塔里木河流域大中型水閘除險加固對策及建議

羅文忠，李 江

(1.喀什葉爾羌河勘測設計院，新疆 莎車 844700；2.新疆塔里木河流域管理局，新疆 庫爾勒 841000)

1 基本情況

新疆目前共有各類水閘2566座，其中大型水閘334座，中型水閘299座。塔里木河流域做為全疆重要的流域，其“四源一干”目前有大中型水閘44座，其中大型水閘21座，中型水閘23座，流域數量眾多的水閘在灌區引水、生態供水等方面發揮了巨大的作用。

塔里木河流域的水閘建設年限長，數量和類型也比較多，由于當時的經濟狀況導致所建水閘建設標準低且設施不夠完善，這些都是先天性的問題。流域內水閘20世紀60、70年代的約占37%，80、90年代的約占34%，2000年以后建設的約占29%。水閘的布置型式也頗多，幾乎包括了所有型式，無壩引水的有英爾引水樞紐、結格及引水樞紐、帕什塔什引水樞紐，有壩引水的有全攔河布置的阿克蘇塔里木攔河閘，人工彎道式布置的江卡渠首等。

流域大多數水閘的使用時間都在30～50年之間，隨著時間的推移，這些水閘的安全性和使用功能都在不斷下降，許多水閘的金屬結構和機電設備也都超出了設計的使用年限。自2008年陸續對水閘進行了安全鑒定工作，鑒定為二類閘、三類閘、四類閘的比例大致各占1/3。經過水閘鑒定，我們對需要加固的水閘進行了建設，有效地解決了病險問題，使得汛期潰壩、汛后堵壩的歷史得以改變，同時也大大減輕了當地群眾的防洪負擔，使得防洪、灌溉和供水的能力得到恢復。但由于資金所限，強度不夠大，天女散花式投入加固工作，除險加固工作進展緩慢，還需加大加快水閘除險加固力度。隨著新時代的到來，為了促進水利高質量發展，我們要加強水閘除險加固工作，積極推進水利設施運行管理標準化，以更加科學、精細的方式改善水利設施的運維，確保水利設施的安全可靠運行。

2 存在的問題

2.1 水閘建筑老化及破損嚴重，閘門銹蝕，啟閉設施和電氣設施老化年久失修問題普遍

由于混凝土結構的設計強度偏低，或漿砌石砂漿的質量差，大多數水閘的結構嚴重的老化。特別是20世紀60、70年代修建的水閘，經過回彈儀的強度檢驗，強度指標均偏低。檢查其碳化深度有些甚至超過了鋼筋保護層厚度。如葉爾羌河西岸總干渠的東方紅節制分水閘為60年代修建，檢查混凝土強度僅相當于C10強度。喀什噶爾河上的塔什米力克閘，閘墩為漿砌石閘墩漿砌石砂漿標號低，閘墩磨蝕嚴重。

水閘的閘門有些還是混凝土，甚至是木閘門，有些金屬閘門已經銹蝕嚴重，啟閉設施簡漏，甚至多數長期暴露在外已經老化，閘門受到腐蝕及其電氣設備老化，導致其開關機械、電氣系統出現故障，甚至已經超出了安全使用壽命。裝置存在安全隱患，有些水閘的啟閉設備零部件磨損嚴重，甚至老到已經買不到更換的配件，啟閉設施無備用電源、無限位開關等約占到1/3以上，存在較大的安全隱患。有些閘甚至無啟閉設備，如車爾臣河塔提讓干渠引水閘的啟閉機仍是吊葫蘆啟閉，極為不便。

2.2 水閘建設標準低

2.2.1水閘防洪標準低

防洪標準偏低或灌區引水比較大，用于下泄沖砂水相對較少，導致上游河道淤積，產生防洪標準偏低的問題。另外由于缺乏合理的水閘位置和樞紐布局，使得河床淤積，水體的通行性受到嚴重影響，過流能力無法滿足防洪標準。

由于防洪標準較低，導致水閘的過流能力和閘室頂高程都無法滿足宣泄洪水的需求，而且單寬流量也超出了下游河床土質的抗沖能力。這些情況在塔河流域的秋格爾引水樞紐、聯合引水樞紐、孔雀河第一分水樞紐、民生渠首、黑孜阿瓦提渠首等閘改造前或現在明顯泄洪能力不足問題。

2.2.2抗震標準低

早期流域內水閘在抗震設計方面明顯不能滿足現行規范的要求，甚至一些90年代的水閘在抗震設計上大多都考慮不足，大多不能滿足抗震液化深度的要求。如東方紅節制分水閘，閘建于70年代，限于當時的條件，閘并未做基礎處理，按現在的抗震要求并不能滿足要求，這些閘在非常地震荷載情況下復核計算分析往往是不能滿足現行規范要求的。另外提孜那甫河上的汗克爾渠首就沒有對軟基進行液化處理，目前正在進行的重建工作依據現行規范進行了地基處理。

2.2.3混凝土強度、抗滑、抗傾、抗浮等結構設計指標偏低

由于閘室及翼墻的抗滑、抗傾、抗浮等性能指標未達到相關的規范要求，從而引發了沉降、不均勻沉陷等現象，進而嚴重損害了其結構的完整性，對其結構的總體穩定性造成了嚴重的威脅。

早期的水閘在混凝土強度設計上存在著嚴重的問題，如東方紅節制分水閘，其砼強度極低，閘墩及閘下消能防沖設施由于水流的沖刷，強度偏低，遭受嚴重的破壞，混凝土剝蝕脫落嚴重。

有些水閘沒有對基礎部位進行有效地處理，水閘兩岸的護岸長度設置較短，滲流穩定不滿足要求，滲流破壞嚴重，閘基受到破壞，出現管涌、流土、基礎淘空以及滲漏的情況，如喀群渠首東岸總分水閘的基礎淘空，發生滲流破壞，左岸裹頭曾洪水過后損毀，后加固重建裹頭。

水閘主體結構的安全問題中的下游消能防沖設施損毀現象比較普遍，尤其是出山口的水閘，在設計時大多采用消能裙板的方式消能，裙板損毀比較嚴重，有些甚至消能裙板已經不能使用，如提孜那甫河上的江卡渠首，在改造前就是如此。

2.3 設施不配套的問題

水閘設施存在不配套的問題，大多水閘存在啟閉設備與鋼閘門不配套的問題，主要表現在啟閉設備功率小，啟閉困難，或缺少限位裝置導致閘門損壞。有的甚至用吊葫蘆作為啟閉設施。

水閘管理房的設施簡陋、房屋滲漏等問題，房都建在工作橋上，而且窗戶玻璃被風沙吹爛，密封性差，閘房內滿是塵土，無法滿足當前的運行管理要求，此外有些閘沒有設置閘房，啟閉設備長期暴露在露天，老化程度極其嚴重。有些啟閉設備未安裝備用電源，工作橋兩旁未設置護欄，存在安全隱患。通信設施也不完善，基本沒有監測設施。

2.4 水閘運維管理落后的問題

隨著時代的發展，水閘設施在防洪、水資源利用和調度等方面的作用日益凸顯。然而，目前水閘設施和管理仍存在一些不足，距離標準化管理的要求還有一定的差距，需要進一步完善和提高。

2.4.1更新改造力度不夠

對三類、四類的病險水閘的安全性進行評估，必須盡快采取措施對其進行除險加固和改造，然而，由于大多水閘沒有土地確權，必須對當前的用地狀況做出相應的調整，而且，由于一些水閘的拆除和重建過程中，會產生較大的動拆遷費用，使得整個過程的完善和推進變得十分緩慢重。

2.4.2缺乏維修養護經費

常規的水閘設施維護修養缺乏經費，且只能修修補補湊合著用，更談不上根本解決問題了，從而導致設施設備陳舊、破損的情況時有發生，而且，爭取國家專項投資資金也較少，無法在短期內解決水閘除險加固問題。

2.4.3人員技能水平低

水閘設施的運維管理需要專業的技術人員來完成，目前由于水閘管理工作的位置相對偏僻，薪資也相對較低，導致人才匱乏；此外，由于職工再教育和再培訓的機會有限，使得能夠熟練操作、能夠迅速解決現場實際問題的閘門運行工的數量大幅減少，這不僅削弱了水閘管理單位的技術能力，也嚴重影響了水閘的安全運行。

2.4.4智能調度水平較低

水閘日常管理調度還是以人工為主，信息化水平不高，有的閘雖然裝有一定的信息化設備，但是限于人員的素質，基本是擺設，并沒有真正用起來，已經有的信息化設備主要是監測設備，且由于時間已久，信息化設備更新迭代速度快，缺乏接口設備不能正常使用，也基本處于閑置狀態，水閘距離數字孿生所要求的水準相差甚遠，水閘沒有形成科學調度模型，水閘調度沒有形成聯動管理，更談不上智慧管理，與標準化管理要求相比差距較大。

3 建設對策

3.1 統一規劃、分步實施

由于流域水閘眾多，想一步到位的改造水閘是不可能的，水閘的除險加固需依據投資情況，結合水閘本身的改造條件統一規劃實施，主要遵循以下原則：

堅持規劃先行，根據水閘的特性、病險情況進行全面規劃，做到標本兼治。遵循輕重緩急、分期分批實施、工程措施與其他措施相結合的原則，弄清病險水閘的數量和規模，區分重點和一般水閘，進行建設排序。及時總結經驗教訓，努力完善除險加固的各項工作，包括安全鑒定、設計和管理等工作。

3.2 除險加固與標準化建設同步

病險水閘除險加固工程建設關系到新疆國計民生，國家設立專項資金開展這項工作，全疆至2019年投資13.96億元用于28座大中型水閘的加固工作。當前經濟社會發展要以推動實現高質量發展，水利工程標準化的管理是保障水利工程安全的必要舉措。因此，水閘除險加固工作必須與標準化改造結合實施。

3.3 水閘建設融入水文化元素

水文化是一種深刻影響著人類歷史發展的文化現象，它體現了人類如何處理人與水之間的關系，并將這種關系轉化為實際的社會結構。當今，文化已經成為一種重要的社會力量，它不僅能夠增強民族凝聚力，也能夠激發創新能力，從而推動國家的發展。水閘除險加固改造中應體現水文化建設內容，具體就是閘房及管理站房的建設可以結合當地的文化元素展示文化特色，站房的規劃可以考慮建設水利歷史陳列館，站房院內園林也可融入文化等，總之將管理站房及閘房等能體現文化元素的地方都融入水文化的建設。

3.4 水閘建設體現“三化”的要求

為了更好地進行水閘的維護和改造，我們應該將其與數字、信息和智能技術相融合，并利用現代技術進行網絡信息系統的改造，以便更快地完成對整個流域的水閘工程的監控和管理。依據水閘標準化工作的要求，工作閘門實現遠程自動化控制，在樞紐管理站設有集控中心，信號傳輸到上一級管理局。現有各水閘閘房內及水閘管理范圍內布置監控攝像，工作閘門能達到遠程自動化控制，可實現實時監控。水閘下泄流量做到自動化控制，集控中心在視頻監控與閘門自動化控制可自動切換。樞紐水閘系統的數字化，信息化，智慧化方面結合實施。

4 水閘除險加固具體措施

塔河流域大中型病險水閘主要針對建筑物老化、設計標準不足、結構不安全、金屬結構電氣設備老化、設施不配套、運維管理不達標等采取相應加固措施，具體措施見表1。

表1 水閘除險加固主要措施表

5 水閘建設建議

5.1 水閘安全鑒定的建議

水閘鑒定應選擇有資質的單位承擔，根據水閘鑒定的任務要求，先進行水閘現場調查、再進行安全檢測和安全復核，最后綜合評定水閘的安全級別。這中間水閘的地質情況，金屬結構及混凝土結構強度等都需要專業的隊伍參與，所以必須選擇有相應資質的單位承擔。

由于流域內多數水閘建成時間為60、70年代，雖仍在使用，但已經屬于超期使用，采用鉆芯等方法對水閘的結構破壞影響大，可能因水閘的破壞性檢測誘發水閘結構安全問題。有的水閘采用的基礎是樁基，對其進行腐蝕性檢查需開挖基礎取樣，可能損壞建筑物的結構安全。建議那些使用年限長，本身結構強度不滿足現有規范且超期服役水工建筑可以直接拆除重建；對于難以取樣檢測的部位，應依據運行情況給出合理的結論，如提河上的黑孜渠首的沉井基礎的鑒定。

5.2 水閘布置及結構設計的建議

為了確保灌溉、發電和日常需求的正常運轉，水閘的設計必須符合相關的標準，并且能夠按照預定的方案提供充分的水源。此外，為了避免污染物的侵入，特別是在多泥沙的河流中，應采用有效的防沙措施，防止有害泥沙進人渠道，以免引起渠首淤積。塔河流域的水閘多是借鑒了前蘇聯的有關理論及實踐成果，如利用的環流原理防止泥沙入渠，在有壩取水渠首中曲線導水墻就是利用M·B波達波夫導流裝置，其渠首的河道整治寬度采用的前蘇聯C.T.阿爾圖寧公式。人工彎道式取水樞紐1958年引入了建于前蘇聯中亞西亞的費爾干地區的費爾干式取水樞紐，如玉田河渠首。這些渠首其出發點均是在當時的資金條件下，利用河道的水沙特性對泥沙分級處理，用現在的眼光看，核心還是為了節省費用，所以布置形式多采用了閘堰的布置，堰的形式處理超標洪水，閘處理常遇洪水，這種布置形式往往導致堰前河道淤積嚴重，影響了河道的正常運行。如阿克蘇河上的艾里西閘，還有喀拉喀什河上的渠首。隨著技術的發展，對河道控制能力也加強，對于需修建堰的閘堰結合的渠首可以采用液壓鋼壩的形式，調整過流，靈活處理不同級別的洪水流量，達到水沙運行更好的控制。同時隨著自動化及智慧化水平的提高，對水閘的控制能力的增強，一些閘堰結合布置水閘在改建時完全可以采用全閘方案，這樣可以很好地控制河道的來水及泥沙，確保水閘運行更長久。

隨著水閘標準化建設持續的推進和高質量的管理要求，水閘要結合水文化體現出文化特點及更具特色的設計來。如閘房可以布置成一體的，體現不同風格的建筑特色，上閘的爬梯也可以結合閘房體現一定的藝術價值。另外可以在結構及信息化設計中采用限位鋼纜或無損線纜這些新技術，更好地實現對閘門的控制和管理。

5.3 加大病險水閘除險加固更新改造力度

為了提高水閘的整體效率，我們應該加強對老舊水閘的改造和更新。此外，我們還應該利用水文化和水景觀來促進水閘的風貌改善，以提高水閘的安全性、美觀性、生態性和文化性。通過這些措施，我們可以提升水閘的環境品質。

5.4 注重水閘加固與標準化改造的銜接

水閘除險加固工作主要是基于工程安全角度進行設計的，水閘標準化工作是基于工程狀況安全的前提下實現高質量管理的需要，水閘改造過程中要做好供電改造、閘門改造及閘房改造的銜接，不做重復的工作，對于已經完成除險加固的水閘要盡量確保標準化，在不損害主體工程的同時，做到美觀大方實用。在金屬結構改造中要事先預留好防冰凍線路及預埋件，在閘房改建中要預留好埋置控制供電線路的位置。

5.5 完善水閘管理制度

為了確保水閘設施的安全運行，我們應該采取有效措施，實現水閘管理的最佳效用，以實現“精細化管理、高質量發展”的目標。科學、規范地進行安全監測，需完善水閘的管理制度和體系，為處理病險水閘的維修和加固提供可靠的依據。

5.6 推進水閘管理范圍劃定

為了確保水閘的安全運行，應該研究并制定一套可供參考的標準，以確定水閘的管理和保護范圍，并建立一套可以推廣的經驗方法，以確保水閘的合法權益得到有效保障。

5.7 推動水閘智慧管理

為了符合水利部的標準，我們需要整合和歸納所有的水閘的相關信息，包括它們的建造日期、尺寸、地點和裝配情況。這些內容將構成一個完整的數字化檔案，并定期更新。

通過利用數字技術的發展，我們將擴大水利工程的監控范圍，并通過構建完善的水利工程基礎信息庫來促進水利工程的發展。我們還將利用“一網統管”平臺來增強水利工程的感知，并探索智能水利工程的應用，從而更好地保障水利工程的安全。

實施標準化管理是一項艱巨的任務，水閘管理的標準化工作，必須由不同層面的水利管理機構協作完成，以確保其有效性和可持續性。

6 結語

2020年塔里木河流域水資源公報“四源一干”總用水量199.83億m3，地表水167.03億m3，這些水量其中大多為水閘管理控制，各閘在水量灌溉調度及洪水調度中起到了重要作用。對現有病險水閘除險加固是十分必要的，文章通過總結流域水閘加固對策及措施，對水閘加固工作具有推進作用。由于流域內水閘分布范圍廣，水文及地質特性具有復雜性，且有些除險加固工作所采用的措施還需經時間的檢驗才能有更好的結論，本文所總結具體措施及建議還具有一定的局限性，僅供參考使用。