摘 要 水闸工程是修建在河道和渠道上利用闸门控制流量和调节水位的低水头水工建筑物。在水利工程中，水闸作为挡水、泄水或取水的建筑物，应用广泛。本文将对水闸工程的起源和发展进行综述，并对其未来的发展方向进行展望。
关键词 水闸工程;组成及作用;发展历程及现状;发展探索
QIN Ping1，2，3
1.Lab/Center，Institute of Intelligent Machines ，Chinese Academy of Sciences Hefei 230031，China/P.R.China;
2.University of Science and Technology of China，Hefei 230026，China/P.R.China;
3.Chaohu Administration Bureau Yuxi Gate Management Office Wuhu 241000， China/P.R.China
Abstract Sluice project is a low head hydraulic structure built on the river channel and channel to control the flow and adjust the water level by using the sluice gate. In water conservancy projects， the sluice is widely used as a block， discharge or water intake building. The following will be an overview of the origin and development of sluice engineering and a study of it’s future development.
Key words Sluice engineering; Composition and function; Development process and current situation; Development of exploration
前言
水闸工程等水利设施在国民生产和生活中发挥着巨大的经济作用和社会作用，目前在各闸站、泵站、排灌站等水利设施的日常运行过程中已经使用了信息管理技术，结合自动化控制设备，在人力、财力、物力上已经实现了较大的便利，但是在整个流域内的综合管理上，信息管理还存在一些欠缺，在具体的工作过程中更多的是需要依靠经验对实际情况进行处理，且流域内的整体运营调度的能力不足。伴随技术发展，可积极探索一条智慧水利的发展道路。
1 水闸的组成及作用
1.1 水闸类型
（1）水闸按其所承担的任务分为进水闸、节制闸、泄水闸、排水闸、挡潮闸等。
（2）水闸按闸室结构形式分为开敞式水闸和涵洞式水闸。①开敞式水闸：闸室上面没有填土。当引（泄）水流量较大、渠堤不高时，常采用开敞式水闸。②涵洞式水闸：主要建在渠堤较高、引水流量较小的渠堤之下，闸室后有洞身段，洞身上面填土。根据水力条件的不同，涵洞式可分为有压和无压两种。
（3）按过闸流量大小可分为大、中和小型三种形式。过闸流量在1000立方米每秒以上的为大型水闸;100～1000立方米每秒（不含）的为中型水闸;小于100立方米每秒（不含）的为小型水闸。
1.2 水闸的组成部分及作用
水闸由上游连接段，闸室，下游连接段三部分组成。
（1）上游连接段
上游连接段由铺盖、护底、护坡及上游翼墙组成。
①铺盖：主要作用是延长渗径长度以达到防渗目的，兼有防冲功能。②护底：主要作用是防止河水冲刷河底，以致危及上游铺盖及闸室。③护坡及上游翼墙：防冲消能、保护两岸或土坝不受过闸水流的冲刷。
（2）閘室
闸室是水闸的主体，起挡水和调节水流的作用。它包括底板、闸墩、闸门、胸墙、工作桥和交通桥等。
其中闸室底板可分为整体式平底板和分离式底板。
①整体式平底板：每段底板与闸墩连成整体，抗震性能较好。中等密实以下的地基或地震区适宜采用整体式底板。②分离式底板：底板与闸墩下的底板用沉降缝分开，基底压力较大，适用于地质条件较好、地基承载力较大的地基。
（3）下游连接段
下游连接段通常包括护坦（消力池）、海漫、下游防冲槽以及下游翼墙与护坡等。
①护坦（消力池）：主要起消除水能的作用。与两侧翼墙底板及闸室底板之间，均应设置沉陷缝。缝的位置如在闸基防渗范围内，缝中应设止水。②海漫：其作用是继续消除水流余能。海漫材料一般采用浆砌或干砌块石。在海漫末端设置防冲槽与下游河床相连，以保护海漫末端不受冲刷破坏。③下游防冲槽：进一步消除多余的能量，使流速分布接近于河床水流的正常速度。④护坡及下游翼墙：防冲消能、保护两岸或土坝不受过闸水流的冲刷[1]。
2 水利工程发展历程
中国水利历史悠久，水利在中国是极为重要的公共事务，自古即有“善为国者必先治水”之说。作为国民经济的基础性、公共性、战略性支撑行业，水利发展战略尤为重要。根据中国水利工程发展历程可以将其分为七个时期：
2.1 初步发展时期
约自公元前21世纪夏朝建立以前至前256年秦灭周，是中国水利初步发展时期。主要水利设施有：
（1）灌溉工程：商代已经有了明确的引水灌田记载。南方陂塘灌溉，如春秋时有期思陂和芍陂;北方有渠系，如战国初期有渠首建坝引水的智伯渠。
（2）人工运渠：自春秋后期起，有太湖和长江之间的运渠，有江淮之间的邗沟，黄淮之间的鸿沟，济泗之间的菏水及江汉之间、济淄之间的运渠等。
2.2 以黄河流域为主的时期
自秦灭周（公元前256）至东汉中平六年（公元189）的四百多年里，是黄河流域为主的水利发展期，也是中国水利事業发展的第一个高潮。
其他流域也有几处重要工程：如郑国渠、都江堰、灵渠等。
2.3 向南发展时期
自东汉初平元年（190）至隋政权建立（581）的392年间，由于北方战乱多，人口大量南迁，江南形成六朝的政治中心，开始南方水利开发。南方江湖水域多，雨量大，水利门类和开发技术和前一时期有较大发展。
2.4 洪水及堤防时期
这一时期突出特点是黄河很少有洪灾及修防的记载，成为水利史上亟须研究的问题。长江和汉水有局部修堤记录。另一特点是以江河为战争工具，形成大量人为水灾。
2.5 排涝及灌溉时期
南方多雨，农田水利出现排涝问题。西晋进行淮河水利开发、南朝宋梁进行太湖流域开发、北方进行海河水利开发。
2.6 运河的发展时期
最早的南北大运河是因为军事需要，初步形成;早期河道渠化是拦河建筑一系列堰埭，三国时期已有记载，晋以后大量修建。
2.7 水利发展鼎盛时期
自隋初（581年）至北宋末（1127年）547年间是中国古代水利最发达时期。在政治经济中的地位都十分重要，水利普及全国，水利门类齐全，水利技术达到中国古代的最高水平，如出现运河上的复闸等[2]。
3 水闸工程发展现状
我国水闸等水利设施大多地处偏僻且较为分散，加之技术及观念等的制约，我国大部分水利工程，对闸门等金属结构的运行监测，仍停留在人工目测阶段，自动化运行控制技术较为落后，水闸工程管路存在薄弱环节，具体表现有：
（1）全国水闸、堤防基础数据库尚未建立，水利工程底数不清、基础数据不完整。
（2）水利工程安全监管和运行管理手段落后，信息化水平低、水雨情监测和工程安全监测设施不健全、监测预警能力不足。
（3）实时在线监测及更多类数据采集和关联并未进行。已有的信息化各类信息难以整合和数据共享。缺乏统一的数据结构、标准的通信协议，使得各子系统整合难度大;缺乏统一的设计规范和建设标准，各子系统兼容性差，易造成信息孤立。
（4）水资源综合调度效果及调度机制待完善。调度工作还存在局部调度死角，流域和区域的水情和工情处于动态变化之中，水资源调度方案也需进行动态调整，调度的方向、频次、控制条件、控制指标以及调度的效果分析还有待进一步研究 。
随着信息技术的发展，以及水利事业的不断发展，低集成性的自动化控制技术，各自独立运行的运行管理模式，陈旧的管理运行方式越来越不能满足实际工作需求，亟须改变[3]。
4 水闸工程发展的探索
对水闸等水利工程进行信息化管理，高度整合水利信息资源，通过物联网、“互联网+”、云计模拟分析和智能优选能力的水利业务应用系统，实现水利信息资源共享的智慧管理和智能管理。构建思路如下：
（1）一个平台：流域内的各个水利设施的水雨情、墒情、工情、管理、视频、会商集成在GIS系统上展示。该平台更具集成性和整合性，可以在一个平台上查找多种数据，各项数据之间形成较强的关联性，也能实现数据共享。
（2）一张网络（互联网技术）：借助与互联网技术的蓬勃发展和即将到来的5G时代，推动水利工程网络建设开展。
该数据传输通道可以是有线网也可以是无线网络（如GPRS、基站、微波等），各类数据按照一定的规则在网络上进行传输，这也对网络有较高的要求，需要其具备安全稳定、容量大、快速等特征。
（3）一张地图：在计算机软硬件系统的支持下，对整个流域或者整个区域地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
主要针对地理信息管理，如河流、坐标、地形地貌、交通信息等;水利信息展示（如水闸、水库、大坝等分类别，分图层展示）;GIS系统与各子系统数据交互等系统集成处理（如水雨情、视频系统、决策系统的集成）等。
（4）一个中心（大数据技术）：可以建立一个数据中心，更便捷的是云中心，进行数据存储、数据交换、数据管理和决策支持等。同时保护数据的安全性，实现数据安全、稳定、高效利用。具体表现为：
数据入库：对于通过网络传输来的三类数据进行梳理，让这些不同结构的数据遵循相关标准存放数据库中;
建模、决策、发布：建立各类模型，如洪水预报模型，节水灌溉模型，三维模型，BIM建模等等为管理者提供决策，如：防汛抗旱决策，洪水预报决策，水资源水环境决策，综合会商，工程管理决策，水土保持决策并通过多种方式发布（电脑，手机）[4]。
5 结束语
随着水利单位的改革，未来机构人员的精简，势必会对现有的水利建设和发展提出更高的要求;借助信息技术的快速发展，以及各项人工智能技术在工业生产中的应用实现水利工程智慧化、智能化，是未来水利工程的发展的必然趋势，最终会实现“无人值班”、“少人值守”的状态。
参考文献
[1] 薛井俊，高萧，周开欣，等.大型水利枢纽工程综合发布系统的构建及应用[J].水利信息化，2019，（01）：55-59.
[2] 孙国庆，陈天江，张文剑，等.智慧水利水闸系统设计与实现[J].物联网技术，2017，（10）：97-98，101.
[3] 于创宇，江南.水工机械智能远程运维新模式[J].水电与新能源，2019，（01）：51-54.
[4] 阮利民.水利工程运行管理工作现状与展望[J].水利建设与管理，2019，（04）：10-13.
作者简介
秦萍（1990-），女，学历：本科，助理工程师，研究方向：水利工程管理。