长距离明渠冰期输水分析与研究

丁莹莹

（南水北调东线山东干线有限责任公司，山东济南250014）

长距离明渠冰期输水分析与研究

丁莹莹

（南水北调东线山东干线有限责任公司，山东济南250014）

我国多个调水工程存在或面临冬季输水问题，高纬度寒冷地区的渠道在冬季结冰是一种普遍现象。冰盖和冰塞会导致渠道的水流阻力增加，致使上游水位上涨，影响正常的输水运行。若对冰清、水情控制不当，容易发生冰塞、冰坝等冰害，严重时可能造成水流漫溢、供水中断、建筑物损坏等危害。保证冰期输水安全是渠道输水有待解决的问题。

冰期；输水；渠道；长距离；冰盖

长距离冬季输水的调度运行要做到“水位稳定，流量均衡，持续不断”，保证冰盖的稳定性是渠道冬季安全输水的前提条件。在渠道的冰期运行过程中，如果控制不当，闸门、曲率半径小的弯道等局部建筑物容易发生冰塞、冰坝等事故，大量的冰块堆积也可造成桥梁、控制闸等建筑物的毁损及渠道衬砌板的破坏。由于渠道沿线长，跨度大，一旦某处产生冰塞、冰坝等输水事故，将面临全线停水的严重事故。

1　冰期输水的特点

长距离输水明渠在冬季会出现结冰现象，渠道中冰的出现会改变原有水流条件，同时水流条件也会影响渠道的冰情状态和冰盖发展模式。

1）冰期输水时要求控制渠段水位（或蓄水量）的变化速度要小，以防冰盖被涨破或塌落。在冰期目标水位控制的前提下，水位上浮不应超过10 cm，下浮不应超过5 cm。

2）要求最低控制水位（或蓄水量）较正常时期高。因为结冰以后，输水断面积较正常时期减少，过水能力减小，容易产生冰塞、冰坝，造成严重的后果。

3）冰盖下输水渠道的过流能力较非冰期输水小。

4）在冰盖形成期，部分水体逐渐形成冰，水量减小，而在融化期，冰又转化为水，水量增大，如果在约束条件中不做相应的改动，就有可能在冰盖形成期渠道水位过低，造成冰塞，而在消融期造成漫堤或冰坝。

2　冰盖形成前的输水控制措施

1）根据气温情况、中长期天气预报，采用控制闸门的方法逐渐将明渠段水位抬升至冰期运行水位。

2）不增加渠首引水流量时，较典型方法是从下游到上游逐级控制闸门抬高水位。

3）进入冰期运行后，应加强观测，结合当前气温、中长期天气预报，估算抬高水位所需的时间，提前进行控制。应注意预留的抬升水位所需时间不宜过短，否则寒流到来后，来不及抬高水位，则可能产生冰塞事故，也为整个冰期输水埋下隐患。

3　冰盖形成期的输水控制

1）控制流量变化，避免水位、流量急剧变化。由于水流在波动过程中难以形成连续冰盖，因此在冰盖形成期应尽可能保持水位、流量稳定，有利于尽快形成连续冰盖。

2）注重捞草。在北方春、冬季节，许多杂草、杂物被风吹入渠道，漂浮在水面，需要及时将杂物通过清污机清除。特别注意不能用开闸放“草”的方式将闸前蓄滞的杂草放入下一渠段，造成下游倒虹吸、暗涵进口堵塞。

3）冰屑自产自销。冰期输水时，如果闸前堆积了大量冰块、冰草混合物或已经形成冰盖，这时如将闸门打开使冰块或冰草混合物流向闸下，则容易造成闸下游，特别是桥梁、弯道处的冰塞。因此一般提倡自产自销或在不影响过流情况下，将冰块或冰草混合物阻挡在闸前，尽快形成连续冰盖。

4）冰盖随气温变化反复形成和消融。冰盖随气温变化容易反复形成和消融，部分渠段甚至会白天冰盖消融，晚上重新形成冰盖。不管天气如何变化，应尽可能保证渠道水位、流量稳定。一般情况下，尽量避免随意降低水位，以免寒流突然袭击，造成冰塞事故。

4　冰盖期的输水控制

1）高水位运行，稳定水位和流量，严格控制水位大幅变化，防止冰盖破裂。

2）水位大幅下降后冰盖成为悬臂板，容易将衬砌板拖动或移位，造成衬砌板破坏。因此应严格控制水位变幅，减小冰盖对衬砌板的破坏。

3）冰盖期气温较低时，应经常活动闸门，防止闸门与门槽冻结。有条件的闸门可以采用电加热、扰动水流、热水融冰等方法防止闸门被冻结。

4）运行中应尽量避免随意改变水位，确需改变的，应缓和流量变化过程，严格控制在低水位迅速加大或减小流量，否则容易形成冰塞、冰坝事故。

5）严禁低水位停水。当水位过低停水后，水面线恢复到零流量水面线，闸下（渠段上游端）水位下降速度最快，过水断面最小。停水后会形成新的冰盖，当重新恢复通水时，闸下（渠段上游端）由于过水能力过小而形成冰塞。

5　融冰期的输水控制

春季融冰期，一旦冰盖解冻，水量会迅速释放，形成一个流量“小高峰”，在水流动力的作用下，冰块随水流向下游漂浮，在弯道、宽浅处堆积形成冰塞，造成上游水位迅速上涨，危及渠道的安全与正常使用。

1）融冰期釆用阐前常水位的运行方式。

2）融冰期渠道应保持运行流量稳定，实现当地融冰。

3）融冰期渠道自上游向下游开河，可适当加大开河渠段流量；全线融冰后，渠系的输水流量过渡到明渠正常的输水流量状态。

4）明渠段输水流量增大的幅度和速率需要由仿真平台验证后才能具体操作，以保证渠系安全运行。

5）调节过程中避免冰塞、冰现的发生。

6　冰期停水要求

1）一般情况下，应尽量避免在冰期停水。若确需停水的，需制定相应的冰期停水方案。

2）正常停水控制指在冰期输水结束，需要停水的情况，停水时间充裕。较典型的方法是从下游到上游逐级关闭闸门停水。若连续若干闸门闸前水位均满足停水水位要求，也可采用同步调节闸门的方式或其它控制方法关闭闸门。

（1）关闭节制闸闸门时应分多次，避免一次关闭闸门造成闸前、闸后水位变幅过大导致冰盖破裂。

（2）每次控制流量级差应控制在合理范围以内，时间间隔不宜过短。

（3）紧急停水可从上游到下游逐级或同步关闭闸门停水。

［1］张成，王开.冰期输水研究进展［J］.南水北调与水利科技，2006，4（6）：59.

［2］穆祥鹏，陈文学，崔魏等.长距离输水渠道冰期运行控制研究［J］.南水北调与水利科技，2010，8（1）：8－13.

［3］刘祥臻.南水北调中线京石段临时通水调度研究与实践［J］.治淮，2010，3：39－41.

［4］廖厚初，肖迪芳，栾建等.冰坝与冰塞［J］.东北水利水电，2010，28（6）：65－66.

［5］王大伟，江勇.引黄济青工程冰期输水运行研究［J］.水利水电工程设计，1996，3（2）：56－58.

［6］颜景协，马安堂，谢金忠.引黄济青冬季运行水面线控制经验探析［J］.山东水利，1999，1（SI）：15.

［7］刘国强.长距离输水渠系冬季输水过渡过程及控制研究［D］.武汉：武汉大学水利水电学院，2013：121－122.

（责任编辑迟明春）

TV85

B

1009-6159（2016）-09-0030-02

2016-03-31

丁莹莹（1980—），女，工程师