浅谈大型水闸冲刷后的处理

周利兵

【摘要】大型防洪水闸下游发生冲刷破坏极为普遍，有的护坦、海漫受到严重破坏，特别是两边坡冲刷更为严重，甚至导致水工建筑物损坏，直接影响着水闸运行安全。对不同情况，采取有效措施防止防洪水闸下游冲刷破坏。

【关键词】防洪；策略；城市防洪

1、水闸下游水流流态及破坏现象

水闸下泄具有单宽流量大、且能量相对集中的特点，有较强的冲刷能力。因此，常采用底流消能方式与下游水流衔接，由于诸多因素造成防洪水闸下游常遇到冲刷，流态各不一样，动态情况也复杂。

防洪水闸在使用中下游水位变化较大，闸下出流为急流，在通过消力池在与下游缓流衔接中，水流高度发生局部突变，因此采取处理方法应对各种已知或预计会出现的一些问题，利用其本身的水流旋滚、掺气、破撞消耗能量。

流体的形态不同，影响了消耗能量的大小程度。当海漫水位发生变化、水深较浅时，不能满足断面处发生急流时，下泄水流把其推入下游，其开始一段水流仍处于急流状态；或因池长、池深原因；使水流跃到池外。在下游出现了不规则的波浪，且造成较大的冲刷情况。水流状况对护坦、海漫及下游河床岸都会造成不通程度的冲刷，严重的会造成消力池底板末端掏空，海漫段造成冲坑，形成断面倒坡。

2、防洪水闸下游冲刷原因

防洪水闸下游冲刷产生的原因诸多，与设计、施工、运行管理息息相关，以下这三个方面是形成下游冲刷的主要原因。

2.1 设计方面的原因。消能防冲设计的不够完善，主要表现如下。

（1）翼墙扩散角度偏大，回流不能及时消除，冲刷坑回流与主流交界的延伸，该处单宽流量且相对集中，流速较大。海漫长度根据经验公式计算值一般又较短，未能延长到回流区域末梢，这时的海漫容易受到冲刷的不同程度破坏。

（2）消力池过浅，水跃不完全，甚至急流冲出消力池，发生远驱式水跃，或者消力池尾槛过高，槛后的水面流差较大，以致消力池后的浆砌石海漫被冲毁，这种情况不外乎两种错误估计而引起：一是防洪闸的泄流量估计不足，消能防冲工程设计流量小于实际泄流量；二是闸下游设计尾水位的位置的选定缺乏实际依据不充分，实际的海漫末梢水位且远低于设计末梢水位。此类冲刷现象在江、河两岸防洪水闸较常见。

（3）消力池的结构不够厚实，其强度不能满足运行需要而被冲毁，主要是对消力池的受力条件缺乏系统的分析和正确的估算。譬如消力齿、消力槛上的冲击力，均无法做到精确计算，不能依据所具备的工程经验用类比法加以反复推敲而確定，如果此条件不能够完全一致，就会出现程度各异的事故。在消能防冲设计过程中，必须全面考虑过闸后水的流态变化特征及对影响水流态的外界条件。与此同时还要多借鉴一些优秀设计中对消能防冲部分的成功经验，消除设计中的缺陷，避免在泄流时下游发生冲刷破坏。

2.2 运行管理及其它原因

2.2.1 闸门启闭控制不规范。闸门的运行方式对下游情况的好坏和工程的安全有着重大的影响。由于闸门开启的不均匀、或开始闸门开启高差太大，以及对于多孔水闸，单孔集中开启，而不是均匀开启，造成单宽流量偏大，水流扩散不均匀，使水流态变化大，回流强度大小不一造成下游形成较大的回流与折冲水流。因此在闸门的运行管理中，必须对防洪闸门的开启方式作出限制，管理人员必须严格按操作规程去操作。工程技术人员必须绘制出“水闸上游水位—流量—闸门开启高度关系曲线”，及时掌握上下游出流情况，确保工程的安全。

2.2.2 超设计标准运行，防洪闸出现这种情况比较多，由于设计时水文资料准备不够充分或运行时管理制度不严格，造成防洪水闸的超标准运行，超标准泄流，也加大了上游水位差，增加了对下游的冲刷程度，下游河床抗冲能力差，耐冲流速较低，使下游出现冲刷性破坏。

3、防治冲刷问题的对策

3.1 改善水流流态

（1）强化防洪水闸运行操作管理，根据其承担的具体任务，合理调整制定闸门开启方式及运行操作方案；闸门开启必须对称开启，开启度要缓慢均匀，避免启、闭时的大起大落。

（2）设计时应考虑定池深、池长、海漫、防冲槽等设计条件。结合闸门启、闭运用条件、经济性等因素考虑，进行优化组合来确定消能防冲设施，使消力池内产生有异性淹没度的淹没式水跃。

3.2 抗冲加固。目前抗冲加固方法很多，主要的有保护护坦、海漫、护坡不被掏空、冲刷。水闸下游发生冲刷毁坏后，常用的处理方法是抛石护底，由于冲杀的部位不同，抛石的方法分两种：①河床冲刷的抛石保护，做法是自开始冲刷的地方向外抛石，沿冲刷河底以同一厚度抛填石块，抛石长度一般须超过冲刷坑，小而零星的则将沟略微抛平后再沿同一厚度抛填块石。此方法需要块石较少，经济适用。②护坦冲撒的抛石保护。具体做法：用土包或沙石包先将冲刷沟底填平，再抛填块石直至与护坦相平。抛石后冲刷也可以保持相对稳定。

4、结语

防洪水闸下游冲刷破坏是个极具复杂的问题，形成破坏的原因也是诸多方面的，只有深入的去了解其造成破坏具体原因，才能够更好地完善除险加固、消除存在的安全隐患。