一、选题的依据及意义

1.选题依据

依据水利水电工程专业培养目标：培养掌握水利水电工程专业的基本理论和基本知识，获得工程师基本训练，能从事水利水电工程勘测、规划、设计、施工、监理及水利技术管理等工作的高素质应用型人才。本课题要求我认真全面阅览和学习专业相关法律法规以及行业规范，并且利用所学专业知识熟悉水闸工程及其设计过程，最后对该工程进行水力计算、水闸荷载计算、水闸的渗流分析及水闸的稳定分析，并完成水闸细部构造设计，绘制图纸，撰写报告及计算书。

2.选题意义

（1）、培养自身运用已学的专业理论知识技能,综合分析解决本专业范围内实际工程问题的能力。 （2）、培养自身正确的设计思想,掌握正确的设计方法。 （3）、经过调查研究,查阅相关文献资料,培养自身严肃认真的科学态度以及严谨务实的工作作风。 （4）、培养自身勇于创新、开拓进取的精神。 （5）、通过本次毕业设计,我在教师的指导下,独立完成设计课题所要求的全部内容。全面提升自身综合能力，使我在以后的水利工程事业中发挥更大作用。

二、国内外研究现状及发展趋势（文献综述）

1.国内外研究现状

水闸是水利工程中至关重要的一个水工建筑物。近些年来国内外诸多学者就水闸设计做了诸多研究。其中国内学者对水闸的施工技术、安全鉴定、泄洪消能、翼墙地基处理、以及险病问题等方面做出了大量研究。

由于水利水电项目过程时水利工程项目中水闸工程的建筑技术相对复杂所以必须过硬的水闸施工技术， 陈泽宏[1]主要针对水闸的施工过程中的开挖工程、混凝土工程、金属结构工程以及导流工程技术进行了分析探讨。为确保水闸安全鉴定工作的质量褚益清[2]就献县节制闸的安全鉴定展开了研究，主要对鉴定节制闸过程中发现的相关问题及容易隐患部位进行了相应的分析。讨论了鉴定同一流域内的其它水闸的过程中出现相类似问题的可能性及以及相应的处理方法。

消能计算是确保水工建筑物安全的重要内容孙勇[3]]等人对水闸泄洪消能的安全影响进行了研究。主要利用消能复核算法分析了在泄洪调度、闸门操作和江河潮汐涨落等因素的影响下，消能防冲的边界工况所呈现出的较大的改变和不确定性。并指出加强在边界工况的消能病害复核，并合理计划泄洪流量和正确操作闸门，可以确保工程安全运行。赖勇[4]等人通过调查近年来浙江省近年来建设的山区水利工程建设以及运行情况的基础上对浙江省山区水利枢纽工程水闸消能防冲新技术进行了研究。主要从运行期防冲消能和施工导流期消能以及新型材料技术方面分析了消能防冲结构中所存在的问题，以及相应的保护和加固技术，并且介绍了消能防冲结构中抛石混凝土、纤维混凝土、石笼网等新材料和技术的适用条件和使用情况。

地基是水闸工程的根基，翼墙是水闸工程的重要组成部分因此翼墙和地基处理在水闸设计中尤为重要。周雅[5]就上海市某翼墙底板位于淤泥质粉质粘土层的水闸，经计算发现挡墙地基承载力、基底应力比和整体稳定安全系数等不满足规范要求的水闸工程，对其选用了预制桩、钻孔灌注桩、混凝土搅拌桩三种地基处理方案并进行了比选并查阅相关资料后得出：浙江省地标和现行国标均尚未明确给出混凝土搅拌桩处理后复合地基的抗剪强度指标以及相应计算方法，因此依据相关资料可选取水泥土黏聚力 c=100 kPa，内摩擦角 φ=20°进行计算。发现选用混凝土搅拌桩方案可以提高地基土质，使整体稳定性和地基承载力能满足要求，但依旧无法实质性的解决挡墙基底应力比问题。通过结构比选，决定采用钻孔灌注桩和预制桩方案，综合考虑施工质量、工期和造价等多方面，挡墙可以采用前板桩后方桩预制桩烦人处理方案，此设计可供类似工程设计参考。

水闸工程中存在的病险问题严重影响水利枢纽工程的安全质量。才庆欣[6]调查了绥中县全部71座水闸，发现其中有 4 座水闸有闸门启闭机损坏、渗流破坏、消能设施损坏等不同程度的损坏不同的病险问题存在。针对这些问题才庆欣[6]分析了水闸工程管理现状、险病水闸主要问题、险病水闸管理对策等方面提出了对现有水闸的险病问题进行除险加固以及加强运行管理的措施，解决了灌溉区排灌设施老化的问题，使其达到不影响灌溉区用水效率和，确保正常灌溉的目的以使水闸充分发挥其应有作用。黄贵青[7]通过分析水闸设计中的坝址选择、安全计算、尺寸设计、防冲设计、地基处理和坝型选择的方面总体阐述了水闸设计的几个要点。黄贵青[7]提出具体设计中，要研究现场实际情况，并严格按照现有的设计规范以及标准开展设计工作，不断提高设计水利水电工程水闸的水平。茹建辉[8]讨论了水闸设计的几个问题。林继镛[9]在《水工建筑物》中介绍了水闸的设计方法。对于水闸的水力计算吴持恭[10]的《水力学》可作为主要参考依据

2. 国外研究现状

国外学者也不乏对水闸设计的研究者其中一种新型的柱面和半柱面水闸设计精妙富有创意。 Ferro[11]等人通过自相似理论和量纲分析对自由出流和淹没出流两种情况下的水流运动进行了试验研究。建立了两种研究水流条件下的水位流量关系。对于这些柱面和半柱面边缘闸门和自由流条件提出的水位流量关系的特点是，对于不同闸孔开度下的自由出流和淹没出流计算值，载估计误差分别小于或等于5%的情况下。并且利用量纲分析和不完全自相似理论，推导了柱面和半柱面水闸自由出流和淹没出流的水位流量方程。给出了允许自由出流和淹没出流条件下的最大尾水深的计算公式。通过水槽试验对这些方程进行了标定使用具有不同直径值的柱面和半柱面边缘的水闸。这些方程通过水槽试验进行了校核，这些试验使用具有不同直径值的柱面和半柱面边缘网孔的水闸。

3. 发展趋势

近年来, 国家越来越重视对生态环境保护, 治理中小河流和城市生态水系列水利工程发展迅速, 要求日后的水利工程设计的总体布置不仅需要具有常规水利工程的相应功能, 而且还须与适应生态水系, 同周边环境自然协调, 且需满足景观优美并保证通航等功能。随着城市水利工程建设的日趋发展,一个 有利于城市环境生态的设计新型水闸的设计与研究方向已成为城市水利枢纽工程的一个重要方向。为此梁一飞[12等人以苏州河河口水闸、北京清河羊坊弓形闸、泰晤士河隐形水闸和威尼斯泻湖挡潮闸为例，深入介绍了国内外此类水头低、跨度大 、构思巧妙、设计新颖、 造型独特, 且成为人文景观的组成部分的新型水闸。为日后水闸设计提供了新的设计思想、造型功能及结构特点 , 也为探索城市河道水闸枢纽工程设计新理念和新思想以及城市河道水闸设计研究过程中合理分配利用水资源提供了部分依据

4.结语

根据以上学者的研究介绍可知水利工程在人类的生产生活中具有重要意义，是一项重要的利民工程。建设水利工程不仅可以将雨季所带来的的水能聚集起来转化成电能而且对河流水文环境具有调节作用。合理的水闸设计是完善水利工程建设的一个重要途径,根据水文地理地貌等差异，在水闸的设计上也也会产生巨大差异，设计过程中需要多因素综合考虑，以确保设计出来的水闸比较符合当地的需要。水闸的主要用途是控制闸孔下泄流速，在水闸正常工作状态下会受到水流产生的巨大冲击力,所以，对水闸的设计具有非常高的强度要求，只有按规范进行设计才能保证水闸正常工作状态下的质量，以确保水利工程的稳定性。在水闸设计过程中，造型美观有利于生态环境的水闸设计也尤为重要。

三、课题拟设计内容与拟解决的主要问题

主要研究内容

根据《礁门塘安全评价报告》结合台风期工程运行状况确定礁门塘闸门存在安全隐患，需进行礁门闸进行除险加固。加固目标：对礁门闸进行改扩建设计优化启闭机房，修复闸顶交通桥故障，改善上下游翼墙工况，修复塘、闸连接部位使其正常工作，主要内容如下：

第一章 工程概况

第二章 水闸总体布置及尺寸拟定

2.1 水闸总体布置

2.2水闸尺寸拟定

第三章 水力计算

第四章 防渗排水设计

4.1 渗流计算

4.2排水设计

第五章 结构设计

5.1 荷载计算

5.2 稳定计算

5.3细部构造

拟解决的主要问题

1. 主要问题：设计资料难以补全；相关专业知识不够扎实；配筋计算存在较大问题；渗流计算不熟练；设计思路不清晰；扎实复习专业知识，积极查阅相关资料，多向指导老师以及优秀同学请

2. 主要难点：按《水闸设计规范》进行总体布置。教，争取高质高效完成此次设计。

（1）闸孔总净宽按计算。

（2）消能防冲按《水闸设计规范》附录B计算。

（3）渗流计算按改进阻力系数法计算。

（4）荷载组合使用基本组合。

四、课题研究方案

1.设计依据

主要依据《海堤工程设计规范》（GB/T 51015-2014）；《 水利水电工程钢闸门设计规范》（SL 74-2013）；《水工混凝土结构设计规范》（SL 191-2008）；《水工挡土墙设计规范》（SL 379-2007）；《水闸设计规范》（SL 265-2001）；《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2000）；《水利水电工程初步设计报告编制规程》（DL 5021-1993）等进行设计和安全复合

2. 工程背景资料

根据2018年10月完成的《礁门塘安全评价报告》中的水文环境地质情况以及闸门安全隐患的问题为设计的主要资料，结合设计规范对闸门进行修整加固。

五、课题拟获得成果、主要特色及进度安排

1. 拟获得成果

毕业设计计算书，毕业设计设计图纸。

2. 研究特色

水闸的常用型式有开敞式水闸和封闭式水闸。开敞式水闸又分为有胸墙式和无胸墙式。
  开敞式有胸墙闸室和涵洞式闸室亦称孔流式闸室，其泄流特点是闸门全开时过刚水流只能通过固定孔洞下泄，自由水面受到闸室顶部的固定结构部件(如胸墙或涵洞项板等)所阻挡。对于闸上水位变幅较大，高水位时需关闸挡水，而闸室总净宽为低水位时的过闻流量所控制，即挡水位高于泄水运用水位，拦河闸采用这种闸室结构型式较为合适。
  开敞式无胸墙闸室亦称堰流式闸宽，其泄流特点是闸门全开时过闸水流具有自由水面。当闸门全部打开时，闸室过水断面面积和泄流量都随水位都抬高而增大，这对需要泄洪、分洪的水闸是一个很大对优点，因此泄洪闸或分洪闸宜采用开敞式无胸墙式。
    本闸是一个挡潮闸上游水位变幅不大且需考虑通航要求，因此，闸室选为开敞式无胸墙式。

3. 进度安排

六、主要参考文献

[1] 陈泽宏.水利水电工程中水闸施工技术探析[J].建材与装饰,2020(04):298-299.

[2]褚益清.水闸安全鉴定应注意的问题[J].水利技术监督,2016,24(01):12-14.

[3]孙勇,郭建斌,蒋涛,冶金祥.水闸泄洪消能的安全影响研究[J].能源研究与利用,2019(06):45-47.

[4]赖勇,黄荣卫,张永进.浙江省山区水利枢纽工程水闸消能防冲新技术[J].水利水电科技进展,2012,32(05):78-81+85.

[5]周雅.水闸翼墙地基处理设计研究[J].城市道桥与防洪,2019(05):185-189+22-23.

[6]才庆欣.水闸工程现状存在病险问题及规划建设研究[J].内蒙古水利,2017(11):38-39.

[7]黄贵青.刍议水利水电工程中水闸的设计[J].装备维修技术,2019(04):71.

[8]茹建辉.对水闸设计几个问题的讨论[J].广东水利水电,2018(03):1-10.

[9]林继镛.水工建筑物[M].第6版.北京：中国水利水电出版社，2019

[10]吴持恭.水力学[M].第5版.北京：高等教育出版社，2016

[11]V. Ferro,A.N. Ziaei,N.S.R. Nikou,M. Nourolahi,A.A. Beheshti. New stage-discharge relationship for cylindrical and semi-cylindrical edged sluice gates[J]. Flow Measurement and Instrumentation,2019,70.

[12]梁一飞,刘成有,李国宁.国内外新型水闸的设计研究现状综述[J].内蒙古水利,2010(01):11-12.

七、指导教师审核意见

可从对任务书提出的工作内容的理解程度、针对课题内容的文献查阅完成情况及综述质量、工作内容任务的饱满程度、方案路线的可行性、进度安排的合理性等方面给出意见。特别注意定性描述的针对性，精确指出存在的不足之处）。

首行缩进两字符，宋体，五号字体，单倍行间距。首行缩进两字符，宋体，五号字体，单倍行间距。首行缩进两字符，宋体，五号字体，单倍行间距。

□同意直接开题    □同意修改后开题

□不同意开题，原因：                                        。

指导教师（签名）：                   年      月       日

八、学院审核意见

□同意直接开题    □同意修改后开题

□不同意开题，原因：                                        。

教研室主任（签名）：                  年      月       日