渭河小量級洪水條件下華州區三座擋水閘工程運行管理的思考

馮 博

(陜西省三門峽庫區華縣河務中心，陜西渭南714100)

1 前言

為防止渭河洪水倒灌支流，減輕支流堤防的防洪壓力，降低支流堤防因渭河洪水倒灌的出險機率，自2011年以來，陜西省通過實施渭河綜合整治項目，先后在渭河華州區河段遇仙河、石堤河、羅紋河三條南山支流入渭口建成擋水閘工程。

2 工程基本情況和運行方式

遇仙河、石堤河、羅紋河擋水閘工程按攔擋渭河50 a一遇洪水標準(流量10300 m3/s)設計，下游消能防沖設施按下泄支流20 a一遇洪水標準設計。三座擋水閘工程組成和建筑物形式都基本相同，均由橡膠壩、泄洪閘、壩肩平臺、充排水系統、管理房等部分組成，其中橡膠壩是保證擋水閘工程正常安全運行最關鍵的部件，也是最薄弱的部分.遇仙河、石堤河、羅紋河擋水閘工程主要建筑物特性見表1。

表1 遇仙河、石堤河、羅紋河擋水閘工程主要建筑物特性表

遇仙河、石堤河、羅紋河擋水閘工程橡膠壩均為充水式枕式結構，共一跨。壩袋為三布四膠組合，厚度約12.5 mm，采用雙錨固點，錨固方式采用壓板螺栓錨固。泄洪閘布置在橡膠

壩左側岸邊，共1孔，閘孔凈寬6.0 m孔口高4.0 m閘底板較橡膠壩底板低1.5 m。

渭河華州區遇仙河、石堤河、羅紋河擋水閘工程設計運行方式為：

(1)當預報汛期渭河華縣站流量小于3000 m3/s時，橡膠壩塌壩，泄洪沖沙閘開啟運行，暢泄南山支流常流量洪水；

(2)當預報汛期渭河華縣站流量大于等于3000 m3/s小于等于10300 m3/s時，橡膠壩立壩至下游倒灌水位以上0.3 m，泄洪閘關閉；

(3)當預報汛期渭河華縣站流量大于10300 m3/s時，實行橡膠壩塌壩、泄洪閘開啟的保壩暢泄運行。

3 近幾年洪水情況

2018年～2020年，渭河共發生3次小量級洪水，主要由渭河上游地區普降大到暴雨形成，其中2018年7月14日2時渭河華縣站洪峰流量3450 m3/s，水位340.65 m，相應的最大含沙量211 kg/m3；2019年9月17日2時渭河華縣站洪峰流量2760 m3/s，水位340.61 m；2020年8月21日6時渭河華縣站洪峰流量3000 m3/s，水位340.55 m，相應的最大含量沙量56.2 kg/m3。三場洪水洪峰流量均小于渭河華縣站5 a一遇洪水標準(流量5760 m3/s)，且都具有含沙量小、流速快、沖刷力強的特點，渭河主河槽略有刷深，過洪斷面增大，水位相對較低。渭河華縣站2018年～2020年洪水擋水閘工程情況見表2。

表2 渭河2018年～2020年洪水擋水閘工程運行情況統計表

4 目前擋水閘工程橡膠壩運行管理存在的主要問題

4.1 有利的水沙條件，極易滋生麻痹僥幸思想

渭河流經黃土高原，攜帶大量泥沙，造成河道淤積，潼關高程居高不下，嚴重影響安全度汛。近年來，渭河洪水趨向有利的水沙條件，有利于沖刷河底，增加過洪能力，降低洪水水位。一方面，從1960年～2015年渭河下游水文資料可知，1960年～2015年多年平均沙量2.795億t，2004年～2015年為特枯沙期，平均輸沙量為0.821億t,占多年平均的29.4%，水、沙量總體呈減小趨勢；另一方面，自渭河“11.9”洪水后近10 a間，渭河華縣站均發生小量級洪水，且洪水傳播快、歷時短，對擋水閘工程影響相對較小,渭河下游各站洪水傳播時間對比見表3。有利的水沙條件極易使人對防汛形勢盲目樂觀，滋生麻痹僥幸思想。

表3 渭河下游各站洪水傳播時間對比表

4.2 科學合理的調度運行，仍是擋水閘工程運行管理的難點

渭河華州區段遇仙河、石堤河、羅紋河擋水閘工程于2015年8月先后移交運行管理單位，已投入運行五年，橡膠壩和泄洪閘的密切配合、調度運行仍處于探索階段。依據陜西水環境工程勘測設計研究院2016年5月完成的《華縣遇仙河、石堤河及羅紋河洪水水文分析計算報告》，其內容主要研究遇仙河、石堤河、羅紋河3條南山支流在水位上升時的河道庫容和回水長度變化。本次主要對三種典型水位與庫容、回水長度進行分析：①橡膠壩底板高程；②渭河華縣站洪峰流量3000 m3/s相應擋水閘水位；③渭河華縣站50年一遇倒灌水位(詳見渭河華州區段南山支流水位與庫容、回水長度關系統計表)。由表可知：(1)依據水利部頒布的《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL 252-2017)，當渭河華縣站洪水流量等于或大于3000 m3/s時，渭河洪水倒灌遇仙河、石堤河、羅紋河3條南山支流形成的庫容為小(一)型、小(二)型水庫；(2)當渭河華縣站洪水流量等于或大于3000 m3/s時，渭河洪水倒灌遇仙河、石堤河、羅紋河3條南山支流的最小回水長度為3.55 km，雖在2012年～2015年先后對遇仙河、石堤河、羅紋河3條南山支流堤防實施加高培厚，但僅對支流河口段4.0 km左右范圍實施加培，且加高培厚填筑土料均就近拉運渭河灘面以細砂為主的淤積土，抗沖刷力較差，一旦渭河發生如“03.8”量級洪水，流量大、歷時長，南山支流堤防經受長時間浸泡，極可能出現坍塌、淘刷、滑坡等險情，嚴重影響轄區安全度汛，必然危及華州區沿河群眾生命財產安全。因此，渭河華州區段遇仙河、石堤河、羅紋河擋水閘工程調度運行方式、調度時間結點、閘壩配合密切程度至關重要，仍是運行管理的難點。

4.3 橡膠壩受力強度有限，影響防洪工程安全度汛

渭河華州區段遇仙河、石堤河、羅紋河擋水閘工程橡膠壩設計壩高4.5 m～4.7 m，用于攔擋渭河50 a一遇洪水。橡膠壩受到的作用力包括壩體自重、水平水壓力、垂直水壓力、揚壓力、泥沙壓力等，主要受力為迎水面的靜水壓力和內部水壓力，靜水壓力沿水深方向成三角形分布，內部水壓力分別沿上下游壩袋成梯形分布，水壓力沿壩面橫向呈均勻分布。橡膠壩隨擋水高度的增加受到的作用力逐漸增大，壩軸線發生位移，如迎戰2018年渭河一號洪水期間，羅紋河擋水閘工程橡膠壩最大水深1.76 m，壩袋軸線中心偏移近20 cm，僅靠壓板螺栓錨固的壩袋極易受力破壞，影響轄區防洪工程安全度汛。因此，將橡膠壩用于低水頭、大跨度、蓄水造景的閘壩工程具有明顯優勢，但要作為攔擋渭河洪水的最后一道屏障，工程安全運行影響因素多，防汛抗洪風險大。

表4 渭河華州區段南山支流水位與庫容、回水長度關系統計表

4.4 擋水閘工程的日常維修養護，難以增強工程抗洪強度

渭河華州區段遇仙河、石堤河、羅紋河三座擋水閘工程落實了日常養護經費，能及時對機電設備、閘門、管理院落綠化苗木實施日常維修養護，維護了工程正常安全運行，始終保持擋水閘工程完整、干凈、美觀，對橡膠壩僅開展壩袋沖洗、噴水降溫、龜裂處修補等日常養護項目，隨著橡膠壩的長年運行，橡膠制品的老化現象在所難免，抗洪強度反而逐漸降低。但橡膠壩在日常運行中又存在以下問題：①受南山支流來水和擋水閘運行方式限制，橡膠壩長期不過水，受太陽暴曬，加速壩袋變形老化，遠不能滿足設計使用壽命10 a～15 a的要求；②受橡膠壩本身材料限制，橡膠壩是一種高分子合成纖維的增強橡膠，當發生洪水時，水中尖銳漂浮物極易造成壩袋破損或刺洞而漏水，導致擋水閘工程失事。因此，僅僅依靠日常養護只能維持擋水閘工程正常安全運行，而不能增強橡膠壩的抗洪強度。

5 對策及建議

5.1 核定工程防倒灌防洪標準，確定科學合理的調度方式

防洪標準高低，與工程本身或防洪保護對象的重要性、洪水災害的嚴重性及其影響直接有關，并與國民經濟的發展水平相聯系。在—般情況下，當實際發生的洪水不大于防洪標準的洪水時，通過防洪工程的正確運用，能保證工程本身或保護對象的防洪安全。就渭河華州區段遇仙河、石堤河、羅紋河三座擋水閘工程而言，橡膠壩受力強度有限，抗洪強度不高，完全依靠橡膠壩攔擋渭河倒灌洪水不可靠，應發揮支流堤防的抗洪能力，可讓渭河洪水適量水量倒灌南山支流，避免橡膠壩出現單側受力的不利局面。同時，建議委托權威專業機構對擋水閘工程防洪標準進行核定，確定科學合理的調度運行方式，保證擋水閘工程本身安全運行，確保轄區安全度汛。本文作者認為擋水閘工程攔擋渭河50 a一遇洪水標準的目標極難實現，可將擋水閘工程攔擋渭河洪水防洪標準調整為與南山支流堤防工程防洪標準保持一致，即支流堤防實際只能防御自身來水及渭河華縣站5760 m3/s的洪水倒灌，這也是渭河華縣站5 a一遇洪水標準。

5.2 建立防洪工程聯動防守，充分發揮工程防洪效能

渭河華州區段已建成防洪大堤29.54 km、南山支流堤防43.38 km、控導工程6處、擋水閘工程3座及石堤河～羅汶河滯洪區水域面積337.9萬m2的少華湖水利風景區，防洪設施門類齊全，防洪工程體系較為完善，其中渭河華州區段遇仙河、石堤河、羅紋河擋水閘工程是最關鍵、最薄弱的防洪工程，是轄區防洪工程體系的短板，一旦其中任何一座擋水閘工程橡膠壩發生破損或刺洞而漏水塌壩，渭河洪水將倒灌相應南山支流，極可能造成支流堤防決口，后果不堪設想。為此，應建立轄區防洪工程聯動防守，結合來水情況、洪水量級實行動態管理，充分發揮轄區堤防、控導、擋水閘工程防洪減災效能，形成擋水閘工程攔擋一部分渭河倒灌洪水、南山支流河道蓄存一部分渭河倒灌洪水、少華湖水利風景區分流一部分渭河倒灌洪水的良好格局，實現渭河華州區度汛安全。

5.3 加快擋水閘工程提升改造，確保華州區安瀾永年

渭河華州防護區是三門峽庫區重要的防護區之一，渭河下游堤防臨背差最大堤段在華州區，渭河詹劉險工是華州、華陰防護區的西大門，防御渭河洪水倒灌的擋水閘工程均設在華州區。華州區可謂是防汛地位重要，工程位置險要，防汛抗洪任務艱巨。渭河華州區段遇仙河、石堤河、羅紋河三座擋水閘工程的建成并投入使用，極大地減小了渭河洪水倒灌南山支流的輸水量，減少了南山支流河道因渭河洪水倒灌造成的淤積，減輕了南山支流堤防的防洪壓力，降低了南山支流堤防出險機率，但橡膠壩經過5 a的使用運行，壩袋局部出現龜裂，給防汛工作帶來安全隱患，應加強橡膠壩檢查和養護，及時發現異常現象，分析原因并采取措施，保證橡膠壩安全運行，并積極籌資對橡膠壩每10 a更換大修一次，防止工程發生安全事故。同時，建議上級部門多方努力，積極爭取，可將三座擋水閘工程橡膠壩改建為平板鋼閘門作為攔擋渭河洪水倒灌的防洪工程，以保華州區長治久安。

6 結語

渭河華州區段遇仙河、石堤河、羅紋河三座擋水閘工程的建成并投入使用，在近年來防御渭河小量級洪水倒灌南山支流中發揮了重要作用，但同時橡膠壩也存在受力強度有限，抗洪強度不高的問題。防洪保安是我們河務人的初心和使命，我們堅信通過擋水閘工程科學合理的調度運行，規范的操作，精細的維修養護，完全有能力維護擋水閘工程完整，保證工程正常安全運行，保護沿河群眾生命財產安全，確保華州防護區歲歲安瀾。