江西省大中型水閘安全評價中防洪能力復核方法探討

虞 慧，胡 強，熊 威，萬小強，劉 智

(1.江西省水利科學院，江西 南昌 330029；2.江西省水工程安全工程技術中心，江西 南昌 330029)

根據水利部《水閘安全鑒定管理辦法》(水建管[2008]214號)的規定，“水閘實行定期安全鑒定制度。首次安全鑒定應在竣工驗收后5年內進行，以后應每隔10年進行1次全面安全鑒定。”同時根據《水利部辦公廳關于加強水閘安全鑒定工作的通知》(辦運管[2021]123號)的規定，“按照“超期水閘全部鑒定、到期水閘及時鑒定”的目標要求，保證“十四五”期間全面完成存量和當年到期水閘安全鑒定任務”，進一步對水閘安全鑒定提出了明確和具體的要求。

江西省河湖水系眾多，是全國水利工程大省，自2019年水利部啟動水閘注冊登記工作以來，據不完全統計，現有大型水閘28座，中型水閘234座，水閘的種類以分(泄)洪閘和節制閘為主，這些水閘工程在防洪、灌溉、供水和排澇等方面發揮了重要的作用。江西省也按照“十四五”大中型水閘安全鑒定總體方案和相關規劃，穩步推進大中型水閘安全鑒定工作，一些病險水閘通過安全評價工作后實施應急處理措施或除險加固工程從而使工程效益得到正常發揮。

水閘工程在建設初期屬于其他水利工程的附屬建筑物，建設年代普遍較為久遠，缺乏相關設計資料，運行管理調度未形成統一規范，受當時社會經濟環境的影響，水閘設計缺少統一標準，加之當時技術水平低、施工設備簡陋[1]，致使水閘存在過流能力不足、建設標準低，工程質量差等問題。因此，對水閘工程進行安全評價工作迫在眉睫。目前，大部分學者主要在水閘安全的評價方法上進行研究，如何楊楊等[2]將水閘的健康狀況劃分為4個等級，在主、客觀組合賦權的基礎上運用云模型，判斷各指標所屬的安全等級，自下而上實現水閘工程安全評價；于丹萍[3]提出了一種基于模糊FMECA方法的水閘安全評估方法，具體細化了風險優先度基本參數評分細則；康迎賓[4]提出了基于FMECA的水閘安全評價方法，根據FMECA的評價步驟確定了水閘的功能結構、故障模式、基本參數和風險優先數；這些方法側重于建立不同指標下的權重和賦值模型，未對在水閘安全評價中相關計算復核難點進行分析。李娜等[5]針對影響病險水閘判定的關鍵技術、經濟和政策等方面的因素進行綜合性的梳理，但未對防洪安全復核存在的問題進行全面的分析，在防洪能力復核主要集中于水庫的防洪能力復核[6- 8]，鮮少針對水閘工程的防洪能力復核的系統性研究。本文針對水閘防洪能力復核工作中工作流程、重點和難點進行分析。

1 防洪能力復核范圍和流程

根據SL 214—2015《水閘安全評價導則》[9](以下簡稱《水閘導則》)，在水閘安全復核中應包括防洪標準、滲流安全、結構安全、抗震安全、金屬結構安全、機電設備安全等。

在水閘安全評價中居首位的安全復核為防洪標準復核，根據《水閘導則》，防洪標準復核應包括洪水標準、閘頂與堤頂高程、過流能力復核。因此，水閘防洪標準復核與水庫大壩防洪能力復核內容上基本一致，均為防洪標準復核、設計洪水復核計算、洪水調節計算、抗洪能力復核和復核分析結論。雖然兩者復核內容基本一致，但在復核方法上卻有所不同，江西省大部分大中型水庫屬于山谷型水庫，流域面積不大，而大中型水閘一般位于大江大河(平原區)上，因流域面積和地理位置而導致兩者在計算方法上有所差異。

水閘防洪標準復核的主要工作流程為：①前期收集分析資料，該階段重點對工程的現狀進行熟悉，以便在現場查勘重點查勘；②現狀調查分析，從防洪安全的角度對工程現狀、運行及管理進行重點分析；③洪水標準分析，重點就工程的洪水標準滿足現行規范進行分析；④設計洪水分析，根據工程的相關資料，重點對設計洪水采用的方法與原設計進行對比分析和方法確定；⑤分析上、下游設計洪水位；⑥分析工程的閘頂高程、堤頂高程。詳見圖1。

圖1 防洪能力復核流程圖

2 防洪能力復核主要內容

2.1 資料收集和復核

在前期資料收集階段，應廣泛收集工程相關設計資料。如：初步設計報告，最近一次安全鑒定報告，各階段除險加固設計報告，各個階段批復文件，竣工驗收報告、調度運行資料以及注冊登記資料。在水閘安全復核的資料收集階段，應注重資料的完整性，水閘工程可能作為堤防等工程的附屬建筑物進行設計，在無法收集單項設計資料時，可參考堤防等整體配套資料。因為洪水標準復核涉及范圍廣，可收集上、下游水利工程和兩岸堤防的設計報告以及流域相關規劃報告以供參考。

在報告資料中，應重點查看各個設計階段的工程規模、洪水標準和批復是否一致，各個設計階段和相應批復的校核、設計洪水位值是否一致。在防洪能力的復核中，還應重點關注基礎資料的復核。如參數閘址以上的流域面積，在大江大河上的水閘，往往可以參照鄰近水文站、其他水利工程的流域面積或根據地形圖量算求得；但很多水閘位于城市平原區，需要對其匯流面積重新復核分析，如南昌市某水閘，下游為贛江，上游為其他流域，上游來水在近期流域規劃中新增電排站排水，此時其總面積可能發生改變，應重點查看流域相關規劃報告進行結合分析。在城市中的水閘，來水條件比較復雜，承擔防洪、排澇、排污和景觀等多重功能，因此在資料收集階段需要更廣泛的認知，應采用現場檢查和訪談等多手段進行復核。

2.2 現狀調查分析

在水閘安全鑒定工作中，現狀調查是前期最重要的工作。在防洪標準復核中，設計人員往往忽視現狀調查工作。在實際工作中，現狀調查可結合資料收集進行，因此可根據場檢查快速響應表進行快速查勘，見表1。

表1 水閘防洪能力復核現場檢查快速響應表

現場檢查時，應全面查看與水閘工程安全有關的擋水建筑物，確定防洪標準評價內容，即擋水建筑物的數量。根據《水閘導則》，水閘安全評價范圍應包括：閘室，上、下游連接段，閘門，啟閉機，機電設備，管理范圍內的上下游河道、堤防，管理設施和其他與水閘工程安全有關的擋水建筑物。在防洪能力復核時，設計者往往注重水閘自身的防洪安全復核而忽略了其他擋水建筑物，如水閘有電站廠房等附屬物，還應對廠房的頂高程進行復核。

同時還應重點查看泄流建筑物的型式和孔數，測量現狀溢流凈寬。有些工程在施工階段進行設計變更，參數可能與初設報告不對應，該項工作的目的是為了確保關鍵數值一致性和準確性。

查看水閘的實際調度情況。現場重點了解閘門的運行工況，查看閘門泄水情況，詢問實際運行工況和設計時運行調度工況是否存在差異，如閘門的單向擋水或雙向擋水屬性是否發生變化。

進一步詢問并記錄水閘歷年常水位，歷年最高常水位，現場檢查當日水位，水閘歷年泄洪情況及其他險情情況，是否存在漫頂或水閘能否安全下泄洪水等其他防洪安全的問題，如贛州市某水閘，其閘出口下游海漫被沖毀，根據勘測和測量沖坑，其沖坑地基條件差，存在一定的安全隱患，將直接影響其正常宣泄洪水。這些問題看似水工檢查的問題，實則與防洪能力息息相關。

2.3 防洪標準

防洪標準復核是水閘安全評價計算工作中首要工作，即對水閘工程的工程等別和規模進行復核。

2.3.1一般情況

通過查閱水閘工程相關設計報告和對應的批復，基本可以判斷工程等別和規模。同時根據GB 50201—2014《防洪標準》[10]和SL 252—2017《水利水電工程等級劃分及洪水標準》[11]進行結合分析，如滿足規范要求，其防洪標準基本可以確定與其設計報告一致。

2.3.2缺失資料

在進行水閘復核工作中，還會遇到缺失相關設計資料的情況。遇到這種情況時，一般先對照GB 50201—2014《防洪標準》和SL 252—2017《水利水電工程等級劃分及洪水標準》確定工程等別，但根據SL 252—2017《水利水電工程等級劃分及洪水標準》與GB 50201—2014《防洪標準》，兩者在確定工程等別時略有不同。GB 50201—2014《防洪標準》以水閘的過閘流量進行確定，而SL 252—2017《水利水電工程等級劃分及洪水標準》定工程等別依據表3.0.1水利水電工程分等指標確定，分別為“水庫總庫容、防洪保護人口、保護農田面積、保護區當量經濟規模、治澇面積、灌溉面積、供水對象重要性、年引水量和發電裝機容量”等指標確定，刪除了過閘流量的指標，僅在4.3.2節中規定“當校核洪水過閘流量分別大于5000m3/s、1000m3/s時，其建筑物級別可提高一級”。因此在實際復核工作中，可將兩者結合進行分析。首先可對照GB 50201—2014《防洪標準》，計算分析其相應頻率的過閘流量；水閘一般還有灌溉、保護農田或供水功能，可由其相對應的功能進行對照分析；此外，還可結合水閘注冊登記信息進行綜合論證。同時根據SL 252—2017《水利水電工程等級劃分及洪水標準》，“綜合利用工程可能同時具有防洪、治澇、灌溉、供水、發電等任務”，為工程安全起見，應按其各項任務指標對于的等別中最高者確定整個工程的等別。雖然不同的規范之間存在差異，但仔細論證，可以找尋相應的適宜參考依據。

2.3.3注意點

(1)根據規范中的相應過閘流量確定建筑物等別，此處應強調“過閘流量”，因河道上水閘工程的組成較為復雜，有些為全斷面均為水閘，有的由不同形式的水閘形式組成，如泄洪閘、沖砂閘、翻板閘等組成，而有的水閘為閘、壩結合形式，此處僅應考慮水閘的過閘流量，而不考慮溢流壩的過壩流量。

(2)在進行水閘防洪標準復核時，應仔細分析整體工程和單項工程的聯系，可與兩岸的堤防工程等建筑物進行結合分析，根據SL 252—2017《水利水電工程等級劃分及洪水標準》，堤防、渠道上的閘、涵、泵站及其他建筑物的洪水標準，應不低于堤防、渠道的防洪標準。因此，水閘工程的防洪標準應至少和兩岸堤防的防洪標準一致，可避免在整體分等、單項建筑物又分等而造成工程分類的混亂情況[12]。

2.4 設計洪水計算分析

大中型水閘的設計洪水復核，一般采用實測水文資料進行分析。因大中型水閘一般位于大江大河中，因此，可參照適宜的水文站點進行設計洪水計算。

此處需要注意在進行設計洪水分析時，應對歷史特大洪水進行重新分析。同時還應注意設計洪水的一致性，如南昌市某水閘，分析贛江的各頻率設計洪水成果，但因贛江的某段圩堤曾發生過決堤，此處應進行洪水還原計算。同時還應注意，上下游是否新建了其他工程，應分析工程對設計洪水成果的影響。如宜春某分洪閘，其閘址下游23km處新建大(2)型水電站樞紐工程，需要進一步分析其回水影響，以及枯水期對本工程運行的影響。因此為進一步保證成果的安全性和可靠性，此處可重點結合上下游建筑物和兩岸的堤防的相關設計報告進行參照分析。

2.5 洪水位分析

2.5.1設計、校核洪水位

水閘設計洪水位有6個水位需要進行復核，分別為泄水工況下的閘上游的設計和校核水位，閘下游設計和校核水位、擋水工況下的正常蓄水位、最高擋水位。

(1)一般情況

a.閘上游水位可根據水閘泄流能力分析出水閘的水位～流量關系，然后根據相應頻率的設計洪水成果得出相應頻率的水位。

泄流能力的分析應重點分析泄洪建筑物的組成形式和調度運用方式。在水閘工程上有不同型式的泄洪建筑物，如泄洪閘、翻板閘、沖砂閘和溢流壩等組成的水閘工程，除了在現場檢查時查勘啟閉機和閘門的運行狀態，泄洪建筑物是否能正常泄水，翻版閘門是否以水力學形式正常翻板，還應在計算時仔細分析不同泄水建筑物的閘底高程和堰頂高程，分析不同高程下的溢洪狀態。

b.閘下游水位根據閘下游附近的測量斷面，結合曼寧公式得出相應的下游水位～流量的關系，或者通過推求水面線的方式得出相應水位，水閘的基礎條件不盡相同，應具體情況具體分析。如南昌市某水閘在贛江的交匯處，其設計洪水位采用贛江設計洪水水面線綜合確定。如南昌市某灌溉渠上的水閘，閘前水位受上游30m干渠上的閘門控制，下游受水庫的水位控制，此時的上下游水位應結合建筑物最高設計水位進行結合分析。再如宜春市袁河流域某水閘，在該流域依次從上至下有4級水利工程，建設時間不一，此時可以參照四個水利工程的設計報告進行結合分析。

(2)注意點

在水閘的設計或校核水位計算時，可能會出現超過兩岸堤頂的情況。此處應注意，根據SL 252—2017《水利水電工程等級劃分及洪水標準》，“當水閘工程的洪水標準超過其所在堤防的洪水標準時，應考慮其所在的堤防的設計洪水標準確定水閘的設計洪水”，當計算水閘的設計或校核水位超過堤防的堤頂高程時，但此時已發生洪水漫堤的情況，設計人員往往以假設堤防無限高的方式進行計算，計算的設計或校核水位已不準確，遇到該種情況，水閘的校核水位應參考兩岸的堤防工程進行確定，同時還應考慮兩岸堤防未來建設的可能性，根據《水閘導則》，水閘洪水標準除了滿足規范要求外，還應兼顧流域近期規劃的需求，如防洪規劃已有調整的，按新的規劃數據進行參照分析。因此，在實際的復核計算工作中，應按實際情況具體分析，這對收集資料提出更具體而更高的要求。

2.5.2正常蓄水位

水閘兼具擋水和泄水功能。一般情況下，當水閘到達正常蓄水位閉閘擋水，此時正常蓄水位即為最高擋水位；此處需要注意的是，需要對水閘的調度運行工況進行詳細分析，以確定水閘可能出現的最高擋水位，如是否存在水閘不允許向外河泄水的工況，此時可能出現最高擋水位高于正常蓄水位。有些水閘還兼具有景觀功能，需要了解水閘的景觀水位，需要進一步根據其調度方案確定正常蓄水位。

2.6 頂高程復核

水閘安全評價中的常見的頂高程復核為閘頂高程和堤頂高程復核。當水閘有電站廠房、船閘等其他擋水建筑物，還應復核電站、船閘等擋水建筑物的頂高程高程或防洪墻的頂高程。

2.6.1閘頂高程

閘頂高程復核根據SL 265—2016《水閘設計規范》[13]的要求進行復核。水閘閘頂高程分為擋水和泄水2種工況進行確定。擋水時，閘頂高程不低于水閘正常蓄水位或最高擋水位加波浪計算高度與相應安全加高值之和；泄水時，閘頂高程不低于設計洪水位或校核洪水位與相應安全加高值之和。在泄水工況下的設計、校核洪水位一般情況下為閘上游設計、校核洪水位。

此處應該注意的是，水閘的閘頂高程不能簡單的認為是復核水閘的閘墩頂高程，還應密切注意閘室胸墻，分析該部位是否存在阻水的可能性。同時有些水閘與當地的交通設施融為一體，如宜春某翻板閘，其閘上有一交通橋，其橋墩與閘墩為一體，因此其閘墩頂高程為橋墩的墩頂高程。

2.6.2堤頂高程

根據《水閘導則》，還應對水閘兩岸的堤頂高程進行復核，設計人員復核時側重于水閘本身，忽略堤頂高程的復核。水閘兩岸的堤防頂高程按照GB 50286—2013《堤防工程設計規范》進行計算，根據相應的堤防級別確定相應的設計洪水加堤頂超高而得，復核時應借鑒兩岸堤防的設計報告。

2.7 復核結論

在防洪能力復核結論應重點結合計算內容進行總結，應按照防洪標準、設計洪水、設計洪水位和頂高程滿足規范要求和近期規劃進行對應闡述，如滿足規范要求可根據規范認定滿足相應的評級標準。當有工況不滿足規范要求時，除了在結論里面寫清評定等級并在結論里具體說明不滿足的原因。如有多個建筑物進行評級，可分建筑物進行評級，最后確定整體水閘工程的防洪能力評級。因防洪能力負責涉及水工程的正常運行，當現場檢查出水工程運行存在問題，此時可在相應建議里進行闡述，如翻板閘容易出現卡樹枝等影響閘門的正常開啟的情況，因此可在結論里給出相應建議。復核結論的確定應遵循嚴謹、全面、詳實原則，以確保水閘的科學評級。

3 結論與建議

(1)綜合科學論證成果

防洪能力復核是水閘安全評價中重要的章節，是防洪安全重要體現，重點對工程現狀的進行評價，不局限于原設計報告，經過現場的調查分析后，通過一系列的復核計算，可以對水閘工程的現狀抗洪能力是否滿足現行規范和近期規劃得出科學的評判。防洪能力復核不同于水工建筑物復核，隨著工程運行時間的延長，工程所處的降雨、徑流、水質等情況均可能發生變化，因此在復核中應廣泛收集資料，重視現狀調查，認真對比分析，精心設計計算。在計算復核中還應遵循“多種途徑、綜合分析、充分對比、合理選用”的原則，保證復核成果的準確性和合理性。

(2)提升運行管理規范

水閘的安全運行是保障防洪安全的前提，科學合理管理水閘，及時發現運行中的安全隱患有利于最大程度的保障水閘安全。江西省已廣泛開展水閘標準化管理建設，大中型水閘在標準化建設的指導下，其外觀面貌和運行管理上已有大幅度改善，但仍應重點對水情、險情，等開展重點檢查和記錄，總結好與工程相關的大事記，按日、月、年規范進行記錄，不流于形式，不浮于表面，及時發現問題，做好記錄并進行檔案整理，運行管理工作有助于水閘安全鑒定的正確、準確開展。

(3)強化綜合調度運用

進一步持續加強做好水閘的日常維護管理工作，科學合理調度工程，調度中按規范操作，運行調度中充分利用信息化等技術手段，收集水雨情信息，提升聯合工程調度、智慧化、精細化管理能力，發揮水閘防汛、抗旱、景觀保障等功能，適應新時期不斷變化的水情、社情和時代發展變化，確保水閘安全運用，最大限度的發揮工程的社會效益、經濟效益和生態效益。