浅谈黄河下游杨小寨引黄闸运行风险及对策

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摘要：在对黄河下游杨小寨引黄闸工程安全现状分析基础上，探讨了该闸安全控制运用措施和降低标准使用的控制条件。并从涵闸主体结构、渗透稳定、日常运行管理、汛期抢险、自然及人为因素等方面分析了白马泉引黄闸自身存在的主要风险，进一步提出应对措施，为该闸的安全运行和安全度汛提供重要依据，为充分发挥工程的综合效益提供保证。

关键词：杨小寨引黄闸；安全控制；降低标准；风险；应对措施；黄河下游

中图分类号：TV698.2文献标志码：文章编号：

1672-1683（2015）001-0211-05

Discussion on operational risk and countermeasures

of Yangxiaozhai Sluice of the Lower Yellow River

LI Na1，2，LU Li-san1，2，QIAO Rui-she1，2

（1.Yellow River Institute of Hydraulic Research，YRCC，Zhengzhou 450003，China；

2.Research Center on Levee Safety Disaster Prevention，MWR，Zhengzhou 450003，China）

Abstract：Based on the security situation of Yang Xiaozhai sluice of the Lower Yellow River，the measures controlling the use of safety and the dominating condition reducing the standard are discussed. Under such circumstance，the research can provide countermeasures basing on analyzing the potential risk of the Sluice，by main structure，seepage stability，operation management，emergency rescue，natural and human factors etc. In addition，this report also provide important basis and reference for the sluice during normal operation condition and flood prevention，as well as provide better guarantee of comprehensive benefit.

Key words：Yangxiaozhai Sluice；security control；reducing the standard；risk；countermeasures；the Lower Yellow River

杨小寨引黄闸作为四类病险水闸，工程本身存在着诸如老化严重、结构承载力及抗震能力不足、抗渗稳定性不足等安全隐患，已成为黄河防洪的一大隐患。因此，通过对杨小寨引黄闸工程安全现状分析，研究了该闸安全控制运用措施，并综合考虑人、物、自然环境等多种因素，特别是涵闸主体结构、日常运行管理、防洪度汛及自然环境等隐患对该闸安全运行的影响，进而提出应对措施，为充分发挥工程的综合效益提供保证。

1工程概况

杨小寨引黄闸位于长垣县境内，黄河北岸大堤公里桩号31+500处，为单孔涵洞式水闸，建于1978年2月，于1979年11月竣工，设计灌溉面积6 666.7 hm2，目前实际灌溉面积为2 333.3 hm2。该闸孔口净宽2.5 m，净高3.0 m。闸室段及涵洞段共长60.0 m，其中闸室段长12.0 m，涵洞段共分4节，各节均长12.0 m。设钢筋混凝土平板闸门及一台30 t手电两用螺杆式启闭机。该闸主要从天然文岩渠引水，设计流量10.0 m3/s（相应天然文岩渠流量20.0 m3/s），加大流量15.0 m3/s。该闸自建成以来，供长垣县赵堤、佘家及方里三乡镇的农业灌溉用水，为该区的经济发展和防洪安全做出了巨大贡献。

2杨小寨引黄闸安全鉴定概况

根据水利部颁发的《水闸安全鉴定管理办法》（水建管[2008]214号）和《水闸安全鉴定规定》（SL 214-98）及相关规范要求，2009年3月，对杨小寨引黄闸进行了全面安全鉴定，目前存在的主要问题如下[1]。

（1） 由于洞身第二节底板断裂使该闸渗流稳定性不满足现行规范要求。

（2） 考虑地震荷载情况下，闸室基底应力最大值和最小值之比不满足现行规范要求；洞身段及机架桥框架结构承载力不满足现行规范抗震要求。

（3） 洞身第二节断裂，断裂处与侧墙及顶板形成环形裂缝，且均已贯穿；洞身相对出水口沉降差最大值为23.0 cm；洞身第二节伸缩缝错位。

（4） 闸门中间向北20 cm顶部混凝土开裂、翘起，金属埋件锈蚀程度较严重；设备使用年限超过《水利建设项目经济评价规范》（SL 72-94） 规定的折旧年限。

（5） 电动机属淘汰型号（ZJR2-22-6），无备用电源，变压器老化。

（6） 测压管被掩埋，已废弃。

（7） 洞身伸缩缝表面沥青玛蹄脂脱落，压橡皮钢板毁坏，部分钢板弯曲变形、固定螺丝脱落，金属埋件锈蚀严重；两岸护坡有5条裂缝，最长裂缝为4.0 m，最大缝宽6.0 mm，并有勾缝砂浆脱落现象；人行便桥面板边缘严重开裂，西1排架柱南北立柱均有裂缝产生，桥下斜坡走梯两边边沿均产生通缝，斜坡有2条上下贯通裂缝，斜坡底部有1条横向裂缝，长10.0 m，砌块板上部有5条裂缝。

鉴于上述问题，评定该闸为四类闸，建议尽快按相关规程范采取相应除险加固措施，以确保杨小寨引黄闸的安全运行。

3杨小寨引黄闸引水现状

杨小寨灌区主要是引天然文岩渠（沿临黄大堤东北流至河口（入河口北岸桩号48+850））的水进行补水提灌（杨小寨引黄闸闸前渠道长500 m）。近年来，为调节渠道水位，在天然文岩渠下游瓦屋寨（北岸大提公里桩号41+000）处由地方水利部门修建了一道橡胶坝作为蓄水库（主要作用是蓄水抗旱），抬高了天然文岩渠下游水位。正常情况下橡胶坝都在蓄水状态，当下游水位偏低时，橡胶坝放水。

杨小寨引黄闸的现引水主要由瓦屋寨橡胶坝调节，该橡胶坝最高调节水位2.5 m，最高蓄水位64.25 m。根据近年来闸上下游水位观测资料可知，闸前最高运用水位64.25 m（下游水位61.86 m，闸门开度0.25 m，引水流量4.08 m3/s），最大引水流量6.1 m3/s（闸前水位63.44 m，闸后水位62.00 m，闸门开度0.50 m）。根据实际灌溉情况，该闸引水6.0 m3/s即可满足下游灌区灌溉需求。

4杨小寨引黄闸控制运用措施

杨小寨引黄闸为四类闸，安全系数偏低，被列为重大隐患。根据《水闸安全鉴定规定》（SL 214-98），水闸安全鉴定中的四类闸需降低标准运用或报废重建。考虑到当地农业灌溉用水需求及经济发展的需要，并根据安全鉴定建议及《黄河水闸技术管理办法》（黄建管[2013]485号），在保证工程引水安全、防洪安全的前提下，对该闸进行降低标准控制运用。

4.1安全现状分析

目前影响该闸运行安全的主要问题为：洞身断裂引起抗渗稳定性不满足要求、结构抗震能力不足、闸门漏水、启闭设备陈旧以及供电系统老化等，现主要从安全鉴定主要不满足项及日常运行管理中发现的问题对该闸的安全现状进行分析。

（1） 抗渗稳定性不满足现行规范要求。

a.洞身断裂。该闸建成后大堤经过两次加高，由于上部荷载增加而造成涵洞段第二节中部底板断裂和侧墙开裂，后按防水处理。2009年对该闸现场安全检测发现，洞身第二节中间部位裂缝继续发展，底板、侧墙及顶板均形成环形裂缝，且已贯穿；侧墙断裂处渗水；洞身第二节底板断裂，洞身段第一节与第二节原变形缝处出现沉降差14.0 mm。不均匀沉降检测以出水口为相对点，每节布置三个观测点，测点布置见图1，各点相对出水口的沉降差见表1，其最大沉降差为23.0 cm，位于洞身第二节中间位置。

图1杨小寨引黄闸沉降观测点布置示意图

表1各点相对出水口沉降差

b.抗渗稳定性不满足要求。由于洞身在第二节中间部位断裂，致使防渗轮廓线缩短，渗径长度不满足要求。在设计防洪水位（69.30 m）时，水平段最大水水力坡降为0.72；在校核洪水位（70.30 m）时，水平段最大水水力坡降为0.85，远超出规范最大允许值0.50，抗渗稳定性不满足要求[1]。

因此，汛期高水位作用下，该闸发生渗透破坏险情。此外，在正常运行期间，由于渗径变短，遭遇上游较高水位时，亦有发生渗透破坏的可能。

（2） 抗震能力不满足现行规范要求。

该工程场区地震动峰值加速度为0.15 g，对应地震基本烈度为VII度。地震情况下，闸室不均匀系数、洞身段及机架桥框架结构承载力均不满足现行规范要求。因此，应考虑突发地震情况下，工程存在结构破坏或坍塌的可能。

（3） 闸门漏水。

目前该闸闸门中间上部混凝土开裂、翘起，金属埋件锈蚀程度较严重，且在日常运行过程中发现闸门止水脱落，漏水严重，影响其正常引水。如遇汛期闸门启闭时漏水或卡阻，则影响汛期工程抢险。

（4） 启闭设备不满足要求。

启闭设备使用年限超过折旧年限；电动机属淘汰型号，无备用电源，存在一定的安全隐患。该闸虽于2013年更换了启闭机，但在今后的运用过程中，为避免出现闸门启闭不及时或启闭不灵活现象，仍需加强启闭设备的日常养护工作。

（5） 供电系统老化。

该闸变压器老化，部分供电线路为1978年涵闸修建时架设运用至今，使用年限较长已严重老化，多次出现操纵失灵现象。且一遇阴雨天气，供电线路多次发生短路起火，造成设备损坏，不能正常运行。因此，供电系统存在一定的安全隐患，威胁工程安全运行。

4.2安全运行水位复核

为保证该闸安全运行，根据现行规范渗透稳定性要求，在满足现行规范允许渗流坡降要求基础上推求该闸安全运行水位。该闸洞身段在第二节底板中间部位断裂，断裂处与侧墙及顶板形成环形贯穿裂缝，当闸前水位较高时，洞身段底板断裂处将形成一个出溢点。该闸闸室及涵洞基础为轻粉质砂壤土，因此采用《水闸设计规范》（SL 265-2001）中的改进阻力系数法计算闸基渗透压力，且经计算可知，如若保证该闸渗透稳定性，上下游水头差不超过4.1 m即可[2]。近年来闸前最高运用水位64.25 m，相应下游水位61.86 m，水头差2.39 m，在安全运行范围内。

4.3安全控制运用措施

（1） 正常运行期。

a.为保证该闸渗透稳定性，闸上下游水头差控制在4.1 m以内。应加强对闸上下游水位的监测，如遇暴雨或洪水等引起闸前水位壅高致使上下游水头差增大时，应通过上游橡胶坝进行调节。在保证上下游安全引水位的情况下，根据下游灌区需要实时调整闸门开度引水灌溉。

b.对侧墙、顶板裂缝进行砂浆抹面或灌浆处理。

c.对洞身第2节伸缩缝错位处进行处理。

d.对闸门混凝土缺陷部位进行处理，更换闸门止水及附属结构。

e.对供电线路进行维修，并加强设备的日常养护。

（2） 汛期。

该闸设防水位69.30 m（相应1996年花园口22 300 m3/s），在设防水位和校核水位时的抗渗稳定性均不满足现行规范要求。建议有关部门尽快对该闸洞身底板断裂处采取相应的灌浆等加固处理措施，以降低汛期高水位情况下该闸的安全运行风险。此外，汛期便于封堵和涵闸安全，建议闸上下游管理范围内增设围堤，并加强上下游水位观测，如有异常及时上报并采取相应的险情抢护措施，以保证工程安全及下游群众生命财产安全。

（3） 其他。

建议有关部门尽快上报该闸的除险加固规划设计，以降低突发地震情况下该闸的安全运行风险。

4.4降低标准运用分析

考虑杨小寨引黄闸作为四类闸可降低标准运用的原则，现从以下几方面分析。

（1） 降低引水流量运用。该闸设计引水流量10.0 m3/s，加大引水流量15.0 m3/s，但实际上，该闸引水流量6.0 m3/s即可满足下游灌区灌溉需要。近年该闸最大引水流量为6.1 m3/s，仅为原设计引水流量的61.0%，属杨小寨引黄闸降低引水流量运用。

（2） 降低闸前最高引水位。由以上分析可知，为保证该闸安全运行，闸上下游最大水位差为41 m。近年来该闸供水过程中闸前最高水位6425 m，比设计最高运用水位6550 m下降了125 m，降低了最高水位运行标准。且此最高运用水位下，上下游水位差为239 m，在安全运行范围之内。

5杨小寨引黄闸风险分析

杨小寨引黄闸为四类病险水闸，老化严重，本身存在一定的安全隐患。考虑黄（沁）河度汛要求，从正常运行期和汛期分别探讨杨小寨引黄闸失事的风险因素，正常运行期该闸的风险主要表现在混凝土结构存在的安全隐患、日常运行管理中存在的操作失误等隐患、启闭设备、供电系统等存在的隐患，以及环境影响、自然灾害、人为破坏等方面，汛期的风险主要表现在渗透破坏、非安全度汛、险情抢护不到位等方面。这些不安全因素对杨小寨引黄闸的安全运行构成了一定威胁。因此，对造成工程失事或事故的风险因素进行分析，发现导致工程失事的根本原因并合理应对，是保障工程安全运行的重要内容。

（1） 主体结构风险。针对杨小寨引黄闸而言，主体结构隐患主要指混凝土结构本身、上下游连接段等在运行过程中所产生的影响工程安全运行的隐患。主要包括：由于闸基不均匀沉陷、混凝土劣化、承载力不足等引起混凝土结构裂缝、倾斜甚至断裂，或是遭遇超标洪水时工程冲毁，上下游连接段滑坡、坍塌等。

（2） 渗透稳定风险。由于闸基不均匀沉降造成洞身第二节断裂，底板、侧墙及顶板形成环形裂缝，且均已贯穿，渗径变短，在遭遇上游较高水位时，将影响该闸的渗透稳定性。另一方面，由于土石结合部存在的隐患（结合部不密实或裂缝等）很难发现，如果遭遇持续高水位、较强降雨及地震等极易发生集中渗漏，危及工程安全。

（3） 日常运行管理风险。日常管理维护不当，例如闸门、金属结构、启闭系统及电气设备等养护不当，缺乏日常工程观测、检查不及时、水文预报不及时不准确等，这些都给工程的安全运行和安全度汛造成影响。此外，在工程维修养护或检修过程中由于高空作业较易引发高处坠落（人员或物体坠落等事故）、物体打击（机械运转打伤事故）、触电或火灾等安全事故。

（4） 汛期抢险风险。汛期抢险隐患主要针对于工程遭遇超标洪水时，围堤坍塌或冲毁、启闭故障、抢险不及时或抢险失败等原因而造成的工程破坏或冲毁。

（5） 自然灾害风险。主要考虑地震、持续较强降雨等自然灾害对工程安全运行的影响。工程场区地震动峰值加速度为015 g，相应地震基本烈度为VII度。虽目前该地区未曾遭遇大地震的破坏，但由于地震本身是一种复杂多变的震动过程，将造成涵闸工程伸缩缝错动或破坏、混凝土结构失稳、机架桥排架柱断裂甚至倒塌、上下游连接段滑坡或坍塌等，对整座涵闸的安全均有一定的影响。

目前，该闸主要从天然文岩渠引水，闸前水位可由橡胶坝进行调节，但如遇持续较强降雨天气，渠水暴涨，将引起闸前水位壅高，影响该闸的渗透稳定性。

此外，如遇持续较强降雨天气，围堤可能出现滑坡甚至坍塌险情，影响涵闸的正常运用；地震或持续较强降雨可能带来的电力供应中断也会影响闸门的正常开启。

（6） 人为因素风险。主要指管理人员责任心不强、操作不熟练或出现失误等原因而造成启闭困难，抑或人为故意对涵闸结构进行破坏等，进而对涵闸的安全运行和度汛造成一定影响。

杨小寨引黄闸主要风险因素的构成，即风险的主要来源，见图2-图4。

图2杨小寨引黄闸主要风险因素的构成

图3结构失稳主要风险因素的构成

图4渗透稳定主要风险因素的构成

6杨小寨引黄闸风险的应对措施

通过对杨小寨引黄闸风险分析可知，该工程风险即有工程自身的因素，也有人为和自然灾害的影响，一旦发生，将会不同程度地造成工程破坏，影响度汛安全，甚至造成人身伤害或财产损失。为此，选择合理有效的处理风险的对策，采取切合实际的工程措施和非工程措施，则可使工程损失尽量减少或得以避免。

61采取必要的工程技术措施

（1） 对洞身第二节底板断裂处进行灌浆处理。

（2） 对侧墙、顶板裂缝进行砂浆抹面或灌浆处理。

（3） 对洞身第2节伸缩缝错位处进行处理。

（4） 更换涵闸伸缩缝止水。

（5） 建议闸上下游管理范围内各设一道围堤。

（6） 对供电线路进行维修。

（7） 疏通测压管。

（8） 对闸门混凝土开裂、翘起部位进行处理，并更换闸门止水及附属结构。

（9） 尽快上报对远程监控系统的维修工作。

（10） 更换防洪闸板。

（11） 对两岸护坡的裂缝采用砂浆抹面或灌浆等措施进行处理。对勾缝砂浆脱落处按原状进行修复处理；对左岸护坡上部砖墙通缝、下游护坡勾缝砂浆砌筑不严密处进行灌浆处理；对人行便桥裂缝采用喷浆、灌浆或砂浆抹面等措施进行修补。

62加强水闸日常运行安全管理

主要对工程管理范围内的运行观测、维修养护、工程设施及环境等方面进行日常的安全管理工作。

（1） 加强工程的运行观测。

对于工程运行过程中，定期对工程进行观察检查及保养工作，消除一切可能引起事故的隐患。

对于土石方工程，具体检查内容如下：① 检查土石结合部-上下游翼墙与附近土堤结合处有无裂缝、渗漏、蜇陷等损坏现象；② 检查岸墙及上、下游翼墙分缝是否错动，护坡有无坍滑、错动、开裂迹象，堤岸顶面有无塌陷、裂缝等；③ 检查人行便桥及桥下斜坡是否有裂缝及其发展情况。

对于混凝土结构，检查内容如下：① 检查洞身第二节底板沉陷缝及侧墙贯通缝的发展情况，并适时记录上报；② 检查伸缩缝止水有无老化，压橡皮钢板有无变形、固定螺丝有无脱落，金属埋件是否锈蚀，并注意及时更换；③ 检查闸门止水是否老化、变形，有无漏水情况，闸门是否偏斜、卡阻现象，门槽是否堵塞，压橡皮钢板、螺栓等闸门附属结构是否锈蚀，并注意及时更换；④ 严格遵守闸门、启闭机操作规程，启闭前检查上下游河道有无漂浮物等行水障碍，观察上下游水位、流态，检查闸门启闭状态有无卡阻，冰冻期应先消除闸门周边冻结，当闸门启闭高度较大时，应分次启闭，且每次启闭高度不超过05 m，并需待下游水位平稳后再进行下次启闭；⑤ 加强闸门运行观测，并尽量减少闸门的频繁启闭；⑥ 在闸门启闭过程中安排两人操作，一人负责操作启闭机，一人负责观测，发现问题及时通知操作人员停止启闭。

启闭机及电气设备，具体检查内容如下：① 检查金属结构是否出现裂纹或焊缝开裂，表面油漆是否剥落、生锈，并及时维修养护；② 观察启闭机外壳及固定情况，启闭机运转是否灵活，有无不正常的声响和振动，传动机件和承重构件有无破坏磨损、变形；③ 检查电源、线路是否正常，是否处于备用状态；配电线路有无老化、破皮等，保证用电安全。

对于观测设施，应检查沉降观测点是否完好，测压管是否淤堵。

另外还应注意以下几点：① 加强人工巡查，如遇围堤土体滑坡或坍塌，及时处理；② 对测流仪进行定期校测；③ 实时检查远程监控系统的运行情况；④ 检查管理范围内有无违章建筑和危害工程安全的活动；定期检查上下游渠道及涵洞内有无堵塞情况或垃圾堆放，并及时清理，保持通畅；⑤ 日常检查人员在检查时应做到认真负责，对所检查情况应逐一排查，做好与上次检查结果的对比、分析和判断，发现问题应及时报告并做好记录工作。

（2） 加强工程观测。加强沉降观测，观测垂直位移时同时观测上游运行水位及流量等。

（3） 加强人员管理与培训。明确规定闸门的控制运行办法及相应的管理人员，并对闸管人员定期进行操作业务培训，启闭闸门时须按操作规程进行。

（4） 其他方面。注意观测上游水位及河势的变化，严格控制上下游安全运行水位，并注意橡胶坝或闸门开度及时调节；该闸存在高水位情况下抗渗稳定性不足、洞身及排架柱等构件的抗震能力不足等问题，建议有关部门尽快按照相关规定对杨小寨引黄闸采取相应的处理措施，以降低突发地震情况或汛期高水位情况下该闸的安全运行风险。

6.3制定完善合理的防汛方案

防汛是一项长期艰巨的工作，应采取综合治理的方针，合理安排抢险措施，达到减免洪水灾害和提高防洪标准的目的。为确保涵闸安全度汛，提高涵闸工程防守方案的实用性、可操作性，更好的为防汛指挥决策、防洪调度和工程抢险提供依据，黄河下游引黄穿堤涵闸管理部门每年均根据当年预测的洪水流量及相应的水位制定详细的洪水防守预案，以做到有目的、有计划和针对性的防守措施。

根据防洪规定，黄河流量超过8 000 m3/s时，所有涵闸一律放下闸门，险闸同时需要围堵。该闸设计防洪水位6930 m，当花园口站洪水流量在6 000 m3/s时，堤防不偎水，在8 000 m3/s时，闸前偎水[3]，且该级洪水流量下，闸基易发生渗透破坏。因此，为确保涵闸安全，在花园口流量达到6 000 m3/s以上时，闸管人员及防汛队伍要加强巡查，密切观测上下游水位的变化，安排好防汛抢险的人力物力，并及时采取相应的险情抢护措施，做好调度和加强建筑物安全的防范工作及抢险救灾的组织工作。

7结语

针对于杨小寨引黄闸工程现状，在保证安全运用基础上，探讨了该闸安全控制运用措施和降低标准使用控制条件，保证了该闸正常引水和防汛功能。从涵闸主体结构、渗透稳定、日常运行管理、汛期抢险、自然因素、人为因素等方面综合分析探讨了杨小寨引黄闸正常运行期及汛期存在的主要风险，并提出应对措施，为工程的安全运行和安全度汛提供重要依据。参考文献：

[1]黄河下游杨小寨引黄闸安全鉴定报告[R]. 郑州：黄河水利委员会黄河水利科学研究院，2009.

[2]黄河下游杨小寨引黄闸安全控制运用方案[R]. 郑州：黄河水利委员会黄河水利科学研究院，2014.

[3]长垣杨小寨引黄闸工程防守预案[R]. 长垣黄河河务局，2013.

[4]水利部水利建设与管理总站，黄河水利科学研究院.水闸安全鉴定技术指南[M].郑州：黄河水利出版社，2009.