长距离输水渠道防冰和防冻冰技术措施探讨

摘 要：在对长距离输水渠道冰期运行过程中现存的问题进行归纳总结后，根据相关研究成果结合多年实践工程经验，对长距离输水渠道的防冰和防冻冰技术措施进行了分析探讨，以供类似工程参考。

关键词：输水渠道；渠首；冰期；冰凌

洛惠渠灌区位于陕西关中平原东部的渭洛河阶地，属温带大陆性半干旱气候区，冬季受内蒙冷高压气候控制，气温较低，最低可以达到零下10℃左右，且持续时间较长。长距离输水渠道在冬季会出现结冰现象，形成水内冰、浮冰和冰盖，普遍存在冰堵和冰塞等灾害，水工建筑物冰害十分严重，如果运行控制措施选择不当或落实不到位，会导致渠道出现水位骤升、水流漫溢等问题，严重时还可能出现渠道决口、输水中断和水工建筑物破坏等事故，将会影响到工程运行的安全可靠性和工程效益的正常发挥，严重时还会影响沿线村庄农户的正常生产生活。

1 长距离渠道冬季冰期输水现存问题

1.1 工程部分渠道存在薄弱环节

洛惠渠灌区渠道输水距离较长，沿线水文地质较为复杂，尤其是部分渠段还存在衬砌滑塌、渗漏点、裂缝、沉降变形等，将会严重影响到灌区正常灌溉时的输水安全。

1.2 安全监测监控配套设施不完善

目前，洛惠渠灌区对于重点渠段和薄弱渠道的渗漏、水位、变形等指标数据主要还是依靠人工进行统计，智能自动化安全监测监控设施配套不完善，在特征数据采集实时性、准确性、可靠性等方面很难满足现代信息化管理、智能调控监测管理等需求，工程存在较大的安全隐患，一旦渠道失事不仅会影响到渠道的正常灌溉，同时对渠道沿线的农作物和居民安全也会带来威胁。

1.3 缺乏有效的防冰和排冰设施

由于洛惠渠灌区主要以农业灌溉为主，基本无冰期输水任务。但因综合考虑到灌区运营调控的社会效益和经济效益，冰期输水已成为灌区水资源合理利用的必要手段。但由于灌区各级渠道中，主要建筑物前未设置冰期拦防冰设施，冰害问题较为严重。另外，渠道各级闸门在冬季冰期运行过程中，由于运行环境较恶劣，操控条件较差，闸门槽中容易出现积冰、冰冻等问题，加上人工除冰困难，启闭难度较大，给工程安全稳定运行埋下较大安全隐患。

1.4 冰情监测手段较单一

冰情监测是长距离输水渠道防冰和防冰冻重要的技术手段之一，但由于受渠道自身特点、建设资金等因素的影响，目前工程仅在渠道弯道段、主要构建物等特殊部位设置监测断面，通过目测手段观察冰情，其监测手段较单一、监测主要凭经验进行，缺乏必要的监测自动化系统，不能及时、全面、准确地掌握渠道各重点部位冰期运行过程中的实时冰情、水温、气象资料以及冰情发展演变情况，对于冰情可能发生的时间、地点缺乏必要的智能预测预报分析系统。另外，由于渠道冬季冰期运行时，渠道中出现输冰流速过低、排冰流量不足等问题，加上气温持续下降，容易导致渠道内流冰不断聚积密度逐渐增大，局部渠段会出现严重排冰不畅或冰塞等问题，水位不断壅高最终导致渠道不得不被迫停止输水。

2 长距离输水渠道防冰及防冻冰技术措施

2.1 冰害发生的主要部位及防冰防冻冰措施

长距离输水渠道，其冰情、冰害主要发生在引水渠道干线、渠首进水闸、退水节制闸、抽水站的引水前池等部位，即工程中通常所说的“一线多点”冰害控制点[1]。对于渠道干线上的冰害建议采取输冰运行或结冰盖运行；对于渠首进水闸、退水节制闸及抽水站前池等部位，建议采取水力或机械等排冰措施进行冰害处理。在以后的工程更新和改造过程中，应根据实际情况，在渠首和沿线合适部位通过修建塘坝、排冰道等构建物将冰凌存蓄或排出渠道外，降低渠道内冰量避免出现冰堵、冰塞等问题。另外，还应结合保温措施、置换措施、隔水排水措施和防渗防冻胀复合结构措施等工程措施，确保长距离输水渠道取得较好的防冰和防冻冰效果。

2.2 渠道防冰及防冻冰运行技术措施

2.2.1 做好冰期冰情的动态巡视监测

对于长距离输水渠道，在冰期应作好冰情动态巡视监测，应重点加强渠首闸门、弯道渠段、退水节制闸、过水构建物（如：桥、渡槽）、薄弱渠段等部位的冰情巡检排查力度，要充分结合历史运行记录和经验，结合气温变化、流量变化等动态调整冰情重点监视部位和运行方案，若发现水情、冰情等异常问题时，应及时采取机械排冰、人工除冰、运行输冰等运行手段，有效处理渠道水面上出现的结冰、岸冰、冰凌淤堵等问题，确保渠道安全可靠、高效节能的输水。

2.2.2 优化冰期运行调度方案

冰凌尤如泥沙，不仅会降低输水流速，同时还可能引起冰堵、冰塞，导致渠道输水和排冰出现困难，严重时还可能引起渠道决口、输水中断和水工建筑物破坏等事故发生。因此，为了确保渠道安全有效输冰运行，必须优化运行方案完善渠首、渠道的防冰排冰措施，确保渠道中的输冰量与渠道中水流量保持一个合适的平衡比例关系[2]。从大量运行经验可知，在输冰过程中，流速不宜过小，流速过小输冰能力不足宜出现冰堵问题，建议输冰流速控制在1.0～1.5m/s之间，同时宜控制渠水中的冰凌含量在20%以下，其输冰效果较好。对于冬季气温下降至-5℃时，即提前停水，低温过后，气温回升时，重新开闸放水，避免渠道结冰拥水，同时也提高了灌溉效率。

2.2.3 合理配置自动化监测系统

合理增配自动化系统，实现对重点渠段的渗漏、渗压、水位、变形等指标数据的实时动态采集、监视和分析，为渠道安全可靠、节能经济调度运行提供重要的数据资料。并结合灌区多年破冰输水的经验，根据天气预报，编制合理的冰期输水调配应急预案，并配备完善的抢修组织队伍、机械设备，做到对冰害的有效控制和应急处理，将冰害损失降至最低。

2.3 渠道防冰及防冻冰工程措施

2.3.1 渠系优化布设

根据工程特性和渠道沿线的地形地貌、地质水文特性，在渠道沿线优选低洼地带、山沟等有利地形合理布设修建塘坝、蓄冰库等结构，一方面夏季汛期可作为水量调节设施，提高水资源利用效用；另一方面冬季则可以作为调蓄冰凌的主要结构，合理调整渠道中水和冰凌含量，避免下游渠道出现冰堵、冰塞等问题。

2.3.2 合理选用防冰冻工程措施

对于长距离输水渠道的冰冻和冻胀破坏，应针对产生冰冻和冻胀的因素，结合渠道工程具体气象、地形地貌、地质水文等条件，从渠基处理、衬砌材料、防渗防冻结构形式、施工质量和运行管理等方面进行综合考虑。应合理采用保温措施、置换措施、隔水排水措施、结构措施等工程措施，建立渠道防渗防冻胀的复合结构工程措施，提高渠道自身的防冻胀性能[3]。

3 结束语

长距离输水渠道在冰期输水运行过程中，应综合调度运行措施、管理措施和工程措施等防冰和防冰冻措施，形成科学合理的水量调度方案、冰情监测监视、运行管理、防冻胀等为一体的防冰和防冰冻体系，确保渠道安全可靠、节能经济的高效输水。

参考文献

[1]蔡保平.浅析渠道冰冻破坏的原因及修复措施[J].甘肃农业，2011（11）：77+79.

[2]范北林，张细兵，蔺秋生.南水北调中线工程冰期输水冰情及措施研究[J].南水北调与水利科技，2008（6）：66-69.

[3]何武全，张绍强，吉晔，等.季节性冻土地区渠道防渗防冻胀技术与应用模式[J].节水灌溉，2012（11）：67-70.

作者简介：侯晓斌（1971-），男，陕西大荔，专科，工程师，主要从事灌溉管理和工程管理工作。