创新利用船闸充泄水阀门应急排洪达成抗击“韦森特”台风的工程防汛目标

摘要：鱼梁航运枢纽工程是国家“十一五”期间重点项目，是打造西江亿吨黄金水道关键项目之一，工程总投资为19.57亿元，枢纽二期坝建设期间，一期坝泄洪能力受限，汛期为抵御超标洪水，通过密切观察与监控，科学论证分析，果断决策，不拘泥于常规运行方式，创新性地利用船闸充泄水阀门来增加泄洪能力，保障了二期围堰不过水，避免了主体工程的施工工期损失近3个月，经济损失约1925万元，创造了极好的工程管理绩效，成为工程管理技术创新的亮点。

关键词：泄洪 船闸 充泄水阀门 防汛

1 前言

鱼梁航运枢纽工程位于右江田东县下游约7km的桥礼村那诺屯至英和村坛匠屯一带右江河段上，主体工程于2010年2月1日开工建设，2011年12月3日实现大江截流，同年12月28日船闸通航，2012年3月15日电站首台机组发电，至2012年4月20日，二期上、下游土石围堰（下简称：二期围堰）施工修建完成。鱼梁枢纽的上游已建成有百色、那吉、澄碧河等水库，下游有金鸡滩水电站。

2012年7月24日至25日，第8号热带风暴（中文名称：韦森特）途经广西，“韦森特”热带风暴所到之处狂风大作，大雨倾盆，导致右江等河流水位暴涨。2012年7月29日至30日，右江洪峰到达鱼梁航运枢纽坝址，对鱼梁枢纽二期围堰构成极大的威胁。

2 工程临时挡水建筑——二期围堰的设计挡水能力

鱼梁枢纽的水情基本数据，施工期设计洪水（天然）、施工期设计洪水成果表（百色、澄碧河、那吉调节后）以及水位流量关系曲线分别如表1～表3所示。

鱼梁枢纽二期基坑内需施工左7孔溢流坝及接头重力坝，二期上游围堰考虑满足拦蓄二期导流壅高水位发电和临时通航作用。

根据施工期导流水力计算及模型试验成果，二期围堰设计为过水土石围堰，设计按10月1日至次年5月30日（枯水期，8个月）5年一遇洪水标准，相应的导流流量为1470m3/s，当一期坝全部2孔闸门全开敞泄时，控制上游水位为98.00m，水力计算和模型试验显示，下游水位相应为92.88m，按93.00m控制。

3 工程临时挡水建筑——二期围堰当时面临的威胁

据水文观测，当时通过鱼梁航运枢纽坝址洪峰最大流量为1780m3/s（设计最大挡水流量1470m3/s）；上游水位达到98.52m高程（设计二期围堰上游最高挡水位为98.00m），下游水位达到93.90m高程。（设计下游最高挡水位为92.88m高程）。

如洪水漫过二期围堰，上、下游土石围堰将遭到严重破坏，造成冲毁土石围堰后将夹带大量的泥沙、淤泥进入二期坝基坑，使二期坝无法继续施工。只能在洪水消退后，按设计标准重新填筑、加固二期围堰，抽干基坑内的积水、清理淤泥、杂物后方可恢复二期坝施工。此将造成二期坝施工及正常蓄水推延至少2～6个月，同时影响电站发电与船闸通航，造成巨大的经济损失与不良社会影响。

4 工程应急对策

在此危急关头，西江集团鱼梁指挥部启动应急响应，全体员工思想统一，科学调度，从容应对，组织各参建单位抗洪抢险，主要做了以下工作：①加高加固二期上、下游围堰。②组织收集鱼梁枢纽水库上游流域水情信息，开展那吉-鱼梁两级枢纽水情精细调度，做好鱼梁水库的削峰工作。③检查和评估二期围堰，确定安全前提下，鱼梁枢纽库水位最高控制在98.55米以内。④科学论证和研究，创新性利用鱼梁船闸四个输水阀门泄洪，采取非常规手段增加约100～150m3/s的出库流量；同时加快电站厂房二号水轮发电机组的安装调试，确保了防洪期间机组空载运行，又能增加出库流量30m3/s；使得鱼梁枢纽出库能力由1470m3/s增加至1650m3/s。⑤联系百色枢纽、百色防汛办、广西电网中调降低百色枢纽出力，从源头减少鱼梁入库流量。⑥协调相关单位降低金鸡滩上游水位，减小鱼梁枢纽下游顶托水位，尽可能减轻下游围堰压力和尽可能增大泄流量。

5 应急利用船闸充泄水阀门来增加泄洪能力的分析论证

根据上述工程应急对策与措施，其中的第④点“应急利用船闸充泄水阀门来增加泄洪能力”是最具创新性和挑战性的举措，因为根据充泄水阀门运行规程之规定，一般充泄水阀门是建成投运后只做船闸闸室充泄水启闭控制之用，在工程建设当中被用做泄洪使用罕有先例，所以能否应急利用船闸充泄水阀门全敞开做贯通泄洪，需要做充分的科学论证才能实施。为此，我们对涉及的相关设施做了扎实认真的分析和论证，提出了创新性的运用方案。

5.1输水廊道土建结构受力条件分析

鱼梁枢纽船闸的输水廊道最大设计水头12.45m，断面尺寸3.6m×3.2m（高×宽），设计的闸室输水水力特征值如表4。

根据当时水情记录，上游98.2m高程-下游92.5m高程=水头5.7m，实际只有最大水头的45.78%，可见水工建筑物所受的水冲刷力（与流速成正比，即与水头的平方根成正比）只有最大水头时的67.66%，只是受力时间比正常运行充泄水时较长，此外输水廊道混凝土为C30，充泄水阀门门槽二期混凝土为C40，且结构配筋较密，因此其土建结构应无大碍。

5.2充泄水阀门及启闭机所受的影响分析

充泄水阀门在做泄洪时出现的工况与平时运行充泄水工况的比较如表5。

对于受力阀门和门槽等结构件受力情况，由于当时水头只有6m左右，利用充泄水阀门应急做贯通泄流排洪，根据类比推断，其流速只有最大水头时的67.66%，则即设计荷载也只有设计校核的67.66%，故而过流的动静水压影响不大。泄洪过流时两边泄水廊道同时泄水工况与平时泄水是一样的，区别只是应急泄洪出流为连续性的，而正常工作出流为间歇性的。阀门受力与正常工作是一样的，只要开关阀门时不在水力振动区滞留，阀门和液压缸活塞杆等主要部件的强度应没问题，影响不大。

由上表可见，阀门在应急排洪与正常充泄水之间的主要差异是前者动水关闭，后者静水关闭。对于动水关闭问题，因为阀门的关闭不单单靠自重，主要是靠液压缸的操作力，阀门自重10.9吨，加上启门力860kN（按最大流速考虑），截断只有67.66%最大流速的水流应该不困难，所以可以判断出液压操作的工作阀门动水关闭力是足够大的，可以实现动水关闭。

5.3技术经济风险分析

根据以上分析，根据工程经验，结合相关技术经济评估，对方案的技术经济因素风险评估比较如表6所列。

经过以上技术经济风险比较，创新性利用船闸输水廊道泄洪具有可行性，启动应急行动——利用船闸充泄水阀门来增加泄洪能力，新增出库流量估计约100～150m3/s，为保证二期围堰不过水奠定了坚实基础，成为减轻二期围堰不过水的最后一根“救命稻草”。

5.4配套安全技术措施

为了最大限度地减少应急泄洪对船闸充泄水阀门、门槽以及输水廊道的消极影响，更好地消能，我们还根据实践经验，配套出台了以下安全技术措施：①开启下闸首人字门，让水流从闸室和泄水道出口同时泄出，让水流畅流，流态更平顺；②充泄水阀门操作改手动控制，启闭速度不能太快也不能太慢，尤其在动水状态下启闭时，尽量避开阀门的汽蚀振动开度附近停滞或运行，一旦出现阀门门叶有汽蚀振动苗头，则需尽快操作阀门跳过，直至振动消失；③密切注意观察上、下游土石横堰水位，一旦有漫堰危险，应临时组织人员抢险，尤其是加高下游围堰至94.20m；④加强操作过程中对液压系统的压力监控，保持液压系统压力稳定；⑤泄洪前，注意疏散或通知下引航道的船只加强系泊检查；⑥加强与地方防汛中心联络，监测上游库区沿岸的洪水水位与淹没情况，确保回水顶托不会影响沿岸城镇和乡村抗洪。

6 应急利用船闸充泄水阀门泄洪的实施效果分析与经验总结

6.1总体效果

通过技术经济论证，风险分析，果断决策，不拘泥于常规运行方式，创新性地利用船闸充泄水阀门来应对泄洪，增加约100～150m3/s的出库流量；同时通过加快电站二号水轮发电机组的安装调试，又增加出库流量约30m3/s；使得鱼梁枢纽出库能力由1470m3/s增加至1650m3/s，最终保障了二期围堰不进水，避免了主体工程的工期损失将近3个月，经济损失约1925万元，实现了工程管理目标，成为了工程管理技术创新的亮点。

6.2有益经验

①事实上工程水文预报的情报资料往往有一定的裕度，根据多年工程实践经验，一般有+10%Q（径流流量）左右，加上水工模型试验模拟出的导流挡水能力也有2～5%的偏差，因此围堰导流挡水能力往往是一个理论值，在防汛抢险中是个动态过程，能估算出洪水测报的宽裕度就显得特别重要，对决策产生攸关的影响，左右之间差距很大。还有，要结合动态巡视监测围堰的稳定程度和漏水情况，密切与上游水库协调，掌控上游库区洪水水位与淹没情况，毅然坚守挡水防线，树立“综合权衡，不轻言放弃”的信心为工程风险管理的根本。

②应急响应的对策和预案应做多手准备。因为水情在变化，防汛抢险是个动态过程，预备多几套方案，可以大大地增加应对的灵活性。而每个方案或对策的实施时机也是颇值得研究总结的。

③通过实践观察，在水头为6m的条件下，船闸充泄水廊道贯通泄洪实施期间，水流状态良好，出流情况与正常充泄水差别不大，过后检查相关土建和金结设施设备，均未发现异常。可见，在应急情况下，且水头不高时，利用船闸充泄水廊道贯通泄洪是可行的。这对今后类似工程建设中的防汛应急响应和投运后泄洪运用提供了较好的借鉴经验和案例。

参考文献：

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