第一章 总论
Chapter 1 General Introduction
第一节 闸坝工程发展的历史回顾
§1.Review of the developed history of sluice-dams engineering
水利工程中，作为工程建筑来说，除堤防外，要算闸坝工程发展最早了。早在我国战国时期就记载西门豹兴建漳水十二渠的故事（公元前422年），《水经·浊漳水注》记载：“二十里中作十二墱，墱相去三百步，令互相灌注。一源分为十二流，皆悬水门”，即是梯级开发筑有十二个堰，分为十二流的渠首都有闸门控制。继而秦代兴建了著名的水利工程都江堰（公元前256年）和郑国渠（公元前246年），都是修筑堰（低滚水坝）的水利枢纽工程。可见闸坝工程早已在我国发展起来[1]。不仅如此，泄流时的水跃现象，我国在《管子·度地》中，也早有记载：“杜曲激则跃，跃则倚，倚则环，环则中……”，认识到渠底局部突然升降（杜曲激）出现水跃现象；而“倚”和“环”则是描述水跃主流漩涡和两旁回溜形态，“环则中”是说有了水跃就要发生冲刷，指出了水力破坏性。
由引水灌溉工程发展起来的无坝引水到有坝引水，在透水地基河床上修建低滚水坝（堰），迄今，我国很多河流上还遗留着古代用竹笼河卵石或块石堆砌的拦河或分水的低滚水坝，但是，结合混凝土建造的闸坝还是近百年内的事。印度在旁遮普河的冲积平原上1892年建的第一个主拦河堰（Khanki堰），因为没有经验，建成后不久（1895年）就失事了[2]。经过组织讨论研究和试验，发现是地下水冲刷和水跃消能考虑欠周，从而为土基上滚水坝设计指出了方向，随后就出现了布莱（Bligh，1910）的渗径长度设计方法。1934—1935年印度重建该堰，在地下轮廓设计和水跃消能方面都取得了成功，并装置了测压管等观测设备，为后来设计提供了宝贵资料，在此期间莱思（Lane，1934）提出了渗径长度加权计算法，使土基上闸坝设计方法又向前推进了一步。
我国开始修建混凝土结构的闸坝工程，可能要算李仪祉先生于20世纪30年代初在陕西省规划建造的“关中八惠”灌溉枢纽工程了。到了20世纪50年代初，我国结合治淮工程修建了大量的水闸。
苏联的闸坝工程发展，同样开始于在透水地基上建造低坝。在第二次世界大战前后，在斯维尔河和伏尔加河等水利枢纽中修建了单宽流量大的重力式混凝土堰坝。由于透水地基需要大的坝断面，大战后改进建造了一些空心轻型结构的堰坝（高达25m），比1929—1938年建造的溢流坝可节约混凝土30%左右（Γ.C.1979-12）。
随着材料结构，特别是钢材水泥和设计施工技术的发展，原来以冲积平原上灌溉为主的闸坝工程，不但建造得更加普遍和日益高大，而且进入了以防洪、发电、灌溉、航运等综合利用水资源的阶段，并向山区更高的坝发展。对于高坝来说，开始是在好岩基上修建高混凝土坝，例如美国在20世纪30年代建造了当时最高的胡佛坝，高221m，是一座混凝土重力拱坝；40年代建成了高168m的大古力重力坝等。苏联在20世纪60年代开始修建的英古里坝是一座混凝土双曲拱坝，高272m；契尔克斯克拱坝，高223m；沙彦岭舒申斯克重力拱坝，高242m等（Γ.C.1979-12）。同样，我国从20世纪50年代开始在治淮工程中也首先在好岩基上修建于佛子岭水库和梅山水库，大坝为高74m和88m的混凝土连拱坝；接着又在黄河上于60年代建成了高100m的三门峡重力坝和高147m的刘家峡重力坝；70年代建成了高97m的丹江口重力坝，以及在台湾省兴建了高181m的达见双曲拱坝。随后，由于好岩基的水库坝址逐渐减少，就不得不在较差的地基上寻求建造高土石坝的方案。从20世纪60年代起，高土石坝相对增多很快，如苏联最高的罗贡坝（高335m）、努列克坝（高300m），美国最高的奥罗维尔坝（高235m）等都是土石坝[3]。我国水资源开发较迟，好的岩基坝址仍多，因此，在高坝建设中，虽然目前仍以就地取材的土坝和土石混合坝占绝大多数，但混凝土坝并没有相对减少的趋势，20世纪80年代又相继建造了高175m的龙羊峡重力拱坝和高165m的乌江渡拱形重力坝等。这样，从引水灌溉的低水头闸坝工程到综合开发利用水资源的高水头坝工建设，必然会对泄流的消能防冲以及地下水渗流的冲蚀提出新的问题，因此也就促进了工程水力学的发展。水力学著名学者伯诺里（D.Bernoulli，1738）曾说过：“发展水力学必须发展水工学”，即此道理。
据统计，我国建国40年来已建水闸26000多座，其中泄流量1000m3/s以上的大型水闸299座，泄流量100～1000m3/s的中型水闸约2000座。兴建水库84000座，其中蓄水1亿m3以上的大型水库353座；0.1亿～1亿m3的中型水库2400多座。在兴建水库中，混凝土坝和石坝有800多座，其中多为拱坝。这些混凝土坝本身都兼有溢流或泄洪的作用，即使土石坝或堆石坝也都布置有岸边泄洪闸或陡槽式溢洪道之类的工程。因此闸坝工程面广量大，可以说任何一个水利枢纽都少不了闸坝泄流工程，用“闸坝”二字来概括泄水建筑物，似乎也不过分。