淺析渠北閘反向分洪情況下的運行狀況

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，位于淮安市淮安區南郊運東閘下游600m入海水道南堤處。該閘建于1960年6月，原設計等級為Ⅲ等3級，2001年入海水道近期工程中按I等1級標準加固，2002年6月17日通過竣工驗收。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，根據調度指令，渠北閘以20m3/s的流量緊急投入運行，將灌溉總渠的澇水反向分洪至淮河入海水道。但是，渠北閘在此次調度運用中出現了閘門開啟時電機較為吃力、閘門關閉時無法靠自重關閉的情況。水利工程在調度運用中出現了與預計不符的現象，工程管理技術人員必須予以重視，應對其開展合理分析，探索深層次原因，從而不斷改進工作方法，更好地指導今后工作。

1 渠北閘反向分洪背景

2018年汛期伊始，淮河流域出現了流域性暴雨，淮河上中游來水持續偏豐，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到770m3/s，逼近設計流量800m3/s；5月29日，高良澗閘加大下泄流量至900m3/s，以超設計流量標準搶排淮河上中游來水，灌溉總渠第二梯級樞紐工程運東閘以600m3/s的流量持續下泄上游來水，運西分水閘以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，入海道側水位為5.70m，總渠側水位為8.34m。6月3日，根據上級部門的水情調度指令關閉渠北閘；渠北閘關閉時，入海道側水位為6.20m，總渠側水位為8.30m。

2 渠北閘反向分洪可行性分析

2.1 渠北閘工程概況

渠北閘結構為平底板、帶胸墻的開敞式排澇閘，共有5孔，每孔凈寬3.0m，設計流量為30m3/s，在工程原先設計中總渠側設有消力池，入海水道側在2002年的加固改造中新建阻滑板并在末端設有消力坎，每孔工作閘門配置1臺100kN、型號為YZ132M2-6的卷揚式啟閉機。渠北閘結構見圖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 渠北閘調度運用原則

渠北閘工程的調度控制原則是：在淮河入海道行洪期間，保持渠北閘關閉；在淮河入海水道非行洪期間，承擔排泄渠北運西地區澇水任務；當入海水道水位低于3.5m時，開啟渠北閘從總渠引水，提高入海水道水位。

從渠北閘調度控制原則上來看，在本次調度運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、關閉時渠北閘兩側游水位與設計水位組合不相吻合，入海道側水位相對偏高，對閘門啟閉會有不利影響。但是，對當時總渠沿線情況進行通盤分析后可以總結出以下幾點實際狀況。

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，有能力以超設計流量、接近校核流量的900m3/s下泄洪水。

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

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

因此，綜合各方面實際狀況分析后可以得出：渠北閘作為運東閘下游第一個泄水口門，具備調配總渠、入海道水位的雙向控制能力，理應投入調度運用，聯合運東閘至阜寧腰閘段堤防上的各個引水涵洞共同排泄澇水，盡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業效益。

2.3 渠北閘實際運行條件

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，期間從未調度運用過。盡管如此，管理單位仍按照相關規程規范開展日常檢查觀測和維修保養工作，并分別于2014年、2015年、2017年利用省級維修項目對渠北閘堤身裂縫進行充填灌漿、接長灌砌塊石護坡、對閘墩進行防碳化處理、對閘門及檢修門進行噴鋅防腐，全面消除了工程隱患，保持了工程良好的運行條件。截至本次反向行洪前，渠北閘工程堤防、混凝土結構(包括護坡、閘墩、胸墻、翼墻、底板、鋪蓋、消力池、防沖槽等)、金屬結構(包括閘門、啟閉機等)和機電設備均處于較好狀態，實際運行條件良好，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、調度運用原則和實際運行條件，可以得出結論：本次反向分洪這一調度運用方案是可行的。但是，工程運行中出現的閘門開啟時電機吃力、關閉時無法靠自重關閉的現象，值得進行深入分析，搞清問題發生的原因和條件，并在今后的調度運用中避免此類問題發生。

3 閘門異常運行情況分析

3.1 渠北閘閘門基本情況

渠北閘現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，主滾輪運轉靈活；止水裝置無缺失、失效和老化現象。

渠北閘現有5臺100kN卷揚式啟閉機，型號為YZ132M2-6。啟閉機機架表面油漆完好，機架無明顯變形、連接、損壞等情況，與基礎固定牢靠；齒輪咬合良好，無明顯損傷、腐蝕等情況，鋼絲繩潤滑、纏繞良好，未發現斷絲變形等情況；卷筒維護良好，無明顯損傷、裂紋、腐蝕等情況，啟閉機械運轉正常，制動裝置動作靈活可靠，無腐蝕和異常聲響，零部件無缺損、裂紋和磨損，整體運行情況良好；啟閉機電機經電氣試驗檢測各項參數全部合格，固定牢固，表面油漆完好。

總體上看，渠北閘閘門、啟閉設備維保到位，自身狀況良好，正常情況下啟用不應出現異常情況。那么，引起閘門啟閉異常的原因，就應該是非正常的調度運用水位。

3.2 渠北閘開啟異常分析

本次反向分洪期間，渠北閘閘門開啟時的問題是閘門配套電機較為吃力，電機吃力則說明此時啟閉設備提供的啟門力不足?？紤]到渠北閘啟閉設備實際工況良好，啟閉電機一切正常，那么問題產生的原因很可能是因為在非正常運行工況下，開啟現有閘門所需的啟門力增大，接近或者超出啟閉設備所能提供的最大負荷。因此，需要對該運行工況下的啟門力進行復核計算，以此驗證假設是否正確。

根據相關規程規范，平面鋼閘門在動水中的啟門力與作用在閘門支承上的摩擦力、作用在兩側止水上的摩阻力、作用在閘門上的水柱壓力、水對閘門的下吸力和閘門自重等因素有關，結合渠北閘開啟時的工況(入海道側水位為5.70m，總渠側水位為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(滾輪滑動摩擦系數、止水摩擦系數等)，可以計算出渠北閘閘門開啟時所需的啟門力約為108.697kN，這個數值超出了現有啟閉機額定出力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得當，止水較新，實際開啟閘門的啟門力應略小于計算值，但即便如此，開啟閘門所需的啟門力數值大小也會處于啟閉機額定出力的±5%區間內，因此閘門在開啟時一定會出現電機吃力的現象。

3.3 渠北閘關閉異常分析

本次反向分洪期間，渠北閘閘門關閉時的問題是無法靠自重關閉?？紤]到渠北閘門槽、滾輪等金屬結構保養到位、運行條件良好，那么問題產生的原因很可能是因為在非正常運行工況下，關閉現有閘門所需的閉門力增大，超出了閘門自重。因此，需要對該運行工況下的閉門力進行復核計算，以此驗證假設是否正確。

根據相關規程、規范，平面鋼閘門在動水中的閉門力與作用在閘門支承上的摩擦力、作用在兩側止水上的摩阻力、水對閘門的上托力和閘門自重等因素有關，結合渠北閘關閉時的工況(入海道側水位為6.20m，總渠側水位為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(滾輪滑動摩擦系數、止水摩擦系數等)，可以計算出渠北閘閘門關閉時所需的閉門力約為46.047kN，因此單純依靠閘門自重是無法關閉閘門的，需要增加配重才能完成閘門關閉動作。而在實際調度運用中，渠北閘閘門增加了50kN的配重才得以在上級部門要求的時間節點前關閉閘門。

3.4 渠北閘反向行洪現場措施優化

本次渠北閘反向行洪現場操作均按照渠北閘啟閉機操作規程執行，在啟閉異常時均沒有采取簡單粗暴的操作強行完成調度指令：在閘門開啟時，發現電機吃力后沒有強拉硬拖，及時停機檢查，確認閘門、門槽、滾輪等金屬結構一切正常后重新提拉，電機吃力后再次停機檢查，通過反復多次動作才將閘門開啟；在閘門關閉時，發現閘門無法靠自重關閉后，及時停機檢查，確認閘門、門槽、滾輪等金屬結構一切正常后重新下放閘門，反復多次無果后逐步增加閘門配重塊，并且重點關注閘門是否有異常振動、突然跌落等現象，通過較長時間的增重、下放才將閘門關閉。

盡管閘門現場操作均按照操作規程執行，但是現場操作仍可以進行進一步優化：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)，可使檢修門高度達到5.91m，在本次調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水中啟閉，萬不得已時可采取一些激烈措施調度，產生的損失相較于破壞水閘工程主體閘門、啟閉系統而言更能接受；現場操作中可用電動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，必要時可臨時架設機泵配合調度，使工作閘門的啟閉更為順暢，以便更好地完成上級部門的調度指令。

4 結 語

水利工程在緊急行洪、分洪時，常處于非正常運行工況。在這樣的運行條件下，工程管理單位既要嚴格執行上級部門的調度指令，保障沿線地區群眾的生命財產安全，也要反思異常情況、優化運行措施，保證工程當下和今后的運行安全，更要在日常加強運行維護，保證工程良好運行工況，提高極限運行狀態下的安全系數。