浅析渠北闸反向分洪情况下的运行状况

顾 青 王予匀

(1.江苏省淮河入海水道工程管理处，江苏 淮安 223200；2.江苏省灌溉总渠管理处，江苏 淮安 223200)

渠北闸是淮河入海水道淮安枢纽工程的重要组成部分，位于淮安市淮安区南郊运东闸下游600m入海水道南堤处。该闸建于1960年6月，原设计等级为Ⅲ等3级，2001年入海水道近期工程中按I等1级标准加固，2002年6月17日通过竣工验收。渠北闸的主要功能是排泄入海水道南泓排涝能力以外的涝水，也可用于反向引水冲污。

2018年5月28日，为缓解灌溉总渠大流量行洪压力，根据调度指令，渠北闸以20m3/s的流量紧急投入运行，将灌溉总渠的涝水反向分洪至淮河入海水道。但是，渠北闸在此次调度运用中出现了闸门开启时电机较为吃力、闸门关闭时无法靠自重关闭的情况。水利工程在调度运用中出现了与预计不符的现象，工程管理技术人员必须予以重视，应对其开展合理分析，探索深层次原因，从而不断改进工作方法，更好地指导今后工作。

1 渠北闸反向分洪背景

2018年汛期伊始，淮河流域出现了流域性暴雨，淮河上中游来水持续偏丰，给洪泽湖及其下泄通道的防汛工作带来了较大压力。为保障洪泽湖下泄通道入江水道、淮河入海水道沿线滩地的农作物收成，灌溉总渠自2018年5月初投入使用，此后下泄流量不断加大，截至5月18日，灌溉总渠渠首工程高良涧闸的下泄流量已达到770m3/s，逼近设计流量800m3/s；5月29日，高良涧闸加大下泄流量至900m3/s，以超设计流量标准抢排淮河上中游来水，灌溉总渠第二梯级枢纽工程运东闸以600m3/s的流量持续下泄上游来水，运西分水闸以310m3/s的流量泄洪入江。淮河入海水道自5月7日起也投入使用，始终以100m3/s的小流量进行分洪。

为配合高良涧闸加大下泄流量，渠北闸于5月28日紧急启用，从灌溉总渠以20m3/s的流量反向分洪至入海水道；渠北闸启用时，入海道侧水位为5.70m，总渠侧水位为8.34m。6月3日，根据上级部门的水情调度指令关闭渠北闸；渠北闸关闭时，入海道侧水位为6.20m，总渠侧水位为8.30m。

2 渠北闸反向分洪可行性分析

2.1 渠北闸工程概况

渠北闸结构为平底板、带胸墙的开敞式排涝闸，共有5孔，每孔净宽3.0m，设计流量为30m3/s，在工程原先设计中总渠侧设有消力池，入海水道侧在2002年的加固改造中新建阻滑板并在末端设有消力坎，每孔工作闸门配置1台100kN、型号为YZ132M2-6的卷扬式启闭机。渠北闸结构见图1、水位组合见表1。

图1 渠北闸工程剖面图(单位：m)

表1 渠北闸水位组合

2.2 渠北闸调度运用原则

渠北闸工程的调度控制原则是：在淮河入海道行洪期间，保持渠北闸关闭；在淮河入海水道非行洪期间，承担排泄渠北运西地区涝水任务；当入海水道水位低于3.5m时，开启渠北闸从总渠引水，提高入海水道水位。

从渠北闸调度控制原则上来看，在本次调度运用中开启渠北闸反向分洪基本合理，唯一值得商榷的就是开启、关闭时渠北闸两侧游水位与设计水位组合不相吻合，入海道侧水位相对偏高，对闸门启闭会有不利影响。但是，对当时总渠沿线情况进行通盘分析后可以总结出以下几点实际状况。

a.总渠渠首高良涧闸2016年年底才完成加固改造，工程各方面条件完好，有能力以超设计流量、接近校核流量的900m3/s下泄洪水。

b.总渠第二梯级主要水工建筑物运东闸距上一次加固改造已有近20年，工程各方面均出现老化痕迹，600m3/s的下泄流量基本上已经达到运东闸目前下泄能力的上限。

c.总渠第三梯级主要水工建筑物阜宁腰闸于2017年2月经安全鉴定为四类工程，存在防渗体系老化、安全度不足、地基基础差、沉降量过大等问题，从安全方面考虑不应给予阜宁腰闸过大的下泄任务。

因此，综合各方面实际状况分析后可以得出：渠北闸作为运东闸下游第一个泄水口门，具备调配总渠、入海道水位的双向控制能力，理应投入调度运用，联合运东闸至阜宁腰闸段堤防上的各个引水涵洞共同排泄涝水，尽可能降低总渠河道水位、减少阜宁腰闸泄洪压力，保障沿线群众安全和农业效益。

2.3 渠北闸实际运行条件

渠北闸工程自2002年6月加固改造后交付使用至本次反向行洪，期间从未调度运用过。尽管如此，管理单位仍按照相关规程规范开展日常检查观测和维修保养工作，并分别于2014年、2015年、2017年利用省级维修项目对渠北闸堤身裂缝进行充填灌浆、接长灌砌块石护坡、对闸墩进行防碳化处理、对闸门及检修门进行喷锌防腐，全面消除了工程隐患，保持了工程良好的运行条件。截至本次反向行洪前，渠北闸工程堤防、混凝土结构(包括护坡、闸墩、胸墙、翼墙、底板、铺盖、消力池、防冲槽等)、金属结构(包括闸门、启闭机等)和机电设备均处于较好状态，实际运行条件良好，具备在非正常工况下反向行洪的条件。

综合上述渠北闸工程概况、调度运用原则和实际运行条件，可以得出结论：本次反向分洪这一调度运用方案是可行的。但是，工程运行中出现的闸门开启时电机吃力、关闭时无法靠自重关闭的现象，值得进行深入分析，搞清问题发生的原因和条件，并在今后的调度运用中避免此类问题发生。

3 闸门异常运行情况分析

3.1 渠北闸闸门基本情况

渠北闸现有闸门为平板钢闸门。在本次反向分洪前，渠北闸闸门面板外观良好，表面光滑，无剥落、流挂、皱纹、锈蚀现象；闸门门体无变形，端柱牢固；焊缝无开裂、腐蚀和缺失；支承及行走装置外观良好，主滚轮运转灵活；止水装置无缺失、失效和老化现象。

渠北闸现有5台100kN卷扬式启闭机，型号为YZ132M2-6。启闭机机架表面油漆完好，机架无明显变形、连接、损坏等情况，与基础固定牢靠；齿轮咬合良好，无明显损伤、腐蚀等情况，钢丝绳润滑、缠绕良好，未发现断丝变形等情况；卷筒维护良好，无明显损伤、裂纹、腐蚀等情况，启闭机械运转正常，制动装置动作灵活可靠，无腐蚀和异常声响，零部件无缺损、裂纹和磨损，整体运行情况良好；启闭机电机经电气试验检测各项参数全部合格，固定牢固，表面油漆完好。

总体上看，渠北闸闸门、启闭设备维保到位，自身状况良好，正常情况下启用不应出现异常情况。那么，引起闸门启闭异常的原因，就应该是非正常的调度运用水位。

3.2 渠北闸开启异常分析

本次反向分洪期间，渠北闸闸门开启时的问题是闸门配套电机较为吃力，电机吃力则说明此时启闭设备提供的启门力不足。考虑到渠北闸启闭设备实际工况良好，启闭电机一切正常，那么问题产生的原因很可能是因为在非正常运行工况下，开启现有闸门所需的启门力增大，接近或者超出启闭设备所能提供的最大负荷。因此，需要对该运行工况下的启门力进行复核计算，以此验证假设是否正确。

根据相关规程规范，平面钢闸门在动水中的启门力与作用在闸门支承上的摩擦力、作用在两侧止水上的摩阻力、作用在闸门上的水柱压力、水对闸门的下吸力和闸门自重等因素有关，结合渠北闸开启时的工况(入海道侧水位为5.70m，总渠侧水位为8.34m)以及渠北闸闸门自身尺寸(包括闸门尺寸、滚轮尺寸、止水尺寸等)和特性(滚轮滑动摩擦系数、止水摩擦系数等)，可以计算出渠北闸闸门开启时所需的启门力约为108.697kN，这个数值超出了现有启闭机额定出力100kN近10%。

考虑到渠北闸闸门轨道、滚轮、支承及行走装置均保养得当，止水较新，实际开启闸门的启门力应略小于计算值，但即便如此，开启闸门所需的启门力数值大小也会处于启闭机额定出力的±5%区间内，因此闸门在开启时一定会出现电机吃力的现象。

3.3 渠北闸关闭异常分析

本次反向分洪期间，渠北闸闸门关闭时的问题是无法靠自重关闭。考虑到渠北闸门槽、滚轮等金属结构保养到位、运行条件良好，那么问题产生的原因很可能是因为在非正常运行工况下，关闭现有闸门所需的闭门力增大，超出了闸门自重。因此，需要对该运行工况下的闭门力进行复核计算，以此验证假设是否正确。

根据相关规程、规范，平面钢闸门在动水中的闭门力与作用在闸门支承上的摩擦力、作用在两侧止水上的摩阻力、水对闸门的上托力和闸门自重等因素有关，结合渠北闸关闭时的工况(入海道侧水位为6.20m，总渠侧水位为8.30m)以及渠北闸闸门自身尺寸(包括闸门尺寸、滚轮尺寸、止水尺寸等)和特性(滚轮滑动摩擦系数、止水摩擦系数等)，可以计算出渠北闸闸门关闭时所需的闭门力约为46.047kN，因此单纯依靠闸门自重是无法关闭闸门的，需要增加配重才能完成闸门关闭动作。而在实际调度运用中，渠北闸闸门增加了50kN的配重才得以在上级部门要求的时间节点前关闭闸门。

3.4 渠北闸反向行洪现场措施优化

本次渠北闸反向行洪现场操作均按照渠北闸启闭机操作规程执行，在启闭异常时均没有采取简单粗暴的操作强行完成调度指令：在闸门开启时，发现电机吃力后没有强拉硬拖，及时停机检查，确认闸门、门槽、滚轮等金属结构一切正常后重新提拉，电机吃力后再次停机检查，通过反复多次动作才将闸门开启；在闸门关闭时，发现闸门无法靠自重关闭后，及时停机检查，确认闸门、门槽、滚轮等金属结构一切正常后重新下放闸门，反复多次无果后逐步增加闸门配重块，并且重点关注闸门是否有异常振动、突然跌落等现象，通过较长时间的增重、下放才将闸门关闭。

尽管闸门现场操作均按照操作规程执行，但是现场操作仍可以进行进一步优化：渠北闸共有7块叠梁检修闸门(1扇高870mm、6扇高840mm，宽与工作闸门一致)，可使检修门高度达到5.91m，在本次调度中足以挡住下游来水；叠梁检修门相较于工作闸门更易于在动水中启闭，万不得已时可采取一些激烈措施调度，产生的损失相较于破坏水闸工程主体闸门、启闭系统而言更能接受；现场操作中可用电动葫芦将检修门逐块放入检修门槽，逐孔启闭、逐步降低上游水位，必要时可临时架设机泵配合调度，使工作闸门的启闭更为顺畅，以便更好地完成上级部门的调度指令。

4 结 语

水利工程在紧急行洪、分洪时，常处于非正常运行工况。在这样的运行条件下，工程管理单位既要严格执行上级部门的调度指令，保障沿线地区群众的生命财产安全，也要反思异常情况、优化运行措施，保证工程当下和今后的运行安全，更要在日常加强运行维护，保证工程良好运行工况，提高极限运行状态下的安全系数。