水閘的組成和作用
1.水閘的組成
水閘主要由三部分組成，分別是上游連接段、閘室和下游連接段三部分。其中上游連接段的作用主要是將水流引入閘室，避免其外流，對兩岸及河床也起到了保護作用，防止其被沖刷，同時還與閘室一起起到了防滲作用；閘室在水閘中處于主要地位，它的主要作用是對水位和流量起到了一定的控制作用，并且防滲防沖，它的設(shè)計包括底板、閘門、閘墩、護欄和工作橋等；下游連接段主要用來消除過閘水流的剩余能量，將出閘的水流進行均勻地分散，從而起到對流速的減緩作用，避免對下游的沖刷。
2.水閘的作用
水閘既可以擋水，又能排除多余的水，主要是通過升降的閘門控制水位，進而調(diào)節(jié)流量，因此水閘在防洪、灌溉、排水、發(fā)電等水利工程中都有發(fā)揮著重要的作用。水閘按照其功能的不同也分為很多不同的種類，主要有節(jié)制閘、進水閘、分水閘、排水閘等；按照閘室結(jié)構(gòu)又可以分為開敞式水閘、胸墻式水閘和涵洞式水閘。不同的水閘所發(fā)揮的作用不同，因此在設(shè)計時要根據(jù)水利工程特定的需要和要求進行設(shè)計。
水閘設(shè)計選址的要求
節(jié)制閘或泄洪閘閘址宜選擇在河道順直、河勢相對穩(wěn)定的河段，經(jīng)技術(shù)經(jīng)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(wěn)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(zhèn)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(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。
水閘設(shè)計分析
一、結(jié)構(gòu)、尺寸設(shè)計
設(shè)計水庫水閘時，應(yīng)當(dāng)結(jié)合基礎(chǔ)資料，按照此水庫水閘的具體設(shè)置目的及當(dāng)?shù)氐膶嶋H環(huán)境條件，來設(shè)計水閘的類型、大小、尺寸規(guī)模等。水庫水閘的主要數(shù)據(jù)包括：出閘孔寬度、孔數(shù)、閘高以及閘孔型式和閘底板高程等。
1.設(shè)計進水閘類型和尺寸
進水閘是修建在渠首按需要引水的建筑物，當(dāng)不需要引水時，則關(guān)閘擋水，以免河水進入渠道。從天然河道取水，按取水方式一般可分為無壩取水和有壩（閘）取水兩種方式。當(dāng)天然河道水量豐富，水位也能滿足引水要求時，可采取無壩取水方式，即直接在渠首修建進水閘引水；當(dāng)天然河道水位不能滿足引水要求或引水流最較大（占河道來水30%以上）時，由于引水有困難，常需采取有壩取水方式，即除了在渠首修建進水閘引水外，還需在河道中修建攔河壩（閘），攔斷河流，壅高水位，迫水入渠，以滿足進水閘引水要求。為了滿足引水要求，進水閘不但要有足夠的閘孔尺寸，而且要有一定的高度，以便阻擋河中水流和洪水漫頂，才能真正實現(xiàn)按需要引水的目標(biāo)。
2.設(shè)計攔河閘基本型式和尺寸
攔河閘主要是為了攔斷河流和壅高河中水位，以此來保證引水目標(biāo)的實現(xiàn)。需要壅高的水位，稱為正常壅水位，亦稱正常擋水位。對于灌溉取水工程，該水位是根據(jù)灌區(qū)規(guī)劃對引水高程的要求確定的。
此外，在洪水時期，攔河閘必須開閘泄水。因此，攔河閘應(yīng)具有足夠的閘孔尺寸，才能進一步滿足泄洪要求。泄洪時，閘前的洪水位一般會高于閘前的正常壅水位，可見攔河閘的閘前最高水位取決于閘前洪水位的高低。為了滿足引水要求而確定的閘前正常壅水位是攔河閘的正常擋水高程，而泄洪量的大小和閘前洪水位的高低，則直接影響攔河閘的高度、閘孔的型式和尺寸、閘的上游淹沒損失以及對閘下游消能防沖的要求和工程量的大小等。
3.閘門梁系設(shè)計
為減小閘門運行過程中的振動，結(jié)構(gòu)設(shè)計時考慮了適當(dāng)提高閘門的整體剛度。閘門主梁布置除底主梁外，上部主梁盡量等荷載布置，采用相同主梁截面，方便制造。底主梁采用雙腹板箱型梁，由于閘門底檻下游側(cè)有向下5°的偏角，為減少門底底主梁以下懸伸長度以減小底主梁荷載，同時又能滿足底主梁到底止水的距離符合底緣布置的要求，下游傾角設(shè)計為26.2°，底主梁與底檻的夾角則為31.2°>30°。為改善水流流態(tài)，底主梁后翼緣與底次梁間采用鋼板進行密封。水平次梁采用槽鋼，近似按等跨連續(xù)梁設(shè)計，槽鋼肢尖向下，以防積水和積塵。
二、水閘排水問題
1.消力池底板排水孔設(shè)計
消力池底板要承受多方面的力量，包括水流的沖擊力、水流脈動壓力和底都揚壓力等，具備相當(dāng)?shù)闹亓亢蛷姸?，能夠抗擊重物沖擊、經(jīng)壓耐磨?？梢钥紤]在水平護板的后半部分設(shè)置部分垂直的排水孔，同時，排水孔呈梅花形布置，排水孔的下面可以鋪一層反濾層，能夠最大限度的進行排水，減少護板底端的滲透壓力。
2.閘基防滲面層排水
由于上游與下游巨大的水位差產(chǎn)生的強力作用，上游水會從河床慢慢滲透，繞經(jīng)上游防滲鋪蓋、板樁以及閘底板，再經(jīng)過消力池的反濾層由排水孔流至下游，起到有效排水的作用。地基的滲水要想盡快的排出去，可以在高水位的一側(cè)大不量布置鋪蓋、淺齒墻、板樁等多個防滲止水的設(shè)施，滯滲延長底板上游的滲透路徑，使作用在消力池底板上的滲透壓力緩緩減小壓縮。在低水位一側(cè)設(shè)置濾水層進行排水，同時使用排滲管等設(shè)施排滲。
3.翼墻排水孔的設(shè)計
在水閘的使用過程中，除了閘基會出現(xiàn)滲流以外，還會發(fā)生側(cè)向滲流。所謂側(cè)向滲流是指滲水從上游繞過翼墻、岸墻和刺墻后向下游流去。這種側(cè)向滲流隱患很大，很可能造成水閘底板滲透壓力的增大，從而使得滲流出口處發(fā)生嚴重危害性的壓力變形。一般單向水龍頭的水閘可以在下游翼墻和保護坡處設(shè)置多個排水孔，并且在擋土墻的另一側(cè)孔口處設(shè)置反濾層。然而由于一些設(shè)計人員的馬虎和不專業(yè)，有一些工程中的排水孔設(shè)置在了進口翼墻處，這種設(shè)計不僅浪費資源，還會起到一些發(fā)面效果。比如，這樣的設(shè)置使得翼墻失去了大部分防滲、抗沖、增加滲透路徑的能力，使得上游的水流直接從排水孔滲入翼墻的后面，同時也減小了翼墻的作用。 所以，設(shè)計者要明確各個環(huán)節(jié)的作用，做到心中有數(shù)，做好側(cè)方向防滲排水設(shè)施。不能盲目的張冠李戴，鬧出笑話，也給工程帶來安全隱患。