干渠冬季運行冰情分析與防治措施

【摘要】渠道作為引水發(fā)電的基礎(chǔ)設(shè)施，確保其冬季的有效運行，是保障渠道工程任務(wù)順利達成的必要保障。本文以紅星總干渠為研究對象，在分析渠道冬季冰情狀況的基礎(chǔ)上，提出針對性冰災(zāi)防治措施，為其他渠道的冬季運行提借鑒與參考。

【關(guān)鍵詞】渠道；冬季運行；冰情；冰害防治

引言

紅星總干渠為庫車縣紅星灌區(qū)的主要輸水通道，渠道全長32.56km。其明渠為梯形斷面，底寬4m，渠深5.7～5.9m，縱坡為1/8000，邊坡系數(shù)為1：2，隧洞為馬蹄形，直徑為6m。由于渠道地處冬季寒冷地區(qū)，渠道冬季運行時會出現(xiàn)流冰、岸冰等不同程度的冰凌災(zāi)害，降低渠道輸冰過水能力，嚴重的甚至導(dǎo)致斷流、漫堤等情況，對于渠道的正常運行造成嚴重影響。有鑒于此，渠道冬季運行時加強冰情監(jiān)測，分析冰情變化，并探尋針對性的冰害防治措施，是保證渠道有效運行的重要舉措。

1、冰凌監(jiān)測分析

1.1 監(jiān)測布設(shè)

參照渠道冬季運行特點并結(jié)合冰凌災(zāi)害監(jiān)測規(guī)范，在樁號28+500、44+000、56+400等轉(zhuǎn)彎位置及各交通橋下游布設(shè)冰凌監(jiān)測裝置，對渠道內(nèi)水流氣溫變化、冰凌疏密度、過水建筑物結(jié)冰狀況等進行監(jiān)測，選取其中28+500～29+500、42+200～44+000、56+400～57+500等連續(xù)彎道和42+250～43+300直線渠道對冰情變化進行分析，以便更好指導(dǎo)冰災(zāi)防治工作。

1.2 冰情分析

（1）冰凌

由于渠道內(nèi)各段水溫與氣溫的差異性，冰凌生成的起始點也不盡相同。通常，氣溫越低，冰凌生成點越靠近上游渠道，當水溫小于0℃時，渠道內(nèi)開始生成冰淞和冰花。通過對2011～2012年干渠冬季運行觀察可知，當氣溫連續(xù)多日低于-18℃時， 樁號28+500～36+335段出現(xiàn)最早出現(xiàn)冰花；當氣溫進一步降低至-25℃～29℃時，樁號樁號19+235處出現(xiàn)冰花。

冰淞或冰花在向下游流動過程逐漸形成流冰，即冰塊或兼有少量冰淞、冰花等隨水流流動。隨著溫度的進行降低，越往下游渠道水溫越低，流動的冰塊密度和單塊體積不斷增加，一旦輸排不及時或輸排能力不足時，便會形成冰塞、冰壩。總體觀測，渠道內(nèi)冰情生成于渠道末端，隨著氣溫持續(xù)降低，冰情加劇，逐步蔓延至渠道上游。

（2）岸冰

岸冰為沿渠岸凍結(jié)的冰帶，或節(jié)制閘、渡槽及交通橋橋柱水面處的結(jié)冰。岸冰產(chǎn)生主要原因是渠道邊坡及建筑物混凝土失熱，加之靠近渠道邊坡處水流速較低，冰晶體生成。

依據(jù)現(xiàn)場觀測，在氣溫不低于-10℃時，干渠20+000～52+985段左岸水面處結(jié)冰厚度不超過5cm，最大冰帶寬度30cm，右岸無冰；樁號52+985～58+400段左岸水面處結(jié)冰厚度小于10cm，最大冰帶寬度50cm，右岸夜晚結(jié)冰，白日融化。

當日最低氣溫在-20～-10℃之間時，岸冰繼續(xù)加重，并向渠道中間延伸。干渠樁號19+239～40+000段左岸水面處結(jié)冰厚度5～10cm，冰帶寬度30～50cm，右岸有少量岸冰出現(xiàn)；樁號40+000～58+000渠道左岸水面處結(jié)冰10～30cm，冰帶寬度30～100cm，右岸結(jié)冰厚度5～15cm，冰帶寬度10～40cm。

（3）建筑物結(jié)冰

渠道沿岸過水建筑物數(shù)量眾多且形式復(fù)雜，自干渠樁號20+000起，下游共有排洪渡槽2座、交通橋12座等多種過水建筑物，其凸出涉水部位均會對渠道內(nèi)水流造成減速、阻流的效果。

根據(jù)冬季運行觀察，干渠自樁號20+000下游建筑物水面處開始出現(xiàn)結(jié)冰，越向下游結(jié)冰厚度越大，冰晶體懸出長度也越大。當最低氣溫在-20℃～-10℃時，結(jié)冰厚度最大可達50 cm，交通橋橋柱和渠道邊坡或閘墩之間形成冰蓋，嚴重影響渠道輸冰和過流能力。

2、冰害防治措施分析

2.1 制定完善排冰方案

為確保冰情災(zāi)害不會對渠道造成嚴重破壞，冬季運行時應(yīng)結(jié)合當?shù)貙嶋H情況制定完善的排冰方案。若渠道內(nèi)出現(xiàn)較為嚴重的冰塞、冰壩現(xiàn)象，則可通過開關(guān)節(jié)制閘、驟降水文、增大流速與流量的方式清除冰凌。當冬季渠道停水后恢復(fù)輸水時，考慮渠道底部存在凍冰，可通過節(jié)制閘間斷融排冰的方式，先通過低流速、小流量輸水，促使渠底冰層上浮至水面后，逐步增大流量，將冰凌聚集于節(jié)制閘前后通過壅高水文，實現(xiàn)融冰后再適時排出。

2.2 完善日常巡視

渠道運行期間，需增強渠道冰情的日常巡視監(jiān)測工作，對渠首樞紐閘、節(jié)制閘、交通橋、排洪渡槽等過水建筑物進行重點巡檢，并充分結(jié)合當?shù)貧夂驕囟茸兓?，對冰情巡檢重點目標、巡檢次數(shù)等進行適時調(diào)整，一旦發(fā)現(xiàn)冰情異常狀況，立即采取相應(yīng)防治措施，最大化降低損失的同時確保輸水安全。

2.3 機械與人工協(xié)助輸冰與排冰

受到交通橋和渡槽的橋柱影響，比較大的冰塊容易停留的橋（槽）的上游，若不能及時排除，將會形成冰塞、冰壩雍高水位，減小輸冰流速，降低渠道輸冰能力。在日最低氣溫低于-35℃時，應(yīng)加強渠道巡檢，發(fā)現(xiàn)橋（槽）前有冰凌停留應(yīng)立刻用機械和人工進行清除，確保暢通。除冰機械選用長臂挖掘機，臂長可達30m，可于渠道右岸對整個渠道冰面進行處理，配備2～3臺即可滿足渠道冬季運行需要。此外，為防止橋（槽）柱水面處結(jié)冰，可在橋（槽）柱水面上部1.0m處包裹電加熱板（帶），根據(jù)結(jié)冰情況適時加溫。同時，在橋（槽）下的渠道岸坡水面附近1.0m范圍內(nèi)輔設(shè)電加熱板，電加熱板輔設(shè)長度為橋（槽）寬的3～4倍，防止橋（槽）柱與渠道邊坡之間形成冰蓋。加溫電源采用小型移動式柴油發(fā)電機。

3、結(jié)語

紅星總干渠結(jié)合冬季引水運行實況，通過對氣候及冰情變化的監(jiān)測研究，在干渠冰情變化規(guī)律及冰災(zāi)防治措施等方面獲得一定研究成果，在一定程度上有力保障干渠冬季的有效運行。但干渠冬季運行受到氣候、溫度、地質(zhì)狀況、輸水方案等諸多因素影響，多變復(fù)雜，有待今后開展進一步的深入探究，更好的分析冰情變化規(guī)律與防治措施，以便為渠道冬季運行積極指導(dǎo)。

參考文獻：

[1]朱發(fā)昇，陳武，張東. 引洮一期供水工程冬季安全輸水運行技術(shù)措施研究[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計，2013，02：1-4.

[2]穆祥鵬，陳文學(xué)，郭曉晨，崔巍. 高緯度地區(qū)渠道無冰蓋輸水的冰情控制研究[J]. 水利學(xué)報，2013，09：1071-1079.

[3]龍偉. 引水渠道冰害及防治措施[J]. 甘肅水利水電技術(shù)，2012，05：37-39.

[4]孫斌. 南水北調(diào)中線渠道建筑物排冰閘攔冰索設(shè)計[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計，2014，12：31-33+71.

作者簡介：陳紅川，男，（1981.09—），新疆阿瓦提縣人，畢業(yè)于新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，工程師，研究方向：水利工程建設(shè)與管理。