如何提高水闸安全运行

摘要：随着时间的流失，上世纪建造的几万座水闸由于年份已久以及各种自然因素和人为因素的影响，存在各种隐患，对水闸的安全运行构成了一定威胁。本文通过具体的案例，分析研究了水闸安全运行的主要风险，从风险管理角度探讨了有效规避风险的对策，并针对水闸实际状况提出相应的风险转嫁措施。

关键词：水闸；运行；管理

0 引 言

以云南省A水闸的实际状况为例，考虑人、物、自然环境等多种因素，特别是水闸主体结构、水闸的日常运行管理和自然灾害等隐患对水闸安全运行的影响，综合分析研究了水闸运行风险，并探讨了有效的风险转嫁措施。

1 水闸基本概况

水闸主要由闸室、防渗排水设施、消能防冲设施以及两岸连接建筑物四大部件组成。闸室是水闸挡水和控制过闸水流的主体部分，包括底板、闸墩、闸门和交通桥等；防渗排水设施是为了使闸基渗流处于安全状况而设置的，设在水闸的高水位一侧，低水位一侧设有排水设备，铺设了反滤层及排水孔等；消能防冲设施具有消除过水闸的动能、减缓水流速度防止水流对河底和岸坡的冲刷作用；两岸连接建筑物是由岸墙和上下游翼墙组成，主要作用是防止水流对堤岸的冲刷并为水流进出闸孔创造良好的收缩和扩散条件。

2 水闸的运行风险分析

2.1 水闸主体结构隐患

A水闸是建造在土基上的，而土基的抗冲刷能力小，北溪河道的断面宽度大于闸孔宽度，A水闸下的平面扩散角太大，且当年建造时多孔水闸中各孔开度并不完全一致，可引起下游水流的横向分布不均匀，从而产生较大范围的回流区，甚至形成折冲水流，产生立轴旋涡，破坏闸下的护底工程，引起严重的冲刷。此外，出现临界水流时，闸下不能产生正常的水跃，消能不充分，下游易形成一系列流速较大的水跃波，冲刷下游河床及岸坡，对水闸产生较大的损害。水闸地基长期处于水下，土体呈饱和状态，正常压密或欠压密的软弱黏性土在水闸附加荷载大于原压荷载的情况下，地基中将产生孔隙水压力使土粒问的有效应力降低。另外，土基的抗剪强度相对较低，压缩性较大，而且常常分布不均匀，在水闸重量和外部载荷的作用下，可能由于抗剪强度不足而散失稳定，产生较大的不均匀沉降，导致水闸倾斜甚至断裂。在土基建闸蓄水后，土基在渗透水流的作用下，容易产生渗透变形，特别是粉细砂地基，细小颗粒极易被渗流带走，逐渐扩大，造成漏水通道，在闸后出现翻沙冒水现象，严重时闸基和两岸会被掏空，引起水闸沉降、倾斜、断裂甚至倒塌。通过查阅水闸建造时的工程地质和水文地质资料，该处的土质为无黏性土，因为其颗粒之间黏结力不大，细颗粒会在地基中移动，靠近渗流出逸处首先有细颗粒被渗流携带到地表，从而改变了土的结构与组成，形成土的渗透变形，发生管涌。如果地基土的骨架颗粒被渗流冲动或带走，地基就会产生不均匀沉降，甚至坍塌，出现水闸事故。

金属钢闸门长期处于干湿交替、浸没水下及高速水流冲击等环境下，承受荷载，并受到日光、气体、温度、水质和水生物的侵蚀，以及泥砂石或其他漂浮物的冲击摩擦，易发生磨损、腐蚀、变形和脱落等损坏，且闸门的材料经过较长时期的受荷和运行，也会产生老化、疲劳甚至断裂、毁损等现象。

2.2 水闸的日常运行管理隐患

水闸平时拦河蓄水，到了汛期分洪泄水，兼有挡水建筑物和泄水建筑物的工作特点。挡河蓄水时，因上、下游水位差，水闸承受着水平方向水压力，有向低水位一侧发生滑动的可能，同时水位差引起闸基和两岸的渗流，水闸还承受渗透水压力，这种渗透水压力在水闸底部表现为自下而上的顶托力，减小了水闸的有效重量，即减少了水闸的抗滑稳定性；开闸泄水时，由于上、下游水位差的作用，流速很快，可引起水闸下游的冲刷，且水闸上、下游水位的宽幅变化较大，过闸水流的流态多种多样，再加上水闸的日常管理不善，如管理人员责任心不强、业务不熟悉、思想松懈、操作失误等易造成闸门开到顶限仍不停机，致使钢丝绳拉断，闸门坠损，或是闸门关到底限仍不停机，致使螺杆弯曲，闸门压坏，这些都可能造成闸门事故。

此外，闸门控制运行管理中未根据尾水位的变动情况，按照多孔同步、对称分担的原则启闭闸门，往往少数孔一开到顶，任意逼高上游水位，导致单宽流量过分集中，或开门不对称，导致偏流或是闸门提升过快，尾水位上升滞后，以至产生远距离水跃，尾水深度不足以产生水跃消能，出闸急流左右摆动，从而造成严重冲刷。还有气象水文预报不及时、不准确，给调度闸门的开启造成延误等都可能造成水闸事故。

2.3 自然灾害隐患

地震本身不是一种有规律的震动，而是一种复杂多变的震动过程，每次地震的振动都可能造成水闸底板、护坦、消力池等底部结构产生裂缝，各部位伸缩缝错动或破坏，闸墩裂缝、翼墙倾斜、启门桥支架断裂甚至倒塌等，对整座水闸的安全有一定的影响。据水闸管理处的统计，从建坝至今，水闸经历大大小小的地震总共有几十次，每次地震在不同程度上都对水闸造成了一定的损害。

内涝之初水闸尚能自排，随着外江水位上涨，必须长时间关闭闸门，形成水位迅猛上涨，使闸门承受超过设计水位的压力，甚至形成门顶漫溢。旧水闸大部分未能实现电脑自动控制启闭，当水位超过警戒线要开启水闸时，需从值班室调派人员到水闸控制室手动操作闸门启闭机开启水闸，加之水闸交通桥较狭窄，只够一人通行，且护拦较低(不及腰)，遇上台风、暴雨等恶劣天气，人员上下水闸不方便且危险，无法保证闸门的及时启闭；台风暴雨带来的电力供应中断也给及时开闸带来不便，闸门可能因不堪超负荷运行或顶底同时泄流的恶劣水流条件而导致破坏。

我国是雷电灾害频繁发生的地区，每年发生的雷电灾害有近万次，造成的人员伤亡和经济损失巨大。虽然水闸在各突出部位都安装有避雷针，但年份已久，水闸的避雷针可能出现联接不佳或损坏形成断口，由于避雷针的构造和作用，断口以上的部分就形成一个隔离的导电系统，当雷电发生时，一旦上部和云中电起放电作用，强大的放电电流就会通过建筑物放出大量热量，引起雷击；同时雷电流经避雷装置和水闸建筑物等接地体流人大地时，将在雷电流过的接地回路中产生很高的冲击电位，对人体和其他物体产生放电，对建筑设施、设备等造成危害；此外避雷针的保护作用是有选择性的，只对直击雷起防范作用，对感应雷却无能为力，雷电绕过避雷针打到建筑物上的绕击现象会时有发生。

3 水闸风险的应对对策和措施

通过水闸风险分析可知，水闸风险多为自然灾害，自然灾害作为一种自然或社会现象，其发生是一种客观存在，是不以人们的意志为转移的，一旦发生，将会不同程度地造成人身伤害或财产损失。为此，可选择如下处理风险的有效对策和措施，使水闸风险损失尽量减少或得以避免。

3.1 采取切合实际的工程技术措施

针对A水闸的实际情况，可通过改进水闸出口扩散段的布置以及增加水闸消力池的消能效果产生稳定水跃，促使急流扩散，减少闸下护底工程的受损；对各种细小裂缝可采取Pt胶泥灌浆；为了提高A水闸的抗震能力还可采取换土垫层法增加土基的稳定性，减少水闸的沉降量；为了有效地控制钢闸门的腐蚀，对其表面重新上漆；采用新型避雷装置，如多短针消雷器、电子避雷器，导体或半导体消雷器、放射性防雷系统和多功能全方位防雷系统等，这类新避雷设备可在不同程度上弥补传统避雷针之不足，同时对水闸的各类防雷设施要定期由专业检测机构进行检测、检查，发现腐蚀断裂或不慎损坏，应及时修复。

3.2 加强水闸日常运行安全管理

在水闸安全运行管理上，要根据消能防冲设计条件，明确规定闸门的控制运行办法，采用对称、间隔、同步开启闸门等操作规程。当水闸开启时要保证中间部分的水闸先开，如果泄水量还不能满足要求再逐步开启两边的水闸，且保证水闸的开启高度一致；同时根据水情变化调整水闸的操作运行，制定合理的闸门控制运行办法，并在运行管理中严格执行。

3.3 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，合理安排蓄、泄、滞、分的措施，达到减免洪水灾害和提高防洪标准的目的。在汛期应注意掌握水情的变化和闸址处建筑物状况，做好调度和加强建筑物安全的防范工作。为争取主动，确保水闸安全，还必须认真贯彻“以防为主，防重于抢”的方针，在平时做好水闸设施的维修加固和河道清障工作，安排好防汛抢险的人力物力，并制定有效的防汛措施。

3.4 风险转嫁对策

风险转嫁是风险处置的一种有效手段，当企业无法通过其他的方法化解风险时，可以把可能发生的风险损失，通过某种方式转移给其他人。其中保险是最常见最重要的转移风险的方法，即投保人(被保险人)通过购买保险，以小额的固定支出换取对巨额风险的经济保障，它是实现损失补偿的最重要的社会方式。

充分考虑A水闸的各类风险，并根据A水闸管理局的资产清单，设定A水闸标的的险种组合为：财产综合险+ 机器损坏险。

3.4.1 财产综合险

承保A水闸管理局全部固定资产由于火灾、爆炸等意外事故，自然灾害、不可抗力造成的损失以及各种必要合理的费用。其中堤坝、渠道等属特约保险财产。

在投保了财产综合险的基础上，经与财险公司协商，可由财险公司加批地震扩展条款，每次事故赔偿限额不超过主险保险金额的8O%。

A水闸管理局固定资产总计达2亿余元，其中水闸堤坝、渠道工程总投资额4744.67万元，各类设备和机械总计近480万元。保险金额按账面计算法确定。其中固定资产按账面原值加成数确定，即在固定资产账面原值的基础上，再附加一定百分比进行确定；流动资产按最近12个月任意月份账面余额确定。财产保险综合险的基本费率为0.24%，特约保险部分费率为0.35%，则A水闸财产综合险保险费=15255.33万元×0.24% + 4744.67万元×0.35%=5.219万元。

3.4.2 机器损坏险

承保水闸上闸门油压启闭机、管线、阀门以及各种辅助装置和防汛大楼中各种水文监控和调度设备因机器设备本身的机械或电气原因以及操作不善等造成的损失。各类机器设备不论其新旧程度如何，均应以重置价值投保，保险金额按设备重置价值计。则A水闸机器险保险费=480万元×2.5%=1.2万元。

4 总结

因水闸建造年限已久且受自然灾害影响较大，一般的工程技术措施和安全管理措施只能在一定程度内控制部分事故的发生，而不能全部避免风险，为此企业可采取保险方式以应付自然灾害等风险事故对水闸运营活动带来的经济损失和不利影响，保护企业财产安全。采用较为合适的保障倾向型搭配，以财产综合险为主体，结合机器损坏险可有效地规避水闸风险带来的经济损失，保证社会经济活动的稳定和持续发展。