郭升軍

（新疆和田烏魯瓦提水利樞紐工程管理局　和田市　848000）

淺析烏魯瓦提水庫冰凍成因及防范措施

郭升軍

（新疆和田烏魯瓦提水利樞紐工程管理局和田市848000）

烏魯瓦提水庫屬于多泥沙河流上的山區(qū)水庫，庫區(qū)狹長、庫盆較小，天氣嚴(yán)寒，極易造成水庫冰凍。文章通過對烏魯瓦提水庫冰凍較為嚴(yán)重的典型年份相關(guān)情況的描述、冰凍成因分析、冰凍危害以及防范措施的介紹，為類似工程提供有益的參考。

烏魯瓦提水庫冰凍成因防范措施

1　工程概況

烏魯瓦提水利樞紐工程是和田河支流喀拉喀什河中游的控制性工程，具有灌溉、防洪、發(fā)電、改善生態(tài)等綜合效益。水庫攔河大壩為混凝土面板砂礫石碓石壩，主壩最大壩高133 m，烏魯瓦提水利樞紐泄水建筑物主要有溢洪道、泄洪排沙洞、沖沙洞、發(fā)電引水洞。水庫總庫容3.336億m3，正常蓄水位以下庫容3.23億m3，調(diào)節(jié)庫容2.25億m3，死庫容0.983 6億m3，壩址以上集水面積19 983 km2，占流域面積的90%，壩址以上河道長509 km，控制了全河徑流量的97%，多年平均徑流量21.38億m3，為不完全年調(diào)節(jié)水庫。

2　水庫結(jié)冰情況介紹

2011年12月下旬至2012年1月份期間，由于冬季寒潮來襲，庫區(qū)氣溫驟降且持續(xù)低溫，根據(jù)烏魯瓦提出庫站實測氣溫數(shù)據(jù)分析，最高氣溫-6.2℃、最低氣溫-18.8℃，屬于較為寒冷的氣候環(huán)境。加上河道冬季徑流量較小，水庫調(diào)節(jié)完全為發(fā)電調(diào)節(jié)，進、出庫流量基本持平，水庫水量保持相對平衡，水位變化不大，水位下降緩慢，水庫處于靜水狀態(tài)，導(dǎo)致水庫于1月21日開始大面積結(jié)冰，并向水庫上游蔓延至回水線附近，庫區(qū)完全處于冰層覆蓋狀態(tài)，冰層厚度最大達(dá)到60 cm左右，人完全可以在冰面上自由行走。由于水庫結(jié)冰較為嚴(yán)重，水庫至3月24日才完全解凍，水庫經(jīng)歷近2個多月的冰凍期，這是烏魯瓦提水庫自建成以來較為罕見的一次。

3　水庫冰凍成因分析

（1）烏魯瓦提庫區(qū)冬季氣溫驟降、低溫持續(xù)時間長是水庫結(jié)冰的直接原因。

水庫冰凍主要是由冬季降溫引起，又隨著春季升溫而消除，完全受寒冷天氣及寒潮控制。寒潮降溫的急驟性、間歇性以及逐年之間強度與出現(xiàn)時間的不穩(wěn)定性，對河流和水庫冰情動態(tài)起著決定性的作用。根據(jù)烏魯瓦提水庫歷年的結(jié)冰記錄情況以及歷年氣溫對比分析可知，庫區(qū)曾出現(xiàn)兩次較為嚴(yán)重的封凍期，分別是2007年12月至2008年2月以及2011年12月至2012年2月，這兩次最低氣溫均遠(yuǎn)低于多年平均氣溫，氣溫大多都在-10℃以下；其它年份由于冬季氣溫均高于多年平均氣溫，低溫持續(xù)時間不長，且氣溫回升較快，水庫基本沒封凍，只是局部地區(qū)出現(xiàn)薄冰和極少的冰宵。因此，庫區(qū)出現(xiàn)結(jié)冰或者封凍現(xiàn)象與冬季氣溫下降的劇烈程度和低溫持續(xù)時間有這很大得關(guān)系，一般冬季氣溫較多年平均氣溫高的年份不會出現(xiàn)水庫封凍，否則在一定程度上水庫就會出現(xiàn)冰凍現(xiàn)象，封凍的程度就要看冬季氣溫驟降的程度以及低溫持續(xù)時間的長短。見表1。

表1　2007～2015年月平均氣溫對照表

（2）庫區(qū)的地形地貌對水庫結(jié)冰也會產(chǎn)生一定的影響。

烏魯瓦提水庫位于和田河西支流喀拉喀什河中段出山口處，是典型的山區(qū)型水庫。水庫較深，冷熱置換慢，一旦氣溫驟降，水面結(jié)冰，冰極不容易融化。如果低溫持續(xù)，加上山區(qū)空氣對流強烈，風(fēng)力較大，就會導(dǎo)致壩前冰層不斷加厚，并延伸至庫區(qū)上游，形成水庫全面冰凍。

（3）冬季水庫控制運行方式對水庫冰凍也存在一定的影響。

烏魯瓦提水庫冬季控制運行方式以發(fā)電調(diào)節(jié)為主。由于河道冬季徑流較小，為滿足來年3～5月份春灌供水的需要，冬季發(fā)電流量較小，出庫流量與進庫流量相差不大，以保證水庫足夠的蓄水量。烏魯瓦提水庫歷年月平均進、出庫流量統(tǒng)計如表2。

對比分析歷年11月份至來年2月份的進庫、出庫流量數(shù)據(jù)，可知水庫在此期間水位下降緩慢、水量變化不大、水位變幅不明顯，庫區(qū)基本處于靜水狀態(tài)，如果氣溫降低，很容易造成庫面結(jié)冰。

4　水庫冰凍的危害

雖然烏魯瓦提水庫出現(xiàn)較為嚴(yán)重的冰凍現(xiàn)象，也未對工程的運行管理造成較大影響，但還是存在一定的危害性：一是水庫形成冰凍對大壩面板以及大壩主體擠壓越大，容易造成擋水建筑物的損壞；二是會影響大壩觀測儀器的正常運行，造成儀器觀測精度降低，甚至癱瘓；三是對泄水建筑物水工及金屬結(jié)構(gòu)部分產(chǎn)生破壞，尤其是對表孔閘門即溢洪道閘門形成較大的擠壓力，導(dǎo)致閘門門體變形及支撐部件損壞，影響閘門的正常運行；四是對庫區(qū)岸坡、邊坡形成擠壓，造成岸坡、邊坡的不穩(wěn)定；五是加速庫區(qū)SL3滑塌體縱向以及橫向的位移變化，對其穩(wěn)定性造成影響；六是對庫區(qū)停放的工程觀測船只造成破壞。以上諸多危害必會對工程的正常運行產(chǎn)生較大的安全隱患，需采取相應(yīng)的應(yīng)對措施。

表2　2007～2015年進出庫流量對照表　m3/s

5　水庫冰凍防范對策

一旦水庫出現(xiàn)大面積冰凍情況，應(yīng)采取積極的應(yīng)對措施，組織工程技術(shù)人員加大對庫區(qū)儀器設(shè)備的檢查力度，做好儀器設(shè)備的防護工作；加強對壩區(qū)水工建筑物的觀測，利用大壩自動化設(shè)備觀測設(shè)備，觀測冰凍期壩體及壩面變化情況，做好觀測記錄，進行對比分析，掌握冰層對大壩的影響程度。根據(jù)冰凍程度，做好工程水工建筑物、閘門門體、觀測船只周圍冰層的破除，以保護其不受破壞。水庫解凍后還應(yīng)對庫區(qū)的岸坡、邊坡以及設(shè)施設(shè)備進行全面檢查，對庫區(qū)SL3滑塌體進行觀測，發(fā)現(xiàn)問題及時解決，徹底消除因冰凍產(chǎn)生的安全隱患，以保證水利工程良好的運行工況。

郭升軍（1978-），男，江西吉安人，大學(xué)本科，從事水利工程管理工作。

（2015-12-23）