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水閘是怎么構成的?有幾種分類?
RSS 打印 復制鏈接 發布時間:2020-01-03 11:11:52

水閘的構成及分類
水閘在水利工程建筑中十分常見,當閘門關閉,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。開啟閘門,可以泄洪、排澇、沖沙、取水或根據下游用水的需要調節流量。水閘多建于河道、渠系、水庫、湖泊及濱海地區。本文對水閘的功用及組成做了詳細的分析,為水利工作提供參考。
水閘的作用
水閘控制水位、調節流量的低水頭水工建筑物,是農田水利中龍頭工程,常與堤壩、船閘、魚道、水站、抽水站等建筑物組成水利樞紐,以滿足防洪、排洪、航運、灌溉以及發電水利工程的需要。
水閘的分類
按水閘所承擔任務可分為
節制閘
進水閘
沖沙閘
分洪閘
擋潮閘
排水閘

節制閘:調節上游水位,控制下泄流量。
枯水期借以抬高水位,以利取水和上游航運,洪水期用以控制流量。渠系建筑物中節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。
天然河道的節制閘稱為攔河閘,渠道的節制閘利用閘門啟閉,調節上游水位和下泄流量,以滿足向下一級渠道分水或控制、截斷水流的需要。
節制閘常建在分水閘、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、陡坡等結合,以取得經濟效益。
渠系節制閘的過水寬度要與上、下游渠道寬度相適應,以利于連接。當采用輪灌時,節制閘上、下游渠道的設計流量相同,下游水位即為與設計流量相應的渠水位;當采用續灌時,節制閘上下游設計流量不同,水位需取相應流量的渠水位,但下游水位需計及下一級節制閘壅水的影響。
渠道節制閘多用開敞式,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單,始流狀態可依靠護坦上置的消力墩擴散水流,撞擊消能。上下游翼墻力求平順,常采用扭曲面過渡,以減少水頭損失。在平原圩區的河渠上,在短距離內設置兩個節制閘,俗稱套閘,分級擋水,可起簡易船閘的作用,既可解決好內外的交通運輸,又可起到防洪排澇和控制水位的作用。
進水閘:建在河道、湖泊的岸邊或渠道,用來引水灌溉、發電或其他用水需要。灌溉渠系中建于干渠以下渠道首的進水閘,作用上把上一級渠道的水分下一級渠道,分水閘、斗門、農門排水閘建在江河沿岸排水渠出口處,外河上漲時,關閘門防水洪水倒灌,避免洪災。當外河水位退落時,開閘排水防止澇災。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,為排除進水閘或節制閘前淤積的泥沙,常設沖沙閘,以利引水沖沙。沖沙閘一般布置于緊靠進水閘一側的河道上,其軸線與進水閘的軸線成正交或斜交,斜夾角有時不大,與攔河閘(壩)并排橫跨河道布置。
在沖沙閘與節制閘(壩)接頭處的上游設置導墻,導墻與沖沙閘上游一段河槽,形成沉沙槽。開啟閘門,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水閘的下方,用以正面沖沙。為減少泥沙進入引水渠,沖沙閘底檻高程要比進水閘底檻高程低一些。建于渠系上的沖沙閘,一般設于引水渠末端靠河側,以便沖走引水渠中沉積的泥沙。對兼有泄洪任務的沖沙閘,一般采用開敞式。當閘上水位變幅較大,閘室較高時,為減少閘門高度,也可采用胸墻式。沖沙閘的運用,有連續沖沙和定期沖沙兩種方式。當河道來水充足時,可同時開啟進水閘和沖沙閘,將含沙量少的表層水引入渠道,含沙量多的底層水可經沖沙閘排至下游河道;當來水量不足時,可只開啟進水閘引水,停止引水時再開沖沙閘排沙。為保證能沖走沉積的泥沙,過閘流速應大于泥沙的起動流速。
擋潮閘:建于河口地段,漲潮時關閘,防止海水倒灌,退潮時開閘泄水,具有雙向擋水的特點。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)堤上的水閘即使規模不大,但一旦失事,其嚴重后果與防洪(擋潮)堤失事一樣,且較難修復因此防洪(擋潮)堤上的水閘級別只能高于或至少等于防洪(擋潮)堤的級別,而絕不能低于防洪(擋潮)堤的級別。
閘室一般采用胸墻式。當兼有泄水和通航任務時,宜采用開敞式。由于潮汐影響,閘門上承受強烈的涌潮沖擊力,故宜采用平面閘門。為盡量減少河道的進潮量和淤積量,擋潮閘宜建于海岸穩定的河口附近。因濱海一帶地基多為粉、細沙或淤泥質粘性土,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定,防止地基產生較大沉陷或不均勻沉陷而影響閘室結構安全,擋潮閘一般采用輕型結構,并適當延長底板及鋪蓋的長度。對松軟地基,需進行加固處理。由于擋潮閘的閘下水位受潮汐影響,閘的孔徑需按過閘水流為非恒定流計算確定。大型擋潮閘的水力設計,應做水力模型試驗驗證。擋潮閘下游比較普遍存在淤積問題,由于沿海各地的潮汐類型及其挾沙能力,與河道的來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,情況較為復雜,應充分考慮采取妥善措施解決閘下淤積問題。例如可將擋潮閘建于緊靠海口處,或在水源比較充裕的地區,利用清水定期沖淤,以及必要時采用機械清淤等辦法。
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。當江河水位上漲時,關閉閘門,可防外水倒灌;退落時,打開閘門,排除內澇漬水。當洼地內農田有蓄水灌溉要求時,也可關門蓄水或從江河引水。排水閘具有雙向擋水和雙向過流的特點,且堤內外水位差和變幅都較大,故多采用涵洞式或胸墻式。為及時將漬水降至最低水位,充分發揮排水效益,排水閘宜設在地勢低洼、排水通暢處。排水閘的工作閘門和消能防沖設施,一般布置在靠江河一側。具有雙向過流時,閘上下游均應考慮消能防沖。為使過閘水流通暢,減少出閘水流沖刷,閘上下游渠道應力求順直,閘下排水渠道需有足夠長度,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,排水渠內仍有足夠水深,以避免閘下嚴重沖刷。排水渠出口,應設在江河彎道的凹岸,以免出口發生淤積。排水渠軸線應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,需沿江河做好護岸和護底工程,以免出口水位跌落,形成沖刷。
按閘室結構型式分
開敞式水閘,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、護坡、護低和鋪蓋組成,將上游來水平順地引進閘室,同時起防沖、防滲、擋土等作用。
在兩岸設置的(上游)翼墻和護坡,引導水流平順地進入閘室。在河床設置的防沖槽、護底及鋪蓋,保護兩岸及河床免遭水流沖刷,并與閘室共同組成足夠長度的滲徑,確保滲透水流沿兩岸和閘基的抗滲穩定性。

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二、下游連接段
下游連接段主要包括護坦(消力池)、海漫、下游防沖槽、下游翼墻和護坡等。用以引導出閘水流向下游均勻擴散,減緩流速,消除過閘水流剩余動能,防止水流對河床及兩岸的沖刷。
護坦(消力池)緊接閘室布置,負責承受上游水的怒氣,具有形成水躍和保護水躍范圍內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、強度和抗沖耐磨能力要足夠。
海漫:布置在消力池后面,繼續消除余能,調整流速分布,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展。
澆滅上游水的余火,讓它安安靜靜離開,也保護了下游河床。
下游翼墻:水流均勻擴散,并保護兩岸免受沖刷。
護坡:布海漫和防沖槽范圍內,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主要部分、底板、 閘門、 啟閉機、閘墩、胸墻、岸墻、工作橋、交通橋等。
閘門用來擋水和控制過閘流量
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,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維持閘室穩定,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:供安裝啟閉機和工作人員操作機器之用。
岸墻:閘室與河岸的連接結構,主要以擋土,并且有側向防滲作用。
閘址選擇
節制閘或泄洪閘閘址宜選擇在河道順直、河勢相對穩定的河段,經技術經濟比較后可以選擇在彎曲河段裁彎取直的新開河道上。
進水閘、分水閘或分洪閘閘址宜選擇在河岸基本穩定的順直河段或彎道凹岸頂點稍偏下游處,但分洪閘閘址不宜選擇在險工堤段和被保護的重要城鎮下游堤段。
排水閘或泄洪閘閘址宜選擇在地勢低洼、出水暢通處,排水閘閘址宜選擇在靠近重要澇區和容泄區的老堤堤線上。擋潮閘閘址宜選擇在岸線和岸坡穩定的潮汐河口附近,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。
水閘消能防沖過閘水流特點
出閘流速較大,紊動強烈。上游水位差較小。岀流形式隨閘門開啟程序變化。
水閘的沖刷
波狀水躍的產生:淹沒水躍沒有發生或水躍淹沒過大。岀流擴散下均勻,產生折沖水流。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,盡量使用上游渠道有一段較的順直段,確保來水順均勻;控制下游翼墻的擴散角,擴散角宜7~12,使水流均勻擴散;制定合理的閘的開啟程序,注意均勻起步,間隙對稱開啟原則,力避開啟,關閉時大起大落和多孔閘部分閘孔泄流的運用方式。
常用防滲及排水設施
水平防滲設備: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降壓,并將滲流安全的導向下游。
板樁的作用:鋪蓋前端或室底板上游端時,降低壓力,設在閘室底板下游側的矩板主要為減小出口處的滲壓力。
閘室結構布置: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,支承閘及上部結構胸墻作用,減少閘的高度,減輕立門重和降低對啟閉機重量的要求工作橋的作用:設置啟閉機和管理人員操作啟閉之用
水閘和河岸或堤,壩等連接時,必須設置連接建筑,包括:上,下游翼墻和便墩,有時還有防滲刺墻,其作用:
(1)擋住兩側填土,維持土壩及兩岸的穩定。
(2)當水閘泄水或引水時,上游冀墻用于引導水流平順進閘,下游冀墻使出閘水流均勻擴散,減少沖刷。
(3)保持兩岸或土壩邊坡不受過閘水流的沖刷。
(4)控制通過閘身兩側的滲流,防止與其相連的岸坡或土壩產生滲透變形。
(5)在軟弱地基上設有獨立岸墻時,可以減少地基沉降對閘身應力的影響。

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