淺析渠北閘反向分洪情況下的運(yùn)行狀況

顧 青 王予勻

(1.江蘇省淮河入海水道工程管理處，江蘇 淮安 223200；2.江蘇省灌溉總渠管理處，江蘇 淮安 223200)

渠北閘是淮河入海水道淮安樞紐工程的重要組成部分，位于淮安市淮安區(qū)南郊運(yùn)東閘下游600m入海水道南堤處。該閘建于1960年6月，原設(shè)計(jì)等級(jí)為Ⅲ等3級(jí)，2001年入海水道近期工程中按I等1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)加固，2002年6月17日通過竣工驗(yàn)收。渠北閘的主要功能是排泄入海水道南泓排澇能力以外的澇水，也可用于反向引水沖污。

2018年5月28日，為緩解灌溉總渠大流量行洪壓力，根據(jù)調(diào)度指令，渠北閘以20m3/s的流量緊急投入運(yùn)行，將灌溉總渠的澇水反向分洪至淮河入海水道。但是，渠北閘在此次調(diào)度運(yùn)用中出現(xiàn)了閘門開啟時(shí)電機(jī)較為吃力、閘門關(guān)閉時(shí)無法靠自重關(guān)閉的情況。水利工程在調(diào)度運(yùn)用中出現(xiàn)了與預(yù)計(jì)不符的現(xiàn)象，工程管理技術(shù)人員必須予以重視，應(yīng)對(duì)其開展合理分析，探索深層次原因，從而不斷改進(jìn)工作方法，更好地指導(dǎo)今后工作。

1 渠北閘反向分洪背景

2018年汛期伊始，淮河流域出現(xiàn)了流域性暴雨，淮河上中游來水持續(xù)偏豐，給洪澤湖及其下泄通道的防汛工作帶來了較大壓力。為保障洪澤湖下泄通道入江水道、淮河入海水道沿線灘地的農(nóng)作物收成，灌溉總渠自2018年5月初投入使用，此后下泄流量不斷加大，截至5月18日，灌溉總渠渠首工程高良澗閘的下泄流量已達(dá)到770m3/s，逼近設(shè)計(jì)流量800m3/s；5月29日，高良澗閘加大下泄流量至900m3/s，以超設(shè)計(jì)流量標(biāo)準(zhǔn)搶排淮河上中游來水，灌溉總渠第二梯級(jí)樞紐工程運(yùn)東閘以600m3/s的流量持續(xù)下泄上游來水，運(yùn)西分水閘以310m3/s的流量泄洪入江?；春尤牒Ｋ雷?月7日起也投入使用，始終以100m3/s的小流量進(jìn)行分洪。

為配合高良澗閘加大下泄流量，渠北閘于5月28日緊急啟用，從灌溉總渠以20m3/s的流量反向分洪至入海水道；渠北閘啟用時(shí)，入海道側(cè)水位為5.70m，總渠側(cè)水位為8.34m。6月3日，根據(jù)上級(jí)部門的水情調(diào)度指令關(guān)閉渠北閘；渠北閘關(guān)閉時(shí)，入海道側(cè)水位為6.20m，總渠側(cè)水位為8.30m。

2 渠北閘反向分洪可行性分析

2.1 渠北閘工程概況

渠北閘結(jié)構(gòu)為平底板、帶胸墻的開敞式排澇閘，共有5孔，每孔凈寬3.0m，設(shè)計(jì)流量為30m3/s，在工程原先設(shè)計(jì)中總渠側(cè)設(shè)有消力池，入海水道側(cè)在2002年的加固改造中新建阻滑板并在末端設(shè)有消力坎，每孔工作閘門配置1臺(tái)100kN、型號(hào)為YZ132M2-6的卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)。渠北閘結(jié)構(gòu)見圖1、水位組合見表1。

圖1 渠北閘工程剖面圖(單位：m)

表1 渠北閘水位組合

2.2 渠北閘調(diào)度運(yùn)用原則

渠北閘工程的調(diào)度控制原則是：在淮河入海道行洪期間，保持渠北閘關(guān)閉；在淮河入海水道非行洪期間，承擔(dān)排泄渠北運(yùn)西地區(qū)澇水任務(wù)；當(dāng)入海水道水位低于3.5m時(shí)，開啟渠北閘從總渠引水，提高入海水道水位。

從渠北閘調(diào)度控制原則上來看，在本次調(diào)度運(yùn)用中開啟渠北閘反向分洪基本合理，唯一值得商榷的就是開啟、關(guān)閉時(shí)渠北閘兩側(cè)游水位與設(shè)計(jì)水位組合不相吻合，入海道側(cè)水位相對(duì)偏高，對(duì)閘門啟閉會(huì)有不利影響。但是，對(duì)當(dāng)時(shí)總渠沿線情況進(jìn)行通盤分析后可以總結(jié)出以下幾點(diǎn)實(shí)際狀況。

a.總渠渠首高良澗閘2016年年底才完成加固改造，工程各方面條件完好，有能力以超設(shè)計(jì)流量、接近校核流量的900m3/s下泄洪水。

b.總渠第二梯級(jí)主要水工建筑物運(yùn)東閘距上一次加固改造已有近20年，工程各方面均出現(xiàn)老化痕跡，600m3/s的下泄流量基本上已經(jīng)達(dá)到運(yùn)東閘目前下泄能力的上限。

c.總渠第三梯級(jí)主要水工建筑物阜寧腰閘于2017年2月經(jīng)安全鑒定為四類工程，存在防滲體系老化、安全度不足、地基基礎(chǔ)差、沉降量過大等問題，從安全方面考慮不應(yīng)給予阜寧腰閘過大的下泄任務(wù)。

因此，綜合各方面實(shí)際狀況分析后可以得出：渠北閘作為運(yùn)東閘下游第一個(gè)泄水口門，具備調(diào)配總渠、入海道水位的雙向控制能力，理應(yīng)投入調(diào)度運(yùn)用，聯(lián)合運(yùn)東閘至阜寧腰閘段堤防上的各個(gè)引水涵洞共同排泄?jié)乘M可能降低總渠河道水位、減少阜寧腰閘泄洪壓力，保障沿線群眾安全和農(nóng)業(yè)效益。

2.3 渠北閘實(shí)際運(yùn)行條件

渠北閘工程自2002年6月加固改造后交付使用至本次反向行洪，期間從未調(diào)度運(yùn)用過。盡管如此，管理單位仍按照相關(guān)規(guī)程規(guī)范開展日常檢查觀測(cè)和維修保養(yǎng)工作，并分別于2014年、2015年、2017年利用省級(jí)維修項(xiàng)目對(duì)渠北閘堤身裂縫進(jìn)行充填灌漿、接長(zhǎng)灌砌塊石護(hù)坡、對(duì)閘墩進(jìn)行防碳化處理、對(duì)閘門及檢修門進(jìn)行噴鋅防腐，全面消除了工程隱患，保持了工程良好的運(yùn)行條件。截至本次反向行洪前，渠北閘工程堤防、混凝土結(jié)構(gòu)(包括護(hù)坡、閘墩、胸墻、翼墻、底板、鋪蓋、消力池、防沖槽等)、金屬結(jié)構(gòu)(包括閘門、啟閉機(jī)等)和機(jī)電設(shè)備均處于較好狀態(tài)，實(shí)際運(yùn)行條件良好，具備在非正常工況下反向行洪的條件。

綜合上述渠北閘工程概況、調(diào)度運(yùn)用原則和實(shí)際運(yùn)行條件，可以得出結(jié)論：本次反向分洪這一調(diào)度運(yùn)用方案是可行的。但是，工程運(yùn)行中出現(xiàn)的閘門開啟時(shí)電機(jī)吃力、關(guān)閉時(shí)無法靠自重關(guān)閉的現(xiàn)象，值得進(jìn)行深入分析，搞清問題發(fā)生的原因和條件，并在今后的調(diào)度運(yùn)用中避免此類問題發(fā)生。

3 閘門異常運(yùn)行情況分析

3.1 渠北閘閘門基本情況

渠北閘現(xiàn)有閘門為平板鋼閘門。在本次反向分洪前，渠北閘閘門面板外觀良好，表面光滑，無剝落、流掛、皺紋、銹蝕現(xiàn)象；閘門門體無變形，端柱牢固；焊縫無開裂、腐蝕和缺失；支承及行走裝置外觀良好，主滾輪運(yùn)轉(zhuǎn)靈活；止水裝置無缺失、失效和老化現(xiàn)象。

渠北閘現(xiàn)有5臺(tái)100kN卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)，型號(hào)為YZ132M2-6。啟閉機(jī)機(jī)架表面油漆完好，機(jī)架無明顯變形、連接、損壞等情況，與基礎(chǔ)固定牢靠；齒輪咬合良好，無明顯損傷、腐蝕等情況，鋼絲繩潤(rùn)滑、纏繞良好，未發(fā)現(xiàn)斷絲變形等情況；卷筒維護(hù)良好，無明顯損傷、裂紋、腐蝕等情況，啟閉機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)正常，制動(dòng)裝置動(dòng)作靈活可靠，無腐蝕和異常聲響，零部件無缺損、裂紋和磨損，整體運(yùn)行情況良好；啟閉機(jī)電機(jī)經(jīng)電氣試驗(yàn)檢測(cè)各項(xiàng)參數(shù)全部合格，固定牢固，表面油漆完好。

總體上看，渠北閘閘門、啟閉設(shè)備維保到位，自身狀況良好，正常情況下啟用不應(yīng)出現(xiàn)異常情況。那么，引起閘門啟閉異常的原因，就應(yīng)該是非正常的調(diào)度運(yùn)用水位。

3.2 渠北閘開啟異常分析

本次反向分洪期間，渠北閘閘門開啟時(shí)的問題是閘門配套電機(jī)較為吃力，電機(jī)吃力則說明此時(shí)啟閉設(shè)備提供的啟門力不足?？紤]到渠北閘啟閉設(shè)備實(shí)際工況良好，啟閉電機(jī)一切正常，那么問題產(chǎn)生的原因很可能是因?yàn)樵诜钦＿\(yùn)行工況下，開啟現(xiàn)有閘門所需的啟門力增大，接近或者超出啟閉設(shè)備所能提供的最大負(fù)荷。因此，需要對(duì)該運(yùn)行工況下的啟門力進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，以此驗(yàn)證假設(shè)是否正確。

根據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)范，平面鋼閘門在動(dòng)水中的啟門力與作用在閘門支承上的摩擦力、作用在兩側(cè)止水上的摩阻力、作用在閘門上的水柱壓力、水對(duì)閘門的下吸力和閘門自重等因素有關(guān)，結(jié)合渠北閘開啟時(shí)的工況(入海道側(cè)水位為5.70m，總渠側(cè)水位為8.34m)以及渠北閘閘門自身尺寸(包括閘門尺寸、滾輪尺寸、止水尺寸等)和特性(滾輪滑動(dòng)摩擦系數(shù)、止水摩擦系數(shù)等)，可以計(jì)算出渠北閘閘門開啟時(shí)所需的啟門力約為108.697kN，這個(gè)數(shù)值超出了現(xiàn)有啟閉機(jī)額定出力100kN近10%。

考慮到渠北閘閘門軌道、滾輪、支承及行走裝置均保養(yǎng)得當(dāng)，止水較新，實(shí)際開啟閘門的啟門力應(yīng)略小于計(jì)算值，但即便如此，開啟閘門所需的啟門力數(shù)值大小也會(huì)處于啟閉機(jī)額定出力的±5%區(qū)間內(nèi)，因此閘門在開啟時(shí)一定會(huì)出現(xiàn)電機(jī)吃力的現(xiàn)象。

3.3 渠北閘關(guān)閉異常分析

本次反向分洪期間，渠北閘閘門關(guān)閉時(shí)的問題是無法靠自重關(guān)閉?？紤]到渠北閘門槽、滾輪等金屬結(jié)構(gòu)保養(yǎng)到位、運(yùn)行條件良好，那么問題產(chǎn)生的原因很可能是因?yàn)樵诜钦＿\(yùn)行工況下，關(guān)閉現(xiàn)有閘門所需的閉門力增大，超出了閘門自重。因此，需要對(duì)該運(yùn)行工況下的閉門力進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，以此驗(yàn)證假設(shè)是否正確。

根據(jù)相關(guān)規(guī)程、規(guī)范，平面鋼閘門在動(dòng)水中的閉門力與作用在閘門支承上的摩擦力、作用在兩側(cè)止水上的摩阻力、水對(duì)閘門的上托力和閘門自重等因素有關(guān)，結(jié)合渠北閘關(guān)閉時(shí)的工況(入海道側(cè)水位為6.20m，總渠側(cè)水位為8.30m)以及渠北閘閘門自身尺寸(包括閘門尺寸、滾輪尺寸、止水尺寸等)和特性(滾輪滑動(dòng)摩擦系數(shù)、止水摩擦系數(shù)等)，可以計(jì)算出渠北閘閘門關(guān)閉時(shí)所需的閉門力約為46.047kN，因此單純依靠閘門自重是無法關(guān)閉閘門的，需要增加配重才能完成閘門關(guān)閉動(dòng)作。而在實(shí)際調(diào)度運(yùn)用中，渠北閘閘門增加了50kN的配重才得以在上級(jí)部門要求的時(shí)間節(jié)點(diǎn)前關(guān)閉閘門。

3.4 渠北閘反向行洪現(xiàn)場(chǎng)措施優(yōu)化

本次渠北閘反向行洪現(xiàn)場(chǎng)操作均按照渠北閘啟閉機(jī)操作規(guī)程執(zhí)行，在啟閉異常時(shí)均沒有采取簡(jiǎn)單粗暴的操作強(qiáng)行完成調(diào)度指令：在閘門開啟時(shí)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)吃力后沒有強(qiáng)拉硬拖，及時(shí)停機(jī)檢查，確認(rèn)閘門、門槽、滾輪等金屬結(jié)構(gòu)一切正常后重新提拉，電機(jī)吃力后再次停機(jī)檢查，通過反復(fù)多次動(dòng)作才將閘門開啟；在閘門關(guān)閉時(shí)，發(fā)現(xiàn)閘門無法靠自重關(guān)閉后，及時(shí)停機(jī)檢查，確認(rèn)閘門、門槽、滾輪等金屬結(jié)構(gòu)一切正常后重新下放閘門，反復(fù)多次無果后逐步增加閘門配重塊，并且重點(diǎn)關(guān)注閘門是否有異常振動(dòng)、突然跌落等現(xiàn)象，通過較長(zhǎng)時(shí)間的增重、下放才將閘門關(guān)閉。

盡管閘門現(xiàn)場(chǎng)操作均按照操作規(guī)程執(zhí)行，但是現(xiàn)場(chǎng)操作仍可以進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化：渠北閘共有7塊疊梁檢修閘門(1扇高870mm、6扇高840mm，寬與工作閘門一致)，可使檢修門高度達(dá)到5.91m，在本次調(diào)度中足以擋住下游來水；疊梁檢修門相較于工作閘門更易于在動(dòng)水中啟閉，萬不得已時(shí)可采取一些激烈措施調(diào)度，產(chǎn)生的損失相較于破壞水閘工程主體閘門、啟閉系統(tǒng)而言更能接受；現(xiàn)場(chǎng)操作中可用電動(dòng)葫蘆將檢修門逐塊放入檢修門槽，逐孔啟閉、逐步降低上游水位，必要時(shí)可臨時(shí)架設(shè)機(jī)泵配合調(diào)度，使工作閘門的啟閉更為順暢，以便更好地完成上級(jí)部門的調(diào)度指令。

4 結(jié) 語(yǔ)

水利工程在緊急行洪、分洪時(shí)，常處于非正常運(yùn)行工況。在這樣的運(yùn)行條件下，工程管理單位既要嚴(yán)格執(zhí)行上級(jí)部門的調(diào)度指令，保障沿線地區(qū)群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，也要反思異常情況、優(yōu)化運(yùn)行措施，保證工程當(dāng)下和今后的運(yùn)行安全，更要在日常加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)，保證工程良好運(yùn)行工況，提高極限運(yùn)行狀態(tài)下的安全系數(shù)。