攔冰索在冬季引黃輸水中的應(yīng)用

高學(xué)飛，孟國強(qiáng)

（河北省南運(yùn)河河務(wù)管理處，河北 滄州 061001）

攔冰索在冬季引黃輸水中的應(yīng)用

高學(xué)飛，孟國強(qiáng)

（河北省南運(yùn)河河務(wù)管理處，河北 滄州 061001）

河流結(jié)冰產(chǎn)生的冰凌對(duì)建筑物的膨脹壓力及流冰對(duì)建筑物的撞擊力，都因超過建筑物本身的強(qiáng)度而發(fā)生破壞。同時(shí)，冰凌也會(huì)給河道引水造成困難。常見的現(xiàn)象是河道因結(jié)冰而使流速減緩，流量降低，影響過水能力，甚至河道被冰塞堵塞，而斷絕水流。該文從攔冰索選址、布設(shè)、作用、觀測(cè)與分析幾個(gè)方面入手，對(duì)在冬季引黃輸水中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

引黃輸水；冰期輸水；攔冰索

南運(yùn)河作為引黃的主要線路，每年都經(jīng)歷著冰期輸水調(diào)度的問題，特別是潘莊引黃線路中山東段出現(xiàn)大面積冰塞冰壩現(xiàn)象，致使河北段南運(yùn)河水位、流量急速下降，隨時(shí)都有可能發(fā)生險(xiǎn)情，本文對(duì)冰期安全、冰蓋的穩(wěn)定性、冰期輸水的運(yùn)行調(diào)度進(jìn)行分析。

2010～2012年南運(yùn)河輸水渠道進(jìn)行了流冰花、水內(nèi)冰、冰厚等項(xiàng)目的觀測(cè)，2013年冬季在南運(yùn)河5處彎道和大浪淀引水渠上做了彎道成冰規(guī)律與攔冰索攔冰效果觀測(cè)。在此次觀測(cè)基礎(chǔ)上對(duì)攔冰索的攔冰效果進(jìn)行分析。

1 攔冰索選址

南運(yùn)河屬蜿蜒型河道，河勢(shì)蛇曲，彎道眾多，對(duì)觀測(cè)與分析數(shù)據(jù)影響較大，為此將攔冰索設(shè)置在河道比較順直、斷面變化較小的南運(yùn)河支渠大浪淀引水渠上，位置距離大浪淀水庫抽水泵站上游約500m處。

2 攔冰索布設(shè)

當(dāng)前采用的攔冰索主要由松木和鋼絲繩組成。松木每根直徑20cm，垂直斷面處有三根圓木上下綁扎，平行斷面處由圓木相互搭接綁扎而成，兩岸埋設(shè)地錨，分別用兩根鋼絲繩固定。

3 攔冰索的作用

冰塞、冰壩是高緯度地區(qū)冬季河流最嚴(yán)重的冰害問題。冰塞、冰壩等冰害會(huì)大大降低河道的過流能力，引發(fā)河道水位急劇上漲，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致冰凌漫堤，對(duì)水工建筑物和堤岸造成嚴(yán)重破壞。

攔冰索的作用是為了更好地實(shí)現(xiàn)冰期安全穩(wěn)定輸水，避免漂移冰體對(duì)結(jié)構(gòu)物造成損害，避免發(fā)生冰塞、冰壩等極端冰害。首先在流冰發(fā)生初期，在河道斷面處人為設(shè)置一道道屏障攔截流冰，以阻滯冰絮，使流冰面不斷向上游蔓延，促進(jìn)穩(wěn)定冰蓋早日形成；其次，在融冰期可以攔截冰凌，降低極端冰害發(fā)生的可能性。

4 攔冰索觀測(cè)與分析

4.1 觀測(cè)結(jié)果

觀測(cè)始于2013年12月22日，據(jù)滄州市氣象局預(yù)報(bào)22日晚間有一次強(qiáng)降溫，最低溫度達(dá)-10℃，根據(jù)當(dāng)時(shí)下午16:00時(shí)的觀測(cè)，此時(shí)河面已有流冰漂浮，流冰強(qiáng)度不高，流冰疏密度20%，流冰速度較快，最大0.6m/s，最小0.4m/s，流冰漂至攔冰索處無法有效地阻攔冰體的行進(jìn)，僅是在與漂移冰體初始接觸時(shí)刻降低了其行進(jìn)速度，隨后大部分流冰從攔冰索中間流速最快的地方穿過攔冰索，少部分流冰從攔冰索兩側(cè)流過。

2013年12月23日凌晨1:00左右，情況依然未發(fā)生變化。到凌晨2:00以后河面發(fā)現(xiàn)有大面積流冰流過，流冰疏密度逐漸增大達(dá)到40%以上，最大的單片流冰占到河道斷面50%以上，且流冰強(qiáng)度較高，厚度0.8cm，由于當(dāng)時(shí)最大流速達(dá)0.65m/s，攔冰索攔冰效果依然不明顯；凌晨4:00左右，在流速最慢的右岸0.45m/s，首先有流冰被攔截，形成一個(gè)2m×6m的冰面，中間流速由于達(dá)到0.65m/s，一些流冰在中間攔冰索下穿過，到凌晨5:00，兩岸流速分別為0.375m/s和0.475m/s，均有流冰被攔截形成冰面，中間流速0.65m/s，有20m的敞露河口；至凌晨7:00，左、中、右岸流速分別為0.43，0.6，0.33m/s，中間開始有流冰被攔截，上午8:00攔冰索前已形成25m的封凍面，封凍面右岸因流速慢，流冰首先在右岸形成長條狀封凍面，后逐漸向中心推進(jìn)，上游來冰在河中心位置有部分在封凍面下穿越，到上午10:00封凍面推進(jìn)至距攔冰索100m處，停止推進(jìn)，后由于發(fā)現(xiàn)渠道流速增大，中間最大流速達(dá)到0.72m/s，此時(shí)冰蓋中間處形成一個(gè)三角形缺口，后續(xù)大量流冰在缺口處堆積，瞬間潛入冰蓋下，在冰蓋下堆積，并在冰蓋前端與攔冰索下游流冰處發(fā)現(xiàn)攔冰索下游流冰量明顯減少。中午12：00，氣溫開始回升，岸冰開始有融化，河道平均流速超過0.6m/s，13:00由于岸冰邊緣融化冰蓋與岸邊摩擦力減小和冰蓋下堆積物加大了冰層的推進(jìn)力及高流速等多方面的影響，攔冰索超過其極限攔冰能力，封凍面沖斷攔冰索飄向下游。

2013年12月23日15:30，在相同位置設(shè)置了攔冰索，并對(duì)鋼絲繩及地錨進(jìn)行了加固，通過觀察，情況同第1次觀測(cè)未發(fā)生太大變化；24日10:00封凍面推進(jìn)至95m后，停止推進(jìn)，11:00后流速加大，超過0.6m/s，13:00攔冰索在此被沖斷。

4.2 分析

（1）當(dāng)河道流量超過0.6m/s時(shí)，攔冰索攔冰效果不明顯，流冰不易被阻攔。

（2）當(dāng)流速在0.6m/s時(shí)，攔冰索的有效攔冰距離100m，且由于降溫初期日夜溫差大，隨著白天氣溫回升，攔冰索拉力達(dá)到最大極限，容易被流冰沖斷。

（3）如果在高流速下強(qiáng)行攔冰，情況很危險(xiǎn)，高流速下，大部分后續(xù)來冰，會(huì)在封凍面前沿下潛至冰蓋下，并在冰蓋下表面積聚，這種情況下，封凍面前冰凌堆積體將會(huì)自底部開始增厚，導(dǎo)致冰蓋下過水?dāng)嗝孀枞虼藬r冰索在冰凌堆積體達(dá)到一定程度時(shí)失效，是有利于工程安全的。因?yàn)閿r冰索攔冰的實(shí)質(zhì)是人工制造了冰塞條件，當(dāng)冰凌堆積體較多時(shí)，如若仍然強(qiáng)行阻止冰凌的運(yùn)動(dòng)，最終將導(dǎo)致嚴(yán)重冰塞危害發(fā)生。

5 結(jié)語

（1）在河道內(nèi)以一定的間距分布式布置攔冰索，在渠道運(yùn)行調(diào)度面的配合下，結(jié)冰期可以促進(jìn)穩(wěn)定冰蓋的早日形成；融冰期，可以減小冰塞危害發(fā)生的可能性。

（2）渠道內(nèi)斷面平均流速應(yīng)控制在0.6m/s以下，使上游產(chǎn)生的薄冰片漂浮于水面，到達(dá)冰蓋前緣或攔冰索處，不潛入水中，而停滯在冰蓋前緣呈疊瓦狀堆積，冰面堆積到一定厚度后，逐漸向上游發(fā)展，并形成冰蓋，以避免冰蓋前緣冰花下潛并向下游輸移，以利于初冬薄冰蓋快速地形成穩(wěn)定層。

（3）通過合理的調(diào)度，在初冬季節(jié)某一個(gè)時(shí)段暫時(shí)停止供水，促使渠道水域一次形成封閉的冰蓋，然后在封閉的冰蓋下恢復(fù)輸水。

（4）針對(duì)不同原因和不同建筑物的冰害，采取不同的措施和方法防止其發(fā)生，包括非工程措施和工程措施。非工程措施主要包括：加強(qiáng)水情和冰情的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)、做好調(diào)度和運(yùn)行工作等。工程措施主要包括：破冰，設(shè)置攔冰索，加固建筑物基礎(chǔ)及采用新型的建筑物的結(jié)構(gòu)形式等。

［1］張俊龍.攔冰設(shè)施的結(jié)構(gòu)和分類研究［J］.工程與建設(shè)，2013（3）：311-312.

［2］隋覺義，方達(dá)憲，周亞飛.冰蓋前緣處冰塊下潛臨界條件研究［J］.水利學(xué)報(bào)，1993（10）:46-51.

［3］李學(xué)華.人工干渠內(nèi)流冰與攔冰索相互作用研究［D］.天津：天津大學(xué)，2012.

［4］楊麗萍.輸水渠道攔冰索模型試驗(yàn)及攔冰厚度預(yù)測(cè)研究［D］.天津:天津大學(xué)，2010.

［5］穆祥鵬，陳文學(xué)，崔巍，等.南水北調(diào)中線工程冰期輸水特性研究［J］.水利學(xué)報(bào)，2011（11）:1295-1301.

Application of ice-block cable in the water diversion from Yellow River in w inter

GAO Xue-fei，MENG Guo-qiang
（ManagementOffice of Nanyun River in Hebei Province,Cangzhou 061001,China）

The river ice flood has the swelling pressure and impact force on the buildings，itwill destroyed the structure when the pressure and impact force more than the strength of the building itself.Due to the river freezing，the current speed fell and flow rate decreased，influence the discharge capacity，even the river ice jams and cut off the flow.This pa-per analyzes the application of ice-block cable in thewater diversion from Yellow River in winter respectively from the as-pects of location，layout，function，observation and analysis.

water diversion from Yellow River；water diversion during ice period；ice-block cable

TV672

B

1672-9900（2015）01-0022-02

2014-10-23

高學(xué)飛（1978-），男（漢族），河北滄州人，工程師，主要從事工程管理、引黃輸水管理、工程設(shè)計(jì)、工程審批等工作，（Tel）13785706969。