新疆引水式小水電站冬季運(yùn)行防治冰害技術(shù)措施研究

□蔣增花（新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局）

0 引言

新疆某水電站由上游南岸干渠的灌溉渠道取水，取水口位于南岸干渠引水隧洞進(jìn)口。水電站開發(fā)任務(wù)是在滿足南岸干渠灌區(qū)灌溉用水的前提下，利用南岸干渠與河道干流的落差進(jìn)行發(fā)電。按極端不利條件進(jìn)行理論計算，南干渠渠首到電站分水閘段日最大產(chǎn)冰量47萬m3，最大流凌密度0.56，電站6.20 km引水渠日最大產(chǎn)冰量為4.42萬m3，與南干渠所產(chǎn)冰花量合并后，水面流凌密度為0.53，冬季運(yùn)行時不會由于冰花插堵形成冰塞。按設(shè)計渠道斷面，若渠道形成冰塞，按冰下輸水穩(wěn)定流速0.76m/s計算，過水面積為132m2，水深7.20m，大于渠道考慮超高后的水深5.74m。因此，渠道不能在冰下輸水，電站前池入口附近的渠道上設(shè)有排冰閘，同時電站進(jìn)水口設(shè)有回轉(zhuǎn)式清污機(jī)，應(yīng)將進(jìn)入電站前池的冰花及時排出。

1 新疆引水式小水電站冰害問題分析

對于文章所研究的新疆地區(qū)引水式小水電而言，其主要的冰害問題表現(xiàn)在以下幾個方面：

第一，引水渠前端冰害問題。對于水電站引水渠前端而言，其作用主要是確保引入水電站發(fā)電所需的水源，因此也是水電站正常運(yùn)行的關(guān)鍵點(diǎn)。水電站在冬季運(yùn)行過程中，水渠前端的河道通過被封凍住，而且進(jìn)水口位置被冰塞住，經(jīng)常會看到大量的冰凌堆聚于此，嚴(yán)重影響了冬季正常引水，不僅提高了發(fā)電成本，而且水資源及水電站發(fā)電設(shè)備的有效利用率明顯降低。

第二，引水渠道冰害問題。對于引水渠道而言，其作為小水電站輸水以及集中落差的主要動力渠道，在寒冷的冬季也會出現(xiàn)冰塞或者冰水漫堤等現(xiàn)象，以致于渠道難以安全引水，甚至部分水電站因此而停機(jī)排冰，嚴(yán)重影響發(fā)電效益。

第三，壓力前池冰害問題。水電站壓力前池在小水電站中的作用是穩(wěn)定水壓、沉淀泥沙以及平衡水量和攔截污物。冬季水電站運(yùn)行過程中，前池中的水會出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，而且進(jìn)水口位置會被冰塞住、封凍，以致于閘門難以啟閉，導(dǎo)致壓力管道難以正常引水。

第四，壓力管、尾水渠冰害。對于壓力管而言，其集中了引水式小水電站發(fā)電過程中所需的水頭,而且承受著非常大的水壓，為整個機(jī)組輸送所需的用水，是現(xiàn)代電站的重要組成部分。對于尾水渠而言，其主要是確保發(fā)電尾水引向下游，在寒冷的冬季，壓力管內(nèi)會出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，而且過水?dāng)嗝婷娣e會隨之不斷地減小，或者出現(xiàn)冰堵現(xiàn)象。

2 新疆引水式小水電站冬季運(yùn)行要求

本電站冬季，尤其寒冷季節(jié)渠道引水不允許斷流，寒冷季節(jié)如果一旦斷流，渠道很快就會凍結(jié)，如果渠道結(jié)冰，電站就無法再正常運(yùn)行和發(fā)電，電站的效益影響和損失會極大。因此，冬季引水流量需穩(wěn)定，可適當(dāng)加大，但不宜減小，冬季渠道最小引水流量≥30m3/s。如遇特殊情況，必須放空渠道的存水，避免渠道結(jié)冰；或者采用不斷流措施，上游連續(xù)放水，多余水量通過排冰閘及溢流堰經(jīng)泄水槽排至尾水渠，保證渠道水流始終流動，且渠道內(nèi)水深必須>1.30m，保證渠道輸冰輸水流速。

當(dāng)本地日平均氣溫降低到零度時，電站進(jìn)入冬季輸冰運(yùn)行期，直到日平均氣溫穩(wěn)定轉(zhuǎn)正為止。在輸冰運(yùn)行期，渠道應(yīng)設(shè)專人進(jìn)行巡視，以監(jiān)測渠道的岸冰產(chǎn)生情況以及渠道是否發(fā)生冰凌阻塞。遇有冰期，及時采取措施，尤其對南岸干渠30 km以后的6個橋橋墩及電站分水閘、l～3#引水橋橋墩要加強(qiáng)巡視，遇橋墩或閘墩有阻冰要及時處理。泄水槽是本電站冬季運(yùn)行起重要作用的建筑物，因此，泄水槽需重點(diǎn)加強(qiáng)巡視，遇冬季排冰運(yùn)行時濺起水花凍結(jié)堵塞泄水道，需采取適當(dāng)措施將泄水槽疏通，保證冬季泄水槽正常排冰及泄水。

輸送到電站前池的冰花及冰塊要及時通過排冰閘排出，避免在排冰閘處及其上游堆積。當(dāng)在排冰閘進(jìn)口彎道處有殘余冰花(冰塊)進(jìn)入電站前池前沿時，視冰的集聚情況,適時啟用回轉(zhuǎn)攔污柵輔助排冰，用水流沖走。渠道沿線的岸冰要及時處理，渠道的岸冰寬度<40 cm，當(dāng)岸冰寬度接近40 cm時要及時打掉。當(dāng)渠道發(fā)生冰凌阻塞時，應(yīng)及時組織人力進(jìn)行清除，可采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄋ蓜颖?，使其冰凌隨水流輸向下游,必要時降低前池水位，增加流速，使阻塞的冰凌盡快排出。引水渠道長度較大，應(yīng)組織若干個打冰小組，每組3人，配備安全帶、鋼纖、防寒保暖物品及巡視用的交通工具。最低氣溫降到-5℃左右時，排冰閘翻板門加熱器開始加熱，輔以人工排冰，嚴(yán)防閘門凍結(jié)。

3 新疆引水式小水電站冬季防冰害具體技術(shù)措施和方法

3.1 引水渠前端冰害防治措施

對于新疆地區(qū)的小水電站而言，一般河道來水總是隨著季節(jié)的變化而變化，不同時段的水量分配不均勻。尤其在寒冷的冬季，河道環(huán)境條件、引水渠前端設(shè)置不同，可能會導(dǎo)致冰害。針對引水渠前端進(jìn)水閘容易出現(xiàn)冰堵，或者由于大量冰凌涌入渠道之中導(dǎo)致渠道出現(xiàn)嚴(yán)重堵塞的問題，實(shí)踐表明，引水渠前端應(yīng)設(shè)在河床相對比較穩(wěn)定、地勢比較平直的地段；同時還可以采用正面排冰、側(cè)面引水方法應(yīng)對冰害，并且用導(dǎo)冰筏進(jìn)行及時的導(dǎo)冰和疏通河道。

3.2 引水渠道冰害防治措施

在渠道冬季運(yùn)行期間，每天對引水渠道、交通橋和排洪涵進(jìn)行巡視檢查，檢查引水渠填方段外坡腳、排水盲溝、排水管的滲水情況及排洪涵滲水、冰凍情況。對渠道沿線的岸冰要及時處理，岸冰寬度<80 cm，當(dāng)岸冰寬度接近80 cm時要及時處理。當(dāng)最低氣溫降到-25℃以下時，應(yīng)加強(qiáng)巡視頻率。當(dāng)渠道發(fā)生冰凌阻塞時，及時組織人力和機(jī)械進(jìn)行清除。引水渠沿線共布設(shè)3座交通橋，氣溫較低時水位變化區(qū)橋墩極易結(jié)冰，縮窄輸冰斷面影響正常排冰，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)冰情況及時予以清除。

3.3 相關(guān)病害防治措施

當(dāng)氣溫降至負(fù)溫時，開啟保溫房熱風(fēng)幕機(jī)供暖、開啟前池泛水泵防止柵前形成冰蓋、開啟導(dǎo)軌內(nèi)電加熱防冰裝置。冬季運(yùn)行期間攔污柵前設(shè)專人值守，根據(jù)前池來冰情況及時啟動攔污柵撈冰，并輔以人工清理，同時開啟沖污泵排冰。當(dāng)回轉(zhuǎn)式攔污柵出現(xiàn)冰簾現(xiàn)象時，開啟蒸汽噴嘴及時除冰。攔污柵撈出冰塊及污物后，應(yīng)使其及時排入泄水槽，防止冰塊及污物在溜冰槽內(nèi)聚集。每天對溜冰槽陡坡段進(jìn)行檢查，當(dāng)排冰槽內(nèi)遇冰凌淤積堵塞時，及時安排人員和挖掘機(jī)進(jìn)行疏通。當(dāng)氣溫降至負(fù)溫時，電站進(jìn)口閘房開始供暖，確保攔污柵保溫房及電站進(jìn)口閘房室溫為正溫；啟動壓力鋼管通氣孔加熱電纜，防止通氣孔水位變化區(qū)結(jié)冰；啟動閘井內(nèi)的蒸汽管道進(jìn)行融冰，防止閘門和門槽凍結(jié)。每天清理閘門井內(nèi)漂浮污物，確保排冰水泵正常運(yùn)行；排沙閘門冬季運(yùn)行期間應(yīng)始終保持開啟狀態(tài)，保證溜冰槽排冰順暢。每天對排沙閘進(jìn)行一次沖污，同時防止閘門凍結(jié)。當(dāng)最低氣溫降到-5℃以下時，開啟排冰閘側(cè)護(hù)板加熱裝置，確保排冰閘正常啟閉；啟動供暖設(shè)備，確保啟閉機(jī)液壓油設(shè)備和動力柜正常運(yùn)行。在攔冰過程中，攔冰索處易結(jié)冰造成輸冰通道變窄，應(yīng)及時調(diào)配挖掘機(jī)，拉動輔助纜索拉開、清除攔冰索冰塊。防止形成冰蓋縮窄排冰通道，影響輸冰運(yùn)行。

3.4 壓力管與尾水渠冰害防治措施

對于露天壓力管而言，由于受到極寒的天氣條件影響，機(jī)組無法正常的運(yùn)行，容易出現(xiàn)事故性停機(jī)。在此過程中，因水輪機(jī)導(dǎo)葉停止運(yùn)動，壓力管中會充滿水，長期不動，容易結(jié)冰。同時，水電站前池閘門處于關(guān)閉狀態(tài)時，會有少量的漏水沿著管道流下,水流層層凍結(jié)，最后將整個管道凍死。針對這一問題，筆者建議入冬之前就要做好維修管護(hù)工作，以免冬季運(yùn)行時出現(xiàn)停機(jī)現(xiàn)象。值得注意的是：若非主機(jī)出現(xiàn)故障問題，則寧可讓水輪機(jī)組空轉(zhuǎn)，也不能輕易的停機(jī)。此外，還可以沿著壓力管搭暖棚，以起到保暖防凍之目的;提高管道外溫度，這樣可以有效減小冰害影響。

對于尾水渠而言，之所以會產(chǎn)生冰害，主要是因?yàn)闅鉁亟档偷蜁r，因急流熱能難以有效彌補(bǔ)水流散熱量，而且尾水渠的泄水道邊墩位置出現(xiàn)了結(jié)冰現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了正常的過水。針對這一問題，筆者建議在入冬之后應(yīng)當(dāng)及時采取有效的措施減輕負(fù)荷，用大流量結(jié)成高、厚的冰蓋；在設(shè)計建設(shè)過程中，泄水道以窄深式為宜，這樣可以形成大冰蓋，對防冰害非常有利。

4 結(jié)語

新疆地區(qū)冬季嚴(yán)寒，水電站冰害現(xiàn)象非常普遍，尤其是引水式小水電站受到的影響更大。因此，應(yīng)當(dāng)盡可能合理、充分開發(fā)利用干流水能資源發(fā)電，在非灌溉期，利用閑置灌溉引水發(fā)電，立足實(shí)際，不斷創(chuàng)新和改進(jìn)防冰害技術(shù)措施，只有這樣才能有效發(fā)揮水電站在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要作用。

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[2]阿達(dá)來提,侯杰,喻尚生.新疆輸水工程冰害防治研究與展望[J].水利與建筑工程學(xué)報，2010（06）.

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