水闸设计中设计水位的确定

水闸设计中设计水位的确定

【摘要】水闸是调节水位、控制流量的低水头水利工程建筑物，具有挡水和泄(引)水的双重功能，在防洪、治涝、灌溉、供水、航运、发电等方面应用十分广泛。水闸设计水位是确定水闸规模的重要参数，确定水闸设计水位也是水闸设计工作中的重要部分。本文对拦河闸、排水闸、挡潮闸及灌区上水闸的设计水位的确定方法分别进行了说明，供同行参考。

【关键词】水闸设计；设计水位0.引言

水闸是调节水位、控制流量的低水头水利工程建筑物，具有挡水和泄(引)水的双重功能，在防洪、治涝、灌溉、供水、航运、发电等方面应用十分广泛。根据水闸的功能，可分为拦河闸(节制闸)，进水闸、分水闸、排水闸、挡潮闸等。在水闸设计中，水闸设计水位是确定水闸规模的重要参数，确定水闸设计水位也是水闸设计工作中的重要部分。

1.拦河闸

拦河闸一般是用来调节水位、控制流量，以满足灌溉、航运、发电等要求。在确定拦河闸的设计洪水位时，一般是先根据水闸下游水位流量关系，按水闸设计过水流量，查算闸下设计水位，然后再根据水闸水力计算公式，推算闸上游水位。一般情况下，平原区水闸的闸上、下游水位差控制在0.1～0.3m，以此确定水闸的闸孔尺寸等参数。

因此，在确定拦河闸的设计洪水位时，关键是要先确定水闸下游水位流量关系，这又需要根据闸下游的河流情况分别对待：

(1)当水闸下游水位流量关系相对稳定时，可根据实测水位流量关系资料、历史洪水调查资料，结合水面线推算成果、水力学公式法成果拟定。当然，河流的水位流量关系不会是完全单一、稳定的关系，设计时，一般按偏于工程安全的角度拟定一条水位流量关系曲线。

(2)当水闸下游河道为感潮河段时，下游水位既受洪水影响，又受外海潮汐影响时，水流往复，无确定的水位流量关系。设计时，应根据洪、潮遭遇分析结果，采用水面线计算等方法推算若干组闸下水位流量关系。一般来说，洪水、潮汐为两个互不相关的独立事件，设计中一般按上游洪水与外海多年平均最高潮水位或2～5年一遇最高潮水位遭遇，以此推算的闸下水位流量关系，则作为确定水闸闸顶高程、闸孔尺寸的水位流量关系。在进行水闸消能防冲设计时，则需考虑外海低潮水位的情况，一般按外海多年平均最低潮水位来推算闸下水位流量关系，作为消能防冲设计依据，安全考虑，一般还考虑河道下切的不利影响。

2.排水闸

排水闸主要是用来排除河（湖、渠）的洪涝水，或防止外水倒灌。排水闸的闸上设计水位，对无蓄涝区或蓄涝区很小的排水闸，因无调节作用，闸上设计水位可采用排水河道或引河的设计水位；对有蓄涝区的排水闸，闸上设计水位应采用蓄涝区设计蓄涝水位(即最高蓄水位) ，设计蓄涝水位则根据蓄排涝演算推算，一般需要先计算蓄涝区容积曲线、外河水位(或水位过程)、内河设计洪(涝)水过程线等。

排水河道的设计水位，应根据涝区特点和排涝的要求分析研究确定，要求以作物不至因涝受灾作为控制，局部河段必要时可略高出地面，一般分以下两种情况：

(1)在能自流外排时，为了保证排水通畅，内河出口处设计水位至少要与外河的设计洪水位相平。

(2)在外水位很高，设计水位一般按不超出地面，以离地面0.2～0.5m为宜，以利涝水排入沟道。

排水闸的闸下设计水位，按承泄区水位确定。汛期有抢排要求的排水闸，为了最大限度地抢排涝水，总是在承泄区水位退落到略低于闸上(闸内)水位时开闸，以抓住承泄区水位短暂回落的有利时机排水，一般选择低于闸上水位0.1～0.2m的外水位，作为排水闸下游设计水位。

3.挡潮闸

挡潮闸分布在沿海地区受潮汐影响的感潮河段，主要是用来防止潮水倒灌，并兼有排除集水范围内涝水的功能，同时还可以调节内河水位。挡潮闸设计(潮)水位的确定关键在于确定下游的最不利潮型，造成洪、涝灾害的主要原因是暴雨。所以，防洪和治涝的设计标准是以暴雨的频率来表示的。由于下边界的潮位与上游的暴雨并非同频率出现，因此，设计潮型可取平均偏大的潮位过程。当挡潮闸本身下泄的水量不影响闸下水位时，下边界可取在闸下；反之，则下边界应尽可能选在不受或少受下泄流量影响处。潮位过程线既受天文因素的影响，同时也受到台风低气压及可能受到洪水、江道冲淤变化的影响。因此，在选择设计潮型时，应分别考虑这些因素。

具体设计时，应选择泄水期（或引水期）可能出现的最不利潮型（如建于河道入海口处的挡潮闸，可选择与历年来排涝时闸下最高潮位的多年平均值相接近的潮型；如建于支流河口处的挡潮闸，可选择历年来闸下平均最高高潮位与干河洪峰流量遭遇时的潮型；如下游河水河道的水位主要受上游洪峰流量影响的挡潮闸，可选择与历年来闸下最高高潮位的多年平均值相接近的潮型等）作为设计潮型。

在水闸过流计算时，由于暴雨和潮水互不相关，安全考虑，挡潮闸下游常采用多年平均最高潮水位及相应不利潮型。对于闸内无调蓄容积或调蓄容积很小的，则根据水闸水力计算公式推算闸内水位；对于闸内有调蓄区的，则根据蓄排涝演算推算闸内水位。

4.灌区中水闸

4.1分水闸

分水闸主要是用来引水灌溉，建在渠道岸边，也是下一级渠道的进水闸。水闸闸前水位确定方法如下：

当上级渠道无节制闸时，闸前设计水位,采用比上级渠道分引水后的设计流量相应水位略低的水位；当上级渠道设有节制闸时，闸前设计水位按节制闸调节的水位推算确定，闸前、后水位控制。

4.2节制闸

节制闸主要是用来控制渠道水位，调节流量。节制闸设计下游水位可根据渠道水力学计算公式或水面线推算方法确定，闸上游则根据水闸水力计算公式推算。闸上、游渠底平顺衔接的，当节制闸闸门完全开启过流时，上、下游水位差应控制在0.3m以下；对与跌水或陡坡建筑物联合建筑的节制闸，其闸上、下游水位差主要由跌差控制。

4.3泄水闸

泄水闸主要是用来排除渠道内的多余水量，建在渠道岸边，闸前设计水位的确定方法如下：附近设节制闸的，闸前设计水位按节制闸调节的水位推算确定；

附近不设节制闸且闸前设有跌塘的，闸前设计水头可取跌塘的第二共轭水深的0.8～0.9倍。闸后水位则根据承泄区水位确定。

【参考文献】

［１］水闸设计规范(SL265-2001)．

［２］水利工程水利计算规范(SL104-95)．

［３］水利动能设计手册治涝分册(水利电力部、水利水电规划设计院、长江流域规划办公室主编)．