拦冰索在冬季引黄输水中的应用

高学飞，孟国强

（河北省南运河河务管理处，河北 沧州 061001）

拦冰索在冬季引黄输水中的应用

高学飞，孟国强

（河北省南运河河务管理处，河北 沧州 061001）

河流结冰产生的冰凌对建筑物的膨胀压力及流冰对建筑物的撞击力，都因超过建筑物本身的强度而发生破坏。同时，冰凌也会给河道引水造成困难。常见的现象是河道因结冰而使流速减缓，流量降低，影响过水能力，甚至河道被冰塞堵塞，而断绝水流。该文从拦冰索选址、布设、作用、观测与分析几个方面入手，对在冬季引黄输水中的应用进行了分析。

引黄输水；冰期输水；拦冰索

南运河作为引黄的主要线路，每年都经历着冰期输水调度的问题，特别是潘庄引黄线路中山东段出现大面积冰塞冰坝现象，致使河北段南运河水位、流量急速下降，随时都有可能发生险情，本文对冰期安全、冰盖的稳定性、冰期输水的运行调度进行分析。

2010～2012年南运河输水渠道进行了流冰花、水内冰、冰厚等项目的观测，2013年冬季在南运河5处弯道和大浪淀引水渠上做了弯道成冰规律与拦冰索拦冰效果观测。在此次观测基础上对拦冰索的拦冰效果进行分析。

1 拦冰索选址

南运河属蜿蜒型河道，河势蛇曲，弯道众多，对观测与分析数据影响较大，为此将拦冰索设置在河道比较顺直、断面变化较小的南运河支渠大浪淀引水渠上，位置距离大浪淀水库抽水泵站上游约500m处。

2 拦冰索布设

当前采用的拦冰索主要由松木和钢丝绳组成。松木每根直径20cm，垂直断面处有三根圆木上下绑扎，平行断面处由圆木相互搭接绑扎而成，两岸埋设地锚，分别用两根钢丝绳固定。

3 拦冰索的作用

冰塞、冰坝是高纬度地区冬季河流最严重的冰害问题。冰塞、冰坝等冰害会大大降低河道的过流能力，引发河道水位急剧上涨，严重时导致冰凌漫堤，对水工建筑物和堤岸造成严重破坏。

拦冰索的作用是为了更好地实现冰期安全稳定输水，避免漂移冰体对结构物造成损害，避免发生冰塞、冰坝等极端冰害。首先在流冰发生初期，在河道断面处人为设置一道道屏障拦截流冰，以阻滞冰絮，使流冰面不断向上游蔓延，促进稳定冰盖早日形成；其次，在融冰期可以拦截冰凌，降低极端冰害发生的可能性。

4 拦冰索观测与分析

4.1 观测结果

观测始于2013年12月22日，据沧州市气象局预报22日晚间有一次强降温，最低温度达-10℃，根据当时下午16:00时的观测，此时河面已有流冰漂浮，流冰强度不高，流冰疏密度20%，流冰速度较快，最大0.6m/s，最小0.4m/s，流冰漂至拦冰索处无法有效地阻拦冰体的行进，仅是在与漂移冰体初始接触时刻降低了其行进速度，随后大部分流冰从拦冰索中间流速最快的地方穿过拦冰索，少部分流冰从拦冰索两侧流过。

2013年12月23日凌晨1:00左右，情况依然未发生变化。到凌晨2:00以后河面发现有大面积流冰流过，流冰疏密度逐渐增大达到40%以上，最大的单片流冰占到河道断面50%以上，且流冰强度较高，厚度0.8cm，由于当时最大流速达0.65m/s，拦冰索拦冰效果依然不明显；凌晨4:00左右，在流速最慢的右岸0.45m/s，首先有流冰被拦截，形成一个2m×6m的冰面，中间流速由于达到0.65m/s，一些流冰在中间拦冰索下穿过，到凌晨5:00，两岸流速分别为0.375m/s和0.475m/s，均有流冰被拦截形成冰面，中间流速0.65m/s，有20m的敞露河口；至凌晨7:00，左、中、右岸流速分别为0.43，0.6，0.33m/s，中间开始有流冰被拦截，上午8:00拦冰索前已形成25m的封冻面，封冻面右岸因流速慢，流冰首先在右岸形成长条状封冻面，后逐渐向中心推进，上游来冰在河中心位置有部分在封冻面下穿越，到上午10:00封冻面推进至距拦冰索100m处，停止推进，后由于发现渠道流速增大，中间最大流速达到0.72m/s，此时冰盖中间处形成一个三角形缺口，后续大量流冰在缺口处堆积，瞬间潜入冰盖下，在冰盖下堆积，并在冰盖前端与拦冰索下游流冰处发现拦冰索下游流冰量明显减少。中午12：00，气温开始回升，岸冰开始有融化，河道平均流速超过0.6m/s，13:00由于岸冰边缘融化冰盖与岸边摩擦力减小和冰盖下堆积物加大了冰层的推进力及高流速等多方面的影响，拦冰索超过其极限拦冰能力，封冻面冲断拦冰索飘向下游。

2013年12月23日15:30，在相同位置设置了拦冰索，并对钢丝绳及地锚进行了加固，通过观察，情况同第1次观测未发生太大变化；24日10:00封冻面推进至95m后，停止推进，11:00后流速加大，超过0.6m/s，13:00拦冰索在此被冲断。

4.2 分析

（1）当河道流量超过0.6m/s时，拦冰索拦冰效果不明显，流冰不易被阻拦。

（2）当流速在0.6m/s时，拦冰索的有效拦冰距离100m，且由于降温初期日夜温差大，随着白天气温回升，拦冰索拉力达到最大极限，容易被流冰冲断。

（3）如果在高流速下强行拦冰，情况很危险，高流速下，大部分后续来冰，会在封冻面前沿下潜至冰盖下，并在冰盖下表面积聚，这种情况下，封冻面前冰凌堆积体将会自底部开始增厚，导致冰盖下过水断面阻塞，因此拦冰索在冰凌堆积体达到一定程度时失效，是有利于工程安全的。因为拦冰索拦冰的实质是人工制造了冰塞条件，当冰凌堆积体较多时，如若仍然强行阻止冰凌的运动，最终将导致严重冰塞危害发生。

5 结语

（1）在河道内以一定的间距分布式布置拦冰索，在渠道运行调度面的配合下，结冰期可以促进稳定冰盖的早日形成；融冰期，可以减小冰塞危害发生的可能性。

（2）渠道内断面平均流速应控制在0.6m/s以下，使上游产生的薄冰片漂浮于水面，到达冰盖前缘或拦冰索处，不潜入水中，而停滞在冰盖前缘呈叠瓦状堆积，冰面堆积到一定厚度后，逐渐向上游发展，并形成冰盖，以避免冰盖前缘冰花下潜并向下游输移，以利于初冬薄冰盖快速地形成稳定层。

（3）通过合理的调度，在初冬季节某一个时段暂时停止供水，促使渠道水域一次形成封闭的冰盖，然后在封闭的冰盖下恢复输水。

（4）针对不同原因和不同建筑物的冰害，采取不同的措施和方法防止其发生，包括非工程措施和工程措施。非工程措施主要包括：加强水情和冰情的监测预报、做好调度和运行工作等。工程措施主要包括：破冰，设置拦冰索，加固建筑物基础及采用新型的建筑物的结构形式等。

［1］张俊龙.拦冰设施的结构和分类研究［J］.工程与建设，2013（3）：311-312.

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［3］李学华.人工干渠内流冰与拦冰索相互作用研究［D］.天津：天津大学，2012.

［4］杨丽萍.输水渠道拦冰索模型试验及拦冰厚度预测研究［D］.天津:天津大学，2010.

［5］穆祥鹏，陈文学，崔巍，等.南水北调中线工程冰期输水特性研究［J］.水利学报，2011（11）:1295-1301.

Application of ice-block cable in the water diversion from Yellow River in w inter

GAO Xue-fei，MENG Guo-qiang
（ManagementOffice of Nanyun River in Hebei Province,Cangzhou 061001,China）

The river ice flood has the swelling pressure and impact force on the buildings，itwill destroyed the structure when the pressure and impact force more than the strength of the building itself.Due to the river freezing，the current speed fell and flow rate decreased，influence the discharge capacity，even the river ice jams and cut off the flow.This pa-per analyzes the application of ice-block cable in thewater diversion from Yellow River in winter respectively from the as-pects of location，layout，function，observation and analysis.

water diversion from Yellow River；water diversion during ice period；ice-block cable

TV672

B

1672-9900（2015）01-0022-02

2014-10-23

高学飞（1978-），男（汉族），河北沧州人，工程师，主要从事工程管理、引黄输水管理、工程设计、工程审批等工作，（Tel）13785706969。