分蓄洪区安全区涵闸的紧急封堵方案设计

分蓄洪区安全区涵闸的紧急封堵方案设计摘要：为确保蓄滞洪后庇护于安全区人民的安全，根据荆江分蓄洪区安全区涵闸预分洪中的一些实际情况，认为安全区涵闸分洪前封堵存在着封堵的时限不具备可操作性、封堵的标准缺乏针对性、安全区涵闸的设计中未考虑分洪前填土封堵的特殊性和安全区所属干堤溃口后对分蓄洪区影响事件的突发性等问题，为重点蓄滞洪区、一般蓄滞洪区已建和拟建的安全区排水涵闸的规划与勘测、设计及分洪前封堵与突发性洪水封堵提出了具体的建议。关键词：分蓄洪区；安全区涵闸；分洪前封堵；突发性洪水封堵TheUrgentPluggingofCulvertsandSluicesinSafetyZonesAbstract:Inordertoshieldpeoplefromdangersinsafetyzonesafterflooddiversionanddetention,accordingtothepracticalsituationsofflooddiversionexercisesinJingjiangFloodDiversionandDetentionAreas,itdrawsaconclusionthattherearefollowingproblems:thetimelimitofthepluggingofculvertsandsluicesinsafetyzonesbeforediversionlacksoperability,thestandardofplugginglackspertinence,thespecificityofpluggingbeforediversionwhendesigningculvertsandsluicesandthesuddennessoftheaccidentsafterdikebreachinsafetyzonesarenotfullyconsidered.Tosolvetheseproblems,thispaperputsforwardsomeconcretesuggestionsontheplanningandsurveying,thedesign,thepluggingbeforediversionandthesuddenfloodpluggingfortheculvertsandsluiceswhichhavebeenbuiltoraretobebuiltinmainorcommonflooddiversionanddetentionareas.Keywords:FloodDiversionandDetentionDistrict;culvertsandsluicesinsafetyzones;pluggingpriortoflooddiversion;pluggingforsuddenfloods1．引言根据蓄滞洪区设计规范（征求意见稿），重点蓄滞洪区、一般蓄滞洪区可新建安全区；蓄滞洪保留区不宜建设安全区。当安全区新建穿堤排水涵闸时，涵闸设计流量应与原设计排水流量相适应[1]。安全区是分蓄洪区人民的最后一道屏障，而安全区涵闸则是这道屏障中最薄弱的一个环节。分洪后安全区外无法取土，安全区内无土可取，故分蓄洪区安全区涵闸关闭闸门后还需紧急封堵以确保安全，根据其运行环境和当时所处状态，安全区涵闸紧急封堵分为分洪前封堵和突发性洪水封堵，但国家对此一直无相关标准和规定，易导致分洪前的混乱。我国的分蓄洪区主要集中在长江、黄河、淮河和海河中下游两岸低洼平原和湖区，2010年水利部公布的《国家蓄滞洪区修订名录》国家级蓄滞洪区98个。水利水电工程设计尤其是防洪减灾中，关于方案的比较论证及溃口事故的研究较多[2-4]关于分蓄洪区的研究文献也不鲜见[5-7]，而关于分蓄洪区安全区涵闸尤其是分洪前封堵和突发性洪水封堵的研究一直是防洪减灾中的一个空白和盲区，如何确保分蓄洪后庇护于安全区的人民的安全，是一个非常重要的课题。安全区涵闸的封堵工作极具针对性和时效性，荆江分蓄洪区作为国家级重点蓄滞洪区，历史上有过2次分洪前封堵，1954年分洪前因20个安全区只有5座排水涵闸，且孔径小，封堵过程中未反应出明显问题；1998年预分洪时19个安全区的22座排水涵闸中，临洪面的16座需紧急封堵。因无相关规范、标准，各级、各部门封堵的时限、标准各不相同，实施时现场混乱，并直接影响到排水涵闸的安全和干堤的防汛抢险。随着人口的增长和乡镇企业的发达，重点蓄滞洪区、一般蓄滞洪区新建安全区及安全区排水涵闸将越来越多，为确保分蓄洪后庇护于安全区的人民的安全，拟以荆江分蓄洪区为例，针对分蓄洪后安全区排水涵闸的封堵加以论述。2．荆江分蓄洪区安全区涵闸分洪前封堵中存在的问题荆江分蓄洪区历史上进行过2次安全区涵闸分洪前的封堵。1954年分洪前，荆江分蓄洪区20个安全区共建有0.6×0.6m箱涵3座，直径0.8m的管涵2座，分洪前封堵的安全区涵闸数量少、孔径小，不具代表性。本文主要就1998年荆江分蓄洪区预分洪前19个安全区所属临分蓄洪区侧的16座安全区涵闸封堵中的问题加以探讨和分析。2.1分洪前安全区涵闸封堵的时限要求安全区涵闸的封堵必须在分洪前完成，但各级部门的要求混乱且与实际情况有很大的偏差。1998年转移时，政府要求全分蓄洪区需转移的人口在12h之内完成转移[8]，据此安全区涵闸的封堵应在分洪令下达后12h内完成，而荆江分蓄洪区的分洪预案规定的转移时间为24h[8]，1998年8月6日16时技术人员接到的命令是在3小时内完成封闸任务,当时荆江分洪区有33万人需在24小时内辙离转移到邻近四县去，人心失散，16座临分蓄洪区侧需及时封堵的安全区涵闸,无一处能按标准、按时间完成。2.2分洪前安全区涵闸封堵的标准要求荆江分蓄洪区设计蓄洪水位42.00m（吴淞高程，下同），安全区围堤堤项高程41.00～45.96m，地面高程36.00～43.00m，安全区涵闸底板高程33.00～37.59m。1998年安全区涵闸封堵的标准要求为：因无条件做挡水试验，为确保安全，在闸门关闭后，对四周止水橡皮辅以棉絮堵塞，再填土料及袋土封堵，填至高程42.50m，上部平台超出闸门两侧范围应不小于2m，上部平台宽5m，坡度1:2。即使在15天后，当时的16座临分蓄洪区侧需及时封堵的安全区涵闸,也无一处能按此标准完成。2.3封堵过程及封堵后出现的问题从1998年荆江分蓄洪区预分洪时吴达河安全区涵闸的封堵来看，分洪前安全区涵闸的封堵中及封堵后出现的一些问题至今仍然存在。吴达河安全区围堤堤项高程44.30m，地面高程37.00m，安全区涵闸底板高程34.25m，孔径1.7×1.0m，钢筋混凝土结构，钢平面闸门。吴达河安全区涵闸在1992年的公安县荆江分蓄洪区安全区围堤、涵闸普测普查中就存在螺杆欠长，闸门关不到位，底止水距底板2cm；角止水、两边侧止水橡皮漏水；闸首段顶板上的浆砌块石挡土墙断裂，裂缝4条，最大缝宽8毫米。闸身及上下游渠道、消力池淤积，底板和闸身顶部情况皆不明朗及无抢险预备土、欠分洪预备土等问题。分洪前安全区涵闸封堵工作实施时，对底止水距底板2cm的空隙和角止水、两边侧止水橡皮辅以棉絮堵塞，先填散土，再填压袋土。堤内外皆为水田，附近可取土源不足，主要土场距涵闸约1200m，人工开挖，填堵的土料由农用车运到堤顶后，再由人工装袋转运至闸室胸墙上的平台后抛掷于闸门前的底板上。夜间无照明设施。封堵工作从8月6日16时开始，至8月8日13时技术人员得到指令暂停安全区涵闸封堵工作，闸门前的外填封堵只进行到高程约36.00m，坡度约1:1.5。直到后来在部队的帮助下，才填至高程37.50m，坡度约1:1.8。封堵中闸首段顶板上的浆砌块石挡土墙裂缝逐渐扩大，最后扩展为20毫米。从1992年安全区涵闸的普查到2011年的调查，仍有73%的涵闸欠分洪预备土需临时寻找土源取土填箱封闸；65%的涵闸无上下设施及围栏需临时借木梯上下工作；4.3%的涵闸无止水橡皮，需临时领取、切割、安装或用棉絮紧急堵塞；分洪前遇上这些问题,极易耽误时间，十分被动。3．分洪前安全区涵闸封堵的分析3.1分洪前安全区涵闸封堵的时限根据中国水利水电科学研究院灾害与环境研究中心对荆江分蓄洪区所作的风险分析研究[9]表明，洪水从分洪闸到杨家厂安全区需2～3d，到八家铺安全区需4～5d，分洪前安全区涵闸封堵的时限要求如果按洪水的传播过程，并结合每座涵闸的地形地貌、结构形式来确定，更具可操作性。如果直接把所需的分洪预备土就近堆放，更能大大缩短封堵的时间。3.2分洪前安全区涵闸封堵的标准荆江分蓄洪区设计蓄洪水位42.00m，但填筑要求按超设计蓄洪水位0.5m，填筑标准高程定为42.50m只是一种理论上的想法。从历史情况看，各安全区历史最高蓄洪水位并不一样。如荆右的埠河安全区历史最高蓄洪水位42.56m，雷州安全区历史最高蓄洪水位42.44m，斗湖堤安全区历史最高蓄洪水位42.00m；虎左的义和安全区历史最高蓄洪水位42.49m，水月安全区历史最高蓄洪水位42.27m，故仅按设计蓄洪水位来确定封堵平台的高程标准是不够客观、全面和充分的，缺乏一定的针对性。3.3分洪前安全区涵闸封堵的安全核算分洪前安全区涵闸封堵时填筑的平台平均高度约7.5m，远大于按正常蓄水位组合计算的水重，从水闸设计规范[10]看，在正常蓄水位情况和设计洪水位情况下,分别按正常蓄水位组合和按设计洪水位组合计算水重,静水压力,扬压力及浪压力；在校核洪水位情况下，按校核洪水位组合计算水重,静水压力,扬压力及浪压力。可见基本荷载组合和特殊荷载组合均未考虑安全区涵闸封堵时闸前填土的荷载，如果设计中将闸前填土的荷载列入规范中其他出现机会较少的荷载考虑，则是安全的，否则应根据核算结果在保证闸室稳定的前提下，确定闸前填土封堵的标准或方式。而实际设计中，设计人员因不了解安全区涵闸分洪前排水和分洪时关闭并于闸门前填土封堵的双重需要，水闸设计规范对此也无明确规定，故往往将安全区涵闸当做一般排水闸来设计，很少会考虑到安全区涵闸分洪时还需要填土封堵这一情况。从吴达河安全区涵闸封堵中出现闸首段顶板上的浆砌块石挡土墙裂缝扩大的问题看，至2012年5月止，现有的17座临分蓄洪区面需及时封堵的安全区涵闸地质条件不同、结构形式不同、设计和施工的年代不同、封堵时各闸填土后所受的荷载也不同，故有必要就安全区涵闸的特殊性做填土后的安全核算。4．突发性洪水封堵与安全核算突发性洪水是指由于防洪工程失事而造成的洪水。突发性洪水的洪峰流量、洪水流程、沿程流量、水位具有相当的随机性。为尽量控制灾害范围，最大限度地减少灾害损失，对现有17座临分蓄洪区侧的安全区涵闸所属的15个安全区，应考虑各安全区所属干堤溃口后,洪水冲进、淹没安全区时，安全区涵闸腹背受水的可能性。为将险情与损失控制在局部范围，出现突发性洪水后的第一决策是人员的转移和安全区涵闸的关闭与封堵，以免分蓄洪区未分洪而遭灭顶之灾。从荆江分蓄洪区所属安全区涵闸的现状来看，设计人员并未考虑防洪工程失事后，安全区涵闸需紧急关闭与封堵这一现实问题，各安全区涵闸内侧均无闸门槽和抢险截流闸门及启闭设施，从水闸设计规范[10]看，对突发性洪水中安全区涵闸抢险时的紧急关闭与封堵也未考虑，同样存在填土后的安全稳定核算问题。5结语从历史情况和荆江分蓄洪区安全区涵闸的现状看，安全区涵闸分洪前封堵的时限不具备可操作性，分洪前封堵的统一标准缺乏针对性，安全区涵闸的设计中也未考虑分洪前填土封堵的特殊性，更未考虑安全区所属干堤溃口后对分蓄洪区影响事件的突发性。从最不利因素及防患于未然的角度出发，建议分蓄洪区安全区涵闸的紧急封堵方案设计宜作如下考虑：（1）蓄滞洪区设计规范或水闸设计规范应对安全区涵闸封堵时闸前填土的荷载做明确规定；临分蓄洪区侧的安全区涵闸内侧均无闸门槽，更无抢险截流闸门和启闭设施，在结构布置上应考虑突发性洪水发生后的应急措施。（2）对有条件筑月堤的安全区涵闸，可建不低于当地历史最高蓄洪水位或与涵闸堤项高程等高的月堤,既解决了分洪前封堵的时效与质量问题，还可消除或减小