自动防洪闸在排水涵洞工程中的应用

李邦全

摘 要：水闸是传统的一种低水头水工建筑物，具有挡水和排水的双重作用，在防洪排涝和农田水利工程中得到广泛运用。为此，提出一种涵洞式挡洪（潮）自动排水闸的课题，并浅析其工作原理。运用阿基米德定律和杆轴传动装置原理来控制闸门，达到自动启闭的目的。

关键词：水闸；自动启闭；防洪

0 引言

水闸是一种低水头水工建筑物，具有挡水和过水的双重作用，在平原地区的镇街防洪排涝和农田水利工程中应用广泛。

1 水闸分类

按其作用不同，可分为以下5类：

（1）进水闸：为了农田灌溉或镇街区其他生活水利事业的需要，在江河、渠道、水库或湖泊的岸边建闸取水，这类水闸称为进水闸。

（2）节制闸：由于农田灌溉、发电引水等要求，常需横跨河道或渠道修建水闸，以控制闸前水位和过闸流量，这类水闸称为节制闸。

（3）分洪闸：当河道遭遇洪水，对下游可能造成洪灾时，可将部分洪水泄入湖泊或洼地（滞洪区）以削减洪峰，在分洪通首部需设置水闸，即为分洪闸。

（4）排水闸：为使低洼地区的渍水或内涝水通过排水渠排入江河或湖泊，常需在排水渠末端设置水闸，这类水闸称为排水闸。排水闸除开闸排水外，在枯水季可向内引水灌溉；在主讯期，尤其是有圩堤河流的两岸农田，洪水时可关闸挡水，可防止外水倒灌。

（5）挡潮闸：滨海地区的河流都受潮水影响，为了防止海水倒灌及抬高内河水位，常在入海处附近修建水闸，即为挡潮闸。当内河水位过高时，可在落潮闸开闸排水。

2 自动启闭的原理

排水闸与挡潮闸有一个共同特点承受双向水头压力，同时需要人工操作启闭。闸门启闭比较频繁。为此，本人提出，涵洞式自动挡洪（潮）自动排水闸的课题来进行研究和探讨。运用阿基米德和杆轴传动装置原理撑控闸门，达到自动启闭的目的。下面就分析一下涵洞式挡洪（潮）自动水闸的工作原理。

大家知道，传统水闸系由闸室段、上游引水连接段和下游消能连接段等3个部分组成。闸室是水闸的主体部分，起着挡水和调节水流的作用。它包括底板、闸墩、边墩、岸墙、闸门、工作桥及交通桥等组成。闸门用于挡水和控制水流。一般需人工或机械（电动）操作，启闭频繁。然而，要达到自动启闭，叙述一下其结构原理（如图示为例），即：在闸室段上设计衬砌竖井，深度比排水渠过水深度低1.2倍左右的涵洞直径。也可视需要调整。本例为Φ800，竖井底连通下游坝堤（坝）脚下，可用Φ100～150塑料管埋设。竖井内安放一只Φ60桶，桶内装上1/3左右的水；桶顶焊上铁链索并连接在转动装置的连接支杆（2）上。转动装置结构，由一根主轴Φ750钢管，厚度5mm以长，长度2.25m（也可按需调整），两端固定在轴承的支点上；在钢管主轴上两头铰接反向转动连接支杆点上（1）和（2）。在支杆（1）点上用索链连接到水闸（铁拍门），铁拍门尺寸为110×110cm。排洪渠尺寸为100×100cm（宽×高）。这样的一个结构构成挡洪自动排水水闸功能系统。在进入主汛期当遭遇一场暴雨，由于地区之间汇流时段的不同，引成不同洪峰和时间差。对排水水闸功能来说有二种情况：（1）外排。水闸闸门（挡门），在竖井内的受桶及桶内水的重力拉动下，被打开（还有排水的水压力形成共同推力）洪水外排；（2）倒灌。外池水位高于内地的排水位时，闸门在竖井内的桶容体的浮力和闸门（扳门）自重共同作用下，逐渐自动关闭。若随着外水退潮，桶恢复重力下拉，拉动闸门將自动重新打开。这样，形成一个自动循环过程。即涵洞式挡洪（潮）自动排水闸的应用过程。

3 结束语

这一课题设计的防洪自动闸门装置结构已被国家知识产权局批准为实用新型专利，专利号：201420475191.2号。

参考文献

[1]王志法.过水断面周界系数研究与应用[J].浙江水利水电学院学报，1997，（2）：21-23.

[2]董华萍，董恒辉.简析自动化控制系统在防洪泵站水闸中的实际应用[J].华东科技：学术版，2014，（9）：151.

（作者单位：浙江省义乌市佛堂镇政府）