長距離輸水渠道防冰和防凍冰技術(shù)措施探討

摘 要：在對長距離輸水渠道冰期運(yùn)行過程中現(xiàn)存的問題進(jìn)行歸納總結(jié)后，根據(jù)相關(guān)研究成果結(jié)合多年實(shí)踐工程經(jīng)驗(yàn)，對長距離輸水渠道的防冰和防凍冰技術(shù)措施進(jìn)行了分析探討，以供類似工程參考。

關(guān)鍵詞：輸水渠道；渠首；冰期；冰凌

洛惠渠灌區(qū)位于陜西關(guān)中平原東部的渭洛河階地，屬溫帶大陸性半干旱氣候區(qū)，冬季受內(nèi)蒙冷高壓氣候控制，氣溫較低，最低可以達(dá)到零下10℃左右，且持續(xù)時(shí)間較長。長距離輸水渠道在冬季會(huì)出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，形成水內(nèi)冰、浮冰和冰蓋，普遍存在冰堵和冰塞等災(zāi)害，水工建筑物冰害十分嚴(yán)重，如果運(yùn)行控制措施選擇不當(dāng)或落實(shí)不到位，會(huì)導(dǎo)致渠道出現(xiàn)水位驟升、水流漫溢等問題，嚴(yán)重時(shí)還可能出現(xiàn)渠道決口、輸水中斷和水工建筑物破壞等事故，將會(huì)影響到工程運(yùn)行的安全可靠性和工程效益的正常發(fā)揮，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響沿線村莊農(nóng)戶的正常生產(chǎn)生活。

1 長距離渠道冬季冰期輸水現(xiàn)存問題

1.1 工程部分渠道存在薄弱環(huán)節(jié)

洛惠渠灌區(qū)渠道輸水距離較長，沿線水文地質(zhì)較為復(fù)雜，尤其是部分渠段還存在襯砌滑塌、滲漏點(diǎn)、裂縫、沉降變形等，將會(huì)嚴(yán)重影響到灌區(qū)正常灌溉時(shí)的輸水安全。

1.2 安全監(jiān)測監(jiān)控配套設(shè)施不完善

目前，洛惠渠灌區(qū)對于重點(diǎn)渠段和薄弱渠道的滲漏、水位、變形等指標(biāo)數(shù)據(jù)主要還是依靠人工進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，智能自動(dòng)化安全監(jiān)測監(jiān)控設(shè)施配套不完善，在特征數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、可靠性等方面很難滿足現(xiàn)代信息化管理、智能調(diào)控監(jiān)測管理等需求，工程存在較大的安全隱患，一旦渠道失事不僅會(huì)影響到渠道的正常灌溉，同時(shí)對渠道沿線的農(nóng)作物和居民安全也會(huì)帶來威脅。

1.3 缺乏有效的防冰和排冰設(shè)施

由于洛惠渠灌區(qū)主要以農(nóng)業(yè)灌溉為主，基本無冰期輸水任務(wù)。但因綜合考慮到灌區(qū)運(yùn)營調(diào)控的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，冰期輸水已成為灌區(qū)水資源合理利用的必要手段。但由于灌區(qū)各級渠道中，主要建筑物前未設(shè)置冰期攔防冰設(shè)施，冰害問題較為嚴(yán)重。另外，渠道各級閘門在冬季冰期運(yùn)行過程中，由于運(yùn)行環(huán)境較惡劣，操控條件較差，閘門槽中容易出現(xiàn)積冰、冰凍等問題，加上人工除冰困難，啟閉難度較大，給工程安全穩(wěn)定運(yùn)行埋下較大安全隱患。

1.4 冰情監(jiān)測手段較單一

冰情監(jiān)測是長距離輸水渠道防冰和防冰凍重要的技術(shù)手段之一，但由于受渠道自身特點(diǎn)、建設(shè)資金等因素的影響，目前工程僅在渠道彎道段、主要構(gòu)建物等特殊部位設(shè)置監(jiān)測斷面，通過目測手段觀察冰情，其監(jiān)測手段較單一、監(jiān)測主要憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，缺乏必要的監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)，不能及時(shí)、全面、準(zhǔn)確地掌握渠道各重點(diǎn)部位冰期運(yùn)行過程中的實(shí)時(shí)冰情、水溫、氣象資料以及冰情發(fā)展演變情況，對于冰情可能發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)缺乏必要的智能預(yù)測預(yù)報(bào)分析系統(tǒng)。另外，由于渠道冬季冰期運(yùn)行時(shí)，渠道中出現(xiàn)輸冰流速過低、排冰流量不足等問題，加上氣溫持續(xù)下降，容易導(dǎo)致渠道內(nèi)流冰不斷聚積密度逐漸增大，局部渠段會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重排冰不暢或冰塞等問題，水位不斷壅高最終導(dǎo)致渠道不得不被迫停止輸水。

2 長距離輸水渠道防冰及防凍冰技術(shù)措施

2.1 冰害發(fā)生的主要部位及防冰防凍冰措施

長距離輸水渠道，其冰情、冰害主要發(fā)生在引水渠道干線、渠首進(jìn)水閘、退水節(jié)制閘、抽水站的引水前池等部位，即工程中通常所說的“一線多點(diǎn)”冰害控制點(diǎn)[1]。對于渠道干線上的冰害建議采取輸冰運(yùn)行或結(jié)冰蓋運(yùn)行；對于渠首進(jìn)水閘、退水節(jié)制閘及抽水站前池等部位，建議采取水力或機(jī)械等排冰措施進(jìn)行冰害處理。在以后的工程更新和改造過程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，在渠首和沿線合適部位通過修建塘壩、排冰道等構(gòu)建物將冰凌存蓄或排出渠道外，降低渠道內(nèi)冰量避免出現(xiàn)冰堵、冰塞等問題。另外，還應(yīng)結(jié)合保溫措施、置換措施、隔水排水措施和防滲防凍脹復(fù)合結(jié)構(gòu)措施等工程措施，確保長距離輸水渠道取得較好的防冰和防凍冰效果。

2.2 渠道防冰及防凍冰運(yùn)行技術(shù)措施

2.2.1 做好冰期冰情的動(dòng)態(tài)巡視監(jiān)測

對于長距離輸水渠道，在冰期應(yīng)作好冰情動(dòng)態(tài)巡視監(jiān)測，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)渠首閘門、彎道渠段、退水節(jié)制閘、過水構(gòu)建物（如：橋、渡槽）、薄弱渠段等部位的冰情巡檢排查力度，要充分結(jié)合歷史運(yùn)行記錄和經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合氣溫變化、流量變化等動(dòng)態(tài)調(diào)整冰情重點(diǎn)監(jiān)視部位和運(yùn)行方案，若發(fā)現(xiàn)水情、冰情等異常問題時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取機(jī)械排冰、人工除冰、運(yùn)行輸冰等運(yùn)行手段，有效處理渠道水面上出現(xiàn)的結(jié)冰、岸冰、冰凌淤堵等問題，確保渠道安全可靠、高效節(jié)能的輸水。

2.2.2 優(yōu)化冰期運(yùn)行調(diào)度方案

冰凌尤如泥沙，不僅會(huì)降低輸水流速，同時(shí)還可能引起冰堵、冰塞，導(dǎo)致渠道輸水和排冰出現(xiàn)困難，嚴(yán)重時(shí)還可能引起渠道決口、輸水中斷和水工建筑物破壞等事故發(fā)生。因此，為了確保渠道安全有效輸冰運(yùn)行，必須優(yōu)化運(yùn)行方案完善渠首、渠道的防冰排冰措施，確保渠道中的輸冰量與渠道中水流量保持一個(gè)合適的平衡比例關(guān)系[2]。從大量運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可知，在輸冰過程中，流速不宜過小，流速過小輸冰能力不足宜出現(xiàn)冰堵問題，建議輸冰流速控制在1.0～1.5m/s之間，同時(shí)宜控制渠水中的冰凌含量在20%以下，其輸冰效果較好。對于冬季氣溫下降至-5℃時(shí)，即提前停水，低溫過后，氣溫回升時(shí)，重新開閘放水，避免渠道結(jié)冰擁水，同時(shí)也提高了灌溉效率。

2.2.3 合理配置自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)

合理增配自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對重點(diǎn)渠段的滲漏、滲壓、水位、變形等指標(biāo)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集、監(jiān)視和分析，為渠道安全可靠、節(jié)能經(jīng)濟(jì)調(diào)度運(yùn)行提供重要的數(shù)據(jù)資料。并結(jié)合灌區(qū)多年破冰輸水的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)天氣預(yù)報(bào)，編制合理的冰期輸水調(diào)配應(yīng)急預(yù)案，并配備完善的搶修組織隊(duì)伍、機(jī)械設(shè)備，做到對冰害的有效控制和應(yīng)急處理，將冰害損失降至最低。

2.3 渠道防冰及防凍冰工程措施

2.3.1 渠系優(yōu)化布設(shè)

根據(jù)工程特性和渠道沿線的地形地貌、地質(zhì)水文特性，在渠道沿線優(yōu)選低洼地帶、山溝等有利地形合理布設(shè)修建塘壩、蓄冰庫等結(jié)構(gòu)，一方面夏季汛期可作為水量調(diào)節(jié)設(shè)施，提高水資源利用效用；另一方面冬季則可以作為調(diào)蓄冰凌的主要結(jié)構(gòu)，合理調(diào)整渠道中水和冰凌含量，避免下游渠道出現(xiàn)冰堵、冰塞等問題。

2.3.2 合理選用防冰凍工程措施

對于長距離輸水渠道的冰凍和凍脹破壞，應(yīng)針對產(chǎn)生冰凍和凍脹的因素，結(jié)合渠道工程具體氣象、地形地貌、地質(zhì)水文等條件，從渠基處理、襯砌材料、防滲防凍結(jié)構(gòu)形式、施工質(zhì)量和運(yùn)行管理等方面進(jìn)行綜合考慮。應(yīng)合理采用保溫措施、置換措施、隔水排水措施、結(jié)構(gòu)措施等工程措施，建立渠道防滲防凍脹的復(fù)合結(jié)構(gòu)工程措施，提高渠道自身的防凍脹性能[3]。

3 結(jié)束語

長距離輸水渠道在冰期輸水運(yùn)行過程中，應(yīng)綜合調(diào)度運(yùn)行措施、管理措施和工程措施等防冰和防冰凍措施，形成科學(xué)合理的水量調(diào)度方案、冰情監(jiān)測監(jiān)視、運(yùn)行管理、防凍脹等為一體的防冰和防冰凍體系，確保渠道安全可靠、節(jié)能經(jīng)濟(jì)的高效輸水。

參考文獻(xiàn)

[1]蔡保平.淺析渠道冰凍破壞的原因及修復(fù)措施[J].甘肅農(nóng)業(yè)，2011（11）：77+79.

[2]范北林，張細(xì)兵，藺秋生.南水北調(diào)中線工程冰期輸水冰情及措施研究[J].南水北調(diào)與水利科技，2008（6）：66-69.

[3]何武全，張紹強(qiáng)，吉曄，等.季節(jié)性凍土地區(qū)渠道防滲防凍脹技術(shù)與應(yīng)用模式[J].節(jié)水灌溉，2012（11）：67-70.

作者簡介：侯曉斌（1971-），男，陜西大荔，專科，工程師，主要從事灌溉管理和工程管理工作。