丁瑩瑩

（南水北調(diào)東線(xiàn)山東干線(xiàn)有限責(zé)任公司，山東濟(jì)南250014）

長(zhǎng)距離明渠冰期輸水分析與研究

丁瑩瑩

（南水北調(diào)東線(xiàn)山東干線(xiàn)有限責(zé)任公司，山東濟(jì)南250014）

我國(guó)多個(gè)調(diào)水工程存在或面臨冬季輸水問(wèn)題，高緯度寒冷地區(qū)的渠道在冬季結(jié)冰是一種普遍現(xiàn)象。冰蓋和冰塞會(huì)導(dǎo)致渠道的水流阻力增加，致使上游水位上漲，影響正常的輸水運(yùn)行。若對(duì)冰清、水情控制不當(dāng)，容易發(fā)生冰塞、冰壩等冰害，嚴(yán)重時(shí)可能造成水流漫溢、供水中斷、建筑物損壞等危害。保證冰期輸水安全是渠道輸水有待解決的問(wèn)題。

冰期；輸水；渠道；長(zhǎng)距離；冰蓋

長(zhǎng)距離冬季輸水的調(diào)度運(yùn)行要做到“水位穩(wěn)定，流量均衡，持續(xù)不斷”，保證冰蓋的穩(wěn)定性是渠道冬季安全輸水的前提條件。在渠道的冰期運(yùn)行過(guò)程中，如果控制不當(dāng)，閘門(mén)、曲率半徑小的彎道等局部建筑物容易發(fā)生冰塞、冰壩等事故，大量的冰塊堆積也可造成橋梁、控制閘等建筑物的毀損及渠道襯砌板的破壞。由于渠道沿線(xiàn)長(zhǎng)，跨度大，一旦某處產(chǎn)生冰塞、冰壩等輸水事故，將面臨全線(xiàn)停水的嚴(yán)重事故。

1　冰期輸水的特點(diǎn)

長(zhǎng)距離輸水明渠在冬季會(huì)出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，渠道中冰的出現(xiàn)會(huì)改變?cè)兴鳁l件，同時(shí)水流條件也會(huì)影響渠道的冰情狀態(tài)和冰蓋發(fā)展模式。

1）冰期輸水時(shí)要求控制渠段水位（或蓄水量）的變化速度要小，以防冰蓋被漲破或塌落。在冰期目標(biāo)水位控制的前提下，水位上浮不應(yīng)超過(guò)10 cm，下浮不應(yīng)超過(guò)5 cm。

2）要求最低控制水位（或蓄水量）較正常時(shí)期高。因?yàn)榻Y(jié)冰以后，輸水?dāng)嗝娣e較正常時(shí)期減少，過(guò)水能力減小，容易產(chǎn)生冰塞、冰壩，造成嚴(yán)重的后果。

3）冰蓋下輸水渠道的過(guò)流能力較非冰期輸水小。

4）在冰蓋形成期，部分水體逐漸形成冰，水量減小，而在融化期，冰又轉(zhuǎn)化為水，水量增大，如果在約束條件中不做相應(yīng)的改動(dòng)，就有可能在冰蓋形成期渠道水位過(guò)低，造成冰塞，而在消融期造成漫堤或冰壩。

2　冰蓋形成前的輸水控制措施

1）根據(jù)氣溫情況、中長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)，采用控制閘門(mén)的方法逐漸將明渠段水位抬升至冰期運(yùn)行水位。

2）不增加渠首引水流量時(shí)，較典型方法是從下游到上游逐級(jí)控制閘門(mén)抬高水位。

3）進(jìn)入冰期運(yùn)行后，應(yīng)加強(qiáng)觀測(cè)，結(jié)合當(dāng)前氣溫、中長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)，估算抬高水位所需的時(shí)間，提前進(jìn)行控制。應(yīng)注意預(yù)留的抬升水位所需時(shí)間不宜過(guò)短，否則寒流到來(lái)后，來(lái)不及抬高水位，則可能產(chǎn)生冰塞事故，也為整個(gè)冰期輸水埋下隱患。

3　冰蓋形成期的輸水控制

1）控制流量變化，避免水位、流量急劇變化。由于水流在波動(dòng)過(guò)程中難以形成連續(xù)冰蓋，因此在冰蓋形成期應(yīng)盡可能保持水位、流量穩(wěn)定，有利于盡快形成連續(xù)冰蓋。

2）注重?fù)撇?。在北方春、冬季?jié)，許多雜草、雜物被風(fēng)吹入渠道，漂浮在水面，需要及時(shí)將雜物通過(guò)清污機(jī)清除。特別注意不能用開(kāi)閘放“草”的方式將閘前蓄滯的雜草放入下一渠段，造成下游倒虹吸、暗涵進(jìn)口堵塞。

3）冰屑自產(chǎn)自銷(xiāo)。冰期輸水時(shí)，如果閘前堆積了大量冰塊、冰草混合物或已經(jīng)形成冰蓋，這時(shí)如將閘門(mén)打開(kāi)使冰塊或冰草混合物流向閘下，則容易造成閘下游，特別是橋梁、彎道處的冰塞。因此一般提倡自產(chǎn)自銷(xiāo)或在不影響過(guò)流情況下，將冰塊或冰草混合物阻擋在閘前，盡快形成連續(xù)冰蓋。

4）冰蓋隨氣溫變化反復(fù)形成和消融。冰蓋隨氣溫變化容易反復(fù)形成和消融，部分渠段甚至?xí)滋毂w消融，晚上重新形成冰蓋。不管天氣如何變化，應(yīng)盡可能保證渠道水位、流量穩(wěn)定。一般情況下，盡量避免隨意降低水位，以免寒流突然襲擊，造成冰塞事故。

4　冰蓋期的輸水控制

1）高水位運(yùn)行，穩(wěn)定水位和流量，嚴(yán)格控制水位大幅變化，防止冰蓋破裂。

2）水位大幅下降后冰蓋成為懸臂板，容易將襯砌板拖動(dòng)或移位，造成襯砌板破壞。因此應(yīng)嚴(yán)格控制水位變幅，減小冰蓋對(duì)襯砌板的破壞。

3）冰蓋期氣溫較低時(shí)，應(yīng)經(jīng)?；顒?dòng)閘門(mén)，防止閘門(mén)與門(mén)槽凍結(jié)。有條件的閘門(mén)可以采用電加熱、擾動(dòng)水流、熱水融冰等方法防止閘門(mén)被凍結(jié)。

4）運(yùn)行中應(yīng)盡量避免隨意改變水位，確需改變的，應(yīng)緩和流量變化過(guò)程，嚴(yán)格控制在低水位迅速加大或減小流量，否則容易形成冰塞、冰壩事故。

5）嚴(yán)禁低水位停水。當(dāng)水位過(guò)低停水后，水面線(xiàn)恢復(fù)到零流量水面線(xiàn)，閘下（渠段上游端）水位下降速度最快，過(guò)水?dāng)嗝孀钚　ＭＫ髸?huì)形成新的冰蓋，當(dāng)重新恢復(fù)通水時(shí)，閘下（渠段上游端）由于過(guò)水能力過(guò)小而形成冰塞。

5　融冰期的輸水控制

春季融冰期，一旦冰蓋解凍，水量會(huì)迅速釋放，形成一個(gè)流量“小高峰”，在水流動(dòng)力的作用下，冰塊隨水流向下游漂浮，在彎道、寬淺處堆積形成冰塞，造成上游水位迅速上漲，危及渠道的安全與正常使用。

1）融冰期釆用闡前常水位的運(yùn)行方式。

2）融冰期渠道應(yīng)保持運(yùn)行流量穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)厝诒?/p>

3）融冰期渠道自上游向下游開(kāi)河，可適當(dāng)加大開(kāi)河渠段流量；全線(xiàn)融冰后，渠系的輸水流量過(guò)渡到明渠正常的輸水流量狀態(tài)。

4）明渠段輸水流量增大的幅度和速率需要由仿真平臺(tái)驗(yàn)證后才能具體操作，以保證渠系安全運(yùn)行。

5）調(diào)節(jié)過(guò)程中避免冰塞、冰現(xiàn)的發(fā)生。

6　冰期停水要求

1）一般情況下，應(yīng)盡量避免在冰期停水。若確需停水的，需制定相應(yīng)的冰期停水方案。

2）正常停水控制指在冰期輸水結(jié)束，需要停水的情況，停水時(shí)間充裕。較典型的方法是從下游到上游逐級(jí)關(guān)閉閘門(mén)停水。若連續(xù)若干閘門(mén)閘前水位均滿(mǎn)足停水水位要求，也可采用同步調(diào)節(jié)閘門(mén)的方式或其它控制方法關(guān)閉閘門(mén)。

（1）關(guān)閉節(jié)制閘閘門(mén)時(shí)應(yīng)分多次，避免一次關(guān)閉閘門(mén)造成閘前、閘后水位變幅過(guò)大導(dǎo)致冰蓋破裂。

（2）每次控制流量級(jí)差應(yīng)控制在合理范圍以?xún)?nèi)，時(shí)間間隔不宜過(guò)短。

（3）緊急停水可從上游到下游逐級(jí)或同步關(guān)閉閘門(mén)停水。

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（責(zé)任編輯遲明春）

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2016-03-31

丁瑩瑩（1980—），女，工程師