长距离渠道冬季输水冰情分析及预防措施探讨

杨宏欣

（新疆伊犁河流域开发建设管理局 新疆 乌鲁木齐 830000）

新疆南岸干渠工程巩留段渠道全长约59km，设有渠首枢纽闸、节制闸、交通桥、洪水渡槽等主要过水渠系建筑物32座，渠道水深5.7m～5.9m，设计输水流量76m3/s，加大流量87m3/s。该工程自渠首枢纽闸引水，通过4#节制闸分水闸向下游电站输水发电。在冬季运行期间，由于受寒冷气温的影响，渠道内会产生流冰、冰塞或冰坝等不同程度的冰凌冰害，造成渠道输冰流速减小、过水能力降低，严重时可能漫堤、断流等，从而影响渠道输水发电的正常运行。因此，冬季输水期间需加强观测气温、水温，分析研究冰情发展变化、冰害对安全输水的影响，摸索避免冰害的预防措施，为今后的冬季输水管理提供参考。

1 气温统计与分析

该工程自每年11月～来年3月进入冬季输水运行，期间密切关注天气变化和寒潮动态。根据2013年冬季运行观察资料，期间日最高气温20℃，最低气温-28℃，日气温变化过程详见图1。

图1 南岸干渠工程2013年度冬季运行期间各月最高、最低气温变化曲线

2 开展冰凌监测

结合工程特点和冰凌监测规范要求，在桩号 21+310、49+000、57+500等渠道弯道段处和10#、13#交通桥下游处设置冰凌监测断面，观测气温、冰的疏密度、冰流量、冰凌产生的起始点、过水建筑物结冰情况及冰塞、冰坝等，选取桩号 21+310～22+310、36+335～37+635、48+100 ～49+000、56+995 ～57+500等连续弯段、41+930～42+430直线等典型渠段人工测量输冰表面流速，逐步分析冰情、气象资料和冰情的发展变化规律，使其用于指导冬季运行。

3 冰情分析及其危害

冬季，随着气温的急剧下降，渠道内水体逐渐冷却，水流开始结冰。根据冬季运行观察资料，该工程渠道内受寒潮天气影响将会出现岸冰、冰花、流冰、冰盖、冰塞、冰坝等各类冰情。本工程采用冰水混合流动输水方式运行，渠内产冰由电站引水渠末端排冰闸排出。

3.1 冰凌

由于气温、水温的不同，渠道冰凌产生的起始点也不同。温度越低，冰凌起始点越靠近渠道上游。当渠道水温稍低于0℃时，渠道内开始产生冰凇或冰花。当气温连续两三天低于-18℃时，桩号44+000～58+400渠段最早产生冰花；当气温持续保持-18℃～-10℃时，28+500～36+335渠段开始出现冰花；当气温持续下降至-25℃～-28℃时，桩号19+235渠段出现冰花。

冰花或冰淞在向下游流动的过程中形成流冰。随着气温的不断下降，渠道水温越往下游越低，渠道产冰量逐渐增多，流冰趋势由东向西。当气温不低于－15℃时，渠道不会产生冰塞，最大流冰量出现在强寒潮期间。渠道冰情始于渠道末端，随着冰情加剧、严重，最后逐步向上游蔓延发展。

3.2 岸冰

岸冰主要是沿渠岸冻结的冰带。渠道弯道段由于受离心力的作用产生缓流面，较渠道直线段易靠岸挂冰，以致雍冰阻水。根据冬季运行观察资料，岸冰产生的位置、厚度、宽度与气温的关系具体见表1。

3.3 建筑物结冰

渠道沿线过水建筑物形式复杂多样，尤其是渠道桩号20+000下游共有交通桥12座、节制闸3座、洪水渡槽2座等多种水工建筑物，其凸出部位如桥墩、闸墩等均可不同程度的产生阻流、减速、挡水、雍冰，是流冰阻塞的重点工程监测位置。

当渠道水温低于0℃时，自渠道桩号20+000下游的过水建筑物水面处开始结冰，越向下游结冰厚度越大。当最低气温在-20℃～-10℃时，结冰厚度最大可达50 cm，建筑物对流冰畅流带来一定的障碍，严重时影响了输冰和过流能力。渠首枢纽闸、1#～3#节制闸由于受低气温影响，闸门槽距水面1m范围内积冰严重，导致闸门不能正常启闭，存在安全隐患。

表1 岸冰产生的位置、厚度、宽度与气温的关系

3.4 冰情冰害对安全输水的影响

当渠道流冰量大于过冰能力时，渠道局部出现冰塞、冰坝或冰盖，若未及时排除，则造成严重的冰坝阻水，上游水位壅高，过流能力减少，水面流速迅速下降，冰凌无法正常下输，并迅速向上蔓延，致使冰凌越聚越多，最终可能导致渠道堵塞、渠道被迫停水。

4 冰害防治措施

4.1 具有足够的输冰流速和排冰流量

为防止渠道流冰量大于过冰能力导致渠道局部出现冰塞、冰坝，渠道在冰水混合流动输水方式下尽量大流量输水，引水流量要考虑保持一定的输冰流速和排冰流量。正常情况下，渠道水面流速不小于1.2m/s，当日最低气温高于-20℃时，渠道产冰基本自然输冰排出；当气温持续降低、渠道内出现冰塞冰坝等雍高水位现象时，需进一步加大输冰流量，使水面流速满足渠内输冰需求。当日最低气温低至约-30℃时，渠道最大产冰量可达8m3/s～10m3/s，相应的排冰流量为35m3/s～40m3/s，上游冰凌需及时完全排除。此时渠道应进行低水头运行，排冰流量满足电站排冰闸前无大量冰凌淤积，必要时排冰为主，发电为辅。

4.2 制定可行的排冰方案

为防止渠道冰情冰害造成重大影响或损失，在冬季运行前需结合工程实际制定可行的排冰方案。当渠道冰塞、冰坝或冰盖较为严重时，可采取开关节制闸壅高、骤降渠道水位，加大排冰流量和流速的方式，实现渠道疏通，排除冰凌。

当渠道工程冬季运行被迫停止后恢复输水前，渠底结有大量冻冰，可采取各节制闸间分段融冰排冰。先实行小流量，低速水流使得渠底冰层缓慢漂浮至水面，适时加大流量，使得冰凌聚积在节制闸前，壅高水位并保持一定的时间间隔，达到融冰效果后，向下游继续小流量通水并保持一定的流速，上游冰凌保留在节制闸前，结合融冰情况和两节制闸区间距离确定上游冰凌排冰时间，依此类推。

4.3 做好冰情巡视监测

在冬季运行期间，需做好渠道冰情巡视监测工作。加强水闸工程、过水建筑物及渠道弯道段冰情巡检排查工作，重点巡视渠首枢纽闸、1#～4#节制闸闸门槽积冰，8#～18#交通桥和3#、4#排洪渡槽墩台结冰和流冰淤堵，渠道弯道段如桩号 48+100～49+000、56+995～57+500岸冰发展情况等，结合气温变化动态调整冰情重点监视部位、频率和要求，及时发现工程工况、水情、冰情等异常现象，发生险情时应及时启动应急抢险预案，将冰害损失降至最低，确保工程安全和输水安全。

4.4 机械与人工排冰

当8#～18#交通桥（尤其是桥底面板与水面的净空间距较小的9#、14#交通桥）桥墩或3#、4#排洪渡槽墩台、节制闸闸后三角区、渠道的连续弯道段（包括桩号 32+000～37+500、47+000～49+000、49+500～55+000段）及拦冰索等易结冰且易堵塞部位缩窄输冰断面影响正常排冰，运行管理人员应结合天气变化和产冰情况采用人工铲冰、喷灯除冰方式并配合长臂挖掘机及时输冰和排冰，防止因冰塞、冰坝减小输冰流速、降低干渠输冰能力，确保渠道输水畅通。

4.5 防止闸门封冻

为防止闸门槽积冰、时刻保证闸门正常启闭，采取以下措施：一是人为改善渠首枢纽闸闸门运行环境，使闸门处于闸室封闭状态，与室外形成两种不同的温度环境。二是在渠首枢纽闸、1#～4#节制闸闸门槽内增设防冻措施，尝试在各节制闸闸门槽内埋设电加热管、加热电缆等加热系统，并在冬季运行前完成调试。三是根据气温下降变化调整人工启闭闸门频次。

5 结语

该工程历经了两个冬季输水发电期，虽然对气象、冰情进行了观测和研究，浅显分析了冰情及其发展规律和冰情冰害对安全输水的影响，运行管理中也采取了多种防冰害措施，取得了一定的成效。但冬季运行渠道冰情随气温、水温、输水调度方案等因素影响而变化，复杂多变，还需进一步开展冰情专项观测、水温观测等内容，进一步分析冰情变化规律和进行冰害预测，使其指导冬季运行。陕西水利

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