通航的需要。開(kāi)啟閘門，可以泄洪、排澇、沖沙、取水或根據(jù)下游用水的需要調(diào)節(jié)流量。水閘多建于河道、渠系、水庫(kù)、湖泊及濱海地區(qū)。本文對(duì)水閘的功用及組成做了詳細(xì)的分析，為水利工作提供參考。
水閘的作用
水閘控制水位、調(diào)節(jié)流量的低水頭水工建筑物，是農(nóng)田水利中龍頭工程，常與堤壩、船閘、魚(yú)道、水站、抽水站等建筑物組成水利樞紐，以滿足防洪、排洪、航運(yùn)、灌溉以及發(fā)電水利工程的需要。
水閘的分類
按水閘所承擔(dān)任務(wù)可分為
節(jié)制閘
進(jìn)水閘
沖沙閘
分洪閘
擋潮閘
排水閘

節(jié)制閘：調(diào)節(jié)上游水位，控制下泄流量。
枯水期借以抬高水位，以利取水和上游航運(yùn)，洪水期用以控制流量。渠系建筑物中節(jié)制閘一般建于支渠分水口的下游，用以抬高水位，滿足支渠引水需要。
天然河道的節(jié)制閘稱為攔河閘，渠道的節(jié)制閘利用閘門啟閉，調(diào)節(jié)上游水位和下泄流量，以滿足向下一級(jí)渠道分水或控制、截?cái)嗨�流的需要�?br /> 節(jié)制閘常建在分水閘、泄水閘的稍下游，以利分水和泄水；或建在渡槽、倒虹吸管等的稍上游，以利控制輸水流量和事故檢修；并盡量與橋梁、跌水、陡坡等結(jié)合，以取得經(jīng)濟(jì)效益。
渠系節(jié)制閘的過(guò)水寬度要與上、下游渠道寬度相適應(yīng)，以利于連接。當(dāng)采用輪灌時(shí)，節(jié)制閘上、下游渠道的設(shè)計(jì)流量相同，下游水位即為與設(shè)計(jì)流量相應(yīng)的渠水位；當(dāng)采用續(xù)灌時(shí)，節(jié)制閘上下游設(shè)計(jì)流量不同，水位需取相應(yīng)流量的渠水位，但下游水位需計(jì)及下一級(jí)節(jié)制閘壅水的影響。
渠道節(jié)制閘多用開(kāi)敞式，閘檻高程宜與渠底相平，采用平底寬頂堰，閘下消能防沖工程都比較簡(jiǎn)單，始流狀態(tài)可依靠護(hù)坦上置的消力墩擴(kuò)散水流，撞擊消能。上下游翼墻力求平順，常采用扭曲面過(guò)渡，以減少水頭損失。在平原圩區(qū)的河渠上，在短距離內(nèi)設(shè)置兩個(gè)節(jié)制閘，俗稱套閘，分級(jí)擋水，可起簡(jiǎn)易船閘的作用，既可解決好內(nèi)外的交通運(yùn)輸，又可起到防洪排澇和控制水位的作用。
進(jìn)水閘：建在河道、湖泊的岸邊或渠道，用來(lái)引水灌溉、發(fā)電或其他用水需要。灌溉渠系中建于干渠以下渠道首的進(jìn)水閘，作用上把上一級(jí)渠道的水分下一級(jí)渠道，分水閘、斗門、農(nóng)門排水閘建在江河沿岸排水渠出口處，外河上漲時(shí)，關(guān)閘門防水洪水倒灌，避免洪災(zāi)。當(dāng)外河水位退落時(shí)，開(kāi)閘排水防止?jié)碁?zāi)。具有雙面擋水的作用。
沖沙閘：利用河道或渠道水流沖排上游河段、渠系或上、下引航道內(nèi)沉積的泥沙的水閘。 又稱“沖刷閘”、“排沙閘”。利用河(渠)道水流沖排上游河段或渠系沉積的泥沙的水閘。又稱排沙閘。建于多沙河流上的水利樞紐，為排除進(jìn)水閘或節(jié)制閘前淤積的泥沙，常設(shè)沖沙閘，以利引水沖沙。沖沙閘一般布置于緊靠進(jìn)水閘一側(cè)的河道上，其軸線與進(jìn)水閘的軸線成正交或斜交，斜夾角有時(shí)不大，與攔河閘（壩）并排橫跨河道布置。
在沖沙閘與節(jié)制閘（壩）接頭處的上游設(shè)置導(dǎo)墻,導(dǎo)墻與沖沙閘上游一段河槽,形成沉沙槽。開(kāi)啟閘門，可將沉積在閘前的泥沙排至下游河道。洪水期，可利用沖沙閘兼泄部分洪水。也有將沖沙閘布置于進(jìn)水閘的下方，用以正面沖沙。為減少泥沙進(jìn)入引水渠，沖沙閘底檻高程要比進(jìn)水閘底檻高程低一些。建于渠系上的沖沙閘，一般設(shè)于引水渠末端靠河側(cè)，以便沖走引水渠中沉積的泥沙。對(duì)兼有泄洪任務(wù)的沖沙閘，一般采用開(kāi)敞式。當(dāng)閘上水位變幅較大，閘室較高時(shí)，為減少閘門高度，也可采用胸墻式。沖沙閘的運(yùn)用，有連續(xù)沖沙和定期沖沙兩種方式。當(dāng)河道來(lái)水充足時(shí)，可同時(shí)開(kāi)啟進(jìn)水閘和沖沙閘，將含沙量少的表層水引入渠道，含沙量多的底層水可經(jīng)沖沙閘排至下游河道；當(dāng)來(lái)水量不足時(shí)，可只開(kāi)啟進(jìn)水閘引水，停止引水時(shí)再開(kāi)沖沙閘排沙。為保證能沖走沉積的泥沙，過(guò)閘流速應(yīng)大于泥沙的起動(dòng)流速。
擋潮閘：建于河口地段，漲潮時(shí)關(guān)閘，防止海水倒灌，退潮時(shí)開(kāi)閘泄水，具有雙向擋水的特點(diǎn)。位于防洪（擋潮）堤上的水閘，其重要性與防洪（擋潮）堤是一樣的，有的防洪（擋潮）堤上的水閘即使規(guī)模不大，但一旦失事，其嚴(yán)重后果與防洪（擋潮）堤失事一樣，且較難修復(fù)因此防洪（擋潮）堤上的水閘級(jí)別只能高于或至少等于防洪（擋潮）堤的級(jí)別，而絕不能低于防洪（擋潮）堤的級(jí)別。
閘室一般采用胸墻式。當(dāng)兼有泄水和通航任務(wù)時(shí)，宜采用開(kāi)敞式。由于潮汐影響，閘門上承受強(qiáng)烈的涌潮沖擊力，故宜采用平面閘門。為盡量減少河道的進(jìn)潮量和淤積量，擋潮閘宜建于海岸穩(wěn)定的河口附近。因?yàn)I海一帶地基多為粉、細(xì)沙或淤泥質(zhì)粘性土，地基承載力小、壓縮性大、抗沖能力低、抗滑性能差、遇到地震容易液化等，為保證閘室和閘基的穩(wěn)定，防止地基產(chǎn)生較大沉陷或不均勻沉陷而影響閘室結(jié)構(gòu)安全，擋潮閘一般采用輕型結(jié)構(gòu)，并適當(dāng)延長(zhǎng)底板及鋪蓋的長(zhǎng)度。對(duì)松軟地基，需進(jìn)行加固處理。由于擋潮閘的閘下水位受潮汐影響，閘的孔徑需按過(guò)閘水流為非恒定流計(jì)算確定。大型擋潮閘的水力設(shè)計(jì)，應(yīng)做水力模型試驗(yàn)驗(yàn)證。擋潮閘下游比較普遍存在淤積問(wèn)題，由于沿海各地的潮汐類型及其挾沙能力，與河道的來(lái)水量及含沙量等各不相同，造成河口及海岸的淤積變化也不一樣,情況較為復(fù)雜,應(yīng)充分考慮采取妥善措施解決閘下淤積問(wèn)題。例如可將擋潮閘建于緊靠�？谔帲�或在水源比較充裕的地區(qū)，利用清水定期沖淤，以及必要時(shí)采用機(jī)械清淤等辦法。
排水閘：排水閘是用以排泄洪澇漬等多余水量的水閘。常建于排水渠末端的江河沿岸堤防上。當(dāng)江河水位上漲時(shí)，關(guān)閉閘門，可防外水倒灌；退落時(shí)，打開(kāi)閘門，排除內(nèi)澇漬水。當(dāng)洼地內(nèi)農(nóng)田有蓄水灌溉要求時(shí)，也可關(guān)門蓄水或從江河引水。排水閘具有雙向擋水和雙向過(guò)流的特點(diǎn)，且堤內(nèi)外水位差和變幅都較大，故多采用涵洞式或胸墻式。為及時(shí)將漬水降至最低水位,充分發(fā)揮排水效益,排水閘宜設(shè)在地勢(shì)低洼、排水通暢處。排水閘的工作閘門和消能防沖設(shè)施，一般布置在靠江河一側(cè)。具有雙向過(guò)流時(shí)，閘上下游均應(yīng)考慮消能防沖。為使過(guò)閘水流通暢，減少出閘水流沖刷，閘上下游渠道應(yīng)力求順直，閘下排水渠道需有足夠長(zhǎng)度，使在排水期，江河水位很低或江河水位降落很快等閘下消能條件最壞的情況下，排水渠內(nèi)仍有足夠水深，以避免閘下嚴(yán)重沖刷。排水渠出口，應(yīng)設(shè)在江河彎道的凹岸，以免出口發(fā)生淤積。排水渠軸線應(yīng)向江河下游方向傾斜，并與江河深泓成銳角相交。交角一般不宜大于60°。排水渠出口處，需沿江河做好護(hù)岸和護(hù)底工程，以免出口水位跌落，形成沖刷。
按閘室結(jié)構(gòu)型式分
開(kāi)敞式水閘，胸墻式水閘，涵洞式水閘。
水閘的組成
一、上游連接段
上游連接段由上游翼墻、護(hù)坡、護(hù)低和鋪蓋組成，將上游來(lái)水平順地引進(jìn)閘室，同時(shí)起防沖、防滲、擋土等作用。
在兩岸設(shè)置的（上游）翼墻和護(hù)坡，引導(dǎo)水流平順地進(jìn)入閘室。在河床設(shè)置的防沖槽、護(hù)底及鋪蓋，保護(hù)兩岸及河床免遭水流沖刷，并與閘室共同組成足夠長(zhǎng)度的滲徑，確保滲透水流沿兩岸和閘基的抗?jié)B穩(wěn)定性。

二、下游連接段
下游連接段主要包括護(hù)坦（消力池）、海漫、下游防沖槽、下游翼墻和護(hù)坡等。用以引導(dǎo)出閘水流向下游均勻擴(kuò)散，減緩流速，消除過(guò)閘水流剩余動(dòng)能，防止水流對(duì)河床及兩岸的沖刷。
護(hù)坦（消力池）緊接閘室布置，負(fù)責(zé)承受上游水的怒氣，具有形成水躍和保護(hù)水躍范圍內(nèi)河床允許受沖刷作用，是消能的主要措施。打鐵還需自身硬，自己的重量、強(qiáng)度和抗沖耐磨能力要足夠。
海漫：布置在消力池后面，繼續(xù)消除余能，調(diào)整流速分布，用塊石砌成。
防沖槽：海漫的末端防沖措施，防止海漫后河床沖刷向上游發(fā)展。
澆滅上游水的余火，讓它安安靜靜離開(kāi)，也保護(hù)了下游河床。
下游翼墻：水流均勻擴(kuò)散，并保護(hù)兩岸免受沖刷。
護(hù)坡：布海漫和防沖槽范圍內(nèi)，一般用塊石。
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三、閘室
閘室是水閘的主體，包括水閘工作的各個(gè)主要部分、底板、 閘門、 啟閉機(jī)、閘墩、胸墻、岸墻、工作橋、交通橋等。
閘門用來(lái)?yè)跛�和控制過(guò)閘流量
閘墩用以分隔閘孔和支承閘門、胸墻、工作橋、交通橋等。
底板是閘室的基礎(chǔ)，承受閘室全部荷載，較均勻地將荷載傳給地基并利用底板與地基圖摩擦來(lái)維持閘室穩(wěn)定，兼有防滲和防沖的作用。
閘室分別與上下游連接段和兩岸或其他建筑物連接。
工作橋：供安裝啟閉機(jī)和工作人員操作機(jī)器之用。
岸墻：閘室與河岸的連接結(jié)構(gòu)，主要以擋土，并且有側(cè)向防滲作用。
閘址選擇
節(jié)制閘或泄洪閘閘址宜選擇在河道順直、河勢(shì)相對(duì)穩(wěn)定的河段，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后可以選擇在彎曲河段裁彎取直的新開(kāi)河道上。
進(jìn)水閘、分水閘或分洪閘閘址宜選擇在河岸基本穩(wěn)定的順直河段或彎道凹岸頂點(diǎn)稍偏下游處，但分洪閘閘址不宜選擇在險(xiǎn)工堤段和被保護(hù)的重要城鎮(zhèn)下游堤段。
排水閘或泄洪閘閘址宜選擇在地勢(shì)低洼、出水暢通處，排水閘閘址宜選擇在靠近重要澇區(qū)和容泄區(qū)的老堤堤線上。擋潮閘閘址宜選擇在岸線和岸坡穩(wěn)定的潮汐河口附近，且閘址泓灘中淤變化較小、上游河道有足夠的蓄水容積地點(diǎn)。
水閘消能防沖過(guò)閘水流特點(diǎn)
出閘流速較大，紊動(dòng)強(qiáng)烈。上游水位差較小。岀流形式隨閘門開(kāi)啟程序變化。
水閘的沖刷
波狀水躍的產(chǎn)生：淹沒(méi)水躍沒(méi)有發(fā)生或水躍淹沒(méi)過(guò)大。岀流擴(kuò)散下均勻，產(chǎn)生折沖水流。上下游水位差較小，形成波狀水躍，消能效率低。
基本消能方式：底流消能為主，有消力池，海漫，防沖槽等部分組成。其形式可根據(jù)水流情況，地形條件，施工能力消能效果等選用。
波狀水躍的防止措施：總體布置時(shí)，盡量使用上游渠道有一段較的順直段，確保來(lái)水順均勻；控制下游翼墻的擴(kuò)散角，擴(kuò)散角宜7～12，使水流均勻擴(kuò)散；制定合理的閘的開(kāi)啟程序，注意均勻起步，間隙對(duì)稱開(kāi)啟原則，力避開(kāi)啟，關(guān)閉時(shí)大起大落和多孔閘部分閘孔泄流的運(yùn)用方式。
常用防滲及排水設(shè)施
水平防滲設(shè)備：齒墻，板墻和防滲墻等排水體與反濾層，主要目的是為改善排水為了繼續(xù)降壓，并將滲流安全的導(dǎo)向下游。
板樁的作用：鋪蓋前端或室底板上游端時(shí)，降低壓力，設(shè)在閘室底板下游側(cè)的矩板主要為減小出口處的滲壓力。
閘室結(jié)構(gòu)布置：包括底板，閘墩，胸墻，閘門，工作橋和交通橋等部分。
閘墩作用：分隔閘孔，支承閘及上部結(jié)構(gòu)胸墻作用，減少閘的高度，減輕立門重和降低對(duì)啟閉機(jī)重量的要求工作橋的作用：設(shè)置啟閉機(jī)和管理人員操作啟閉之用
水閘和河岸或堤，壩等連接時(shí)，必須設(shè)置連接建筑，包括：上，下游翼墻和便墩，有時(shí)還有防滲刺墻，其作用：
（1）擋住兩側(cè)填土，維持土壩及兩岸的穩(wěn)定。
（2）當(dāng)水閘泄水或引水時(shí)，上游冀墻用于引導(dǎo)水流平順進(jìn)閘，下游冀墻使出閘水流均勻擴(kuò)散，減少?zèng)_刷。
（3）保持兩岸或土壩邊坡不受過(guò)閘水流的沖刷。
（4）控制通過(guò)閘身兩側(cè)的滲流，防止與其相連的岸坡或土壩產(chǎn)生滲透變形。
（5）在軟弱地基上設(shè)有獨(dú)立岸墻時(shí)，可以減少地基沉降對(duì)閘身應(yīng)力的影響。