長距離輸水渠道防冰和防凍冰技術措施探討

摘 要：在對長距離輸水渠道冰期運行過程中現存的問題進行歸納總結后，根據相關研究成果結合多年實踐工程經驗，對長距離輸水渠道的防冰和防凍冰技術措施進行了分析探討，以供類似工程參考。

關鍵詞：輸水渠道；渠首；冰期；冰凌

洛惠渠灌區位于陜西關中平原東部的渭洛河階地，屬溫帶大陸性半干旱氣候區，冬季受內蒙冷高壓氣候控制，氣溫較低，最低可以達到零下10℃左右，且持續時間較長。長距離輸水渠道在冬季會出現結冰現象，形成水內冰、浮冰和冰蓋，普遍存在冰堵和冰塞等災害，水工建筑物冰害十分嚴重，如果運行控制措施選擇不當或落實不到位，會導致渠道出現水位驟升、水流漫溢等問題，嚴重時還可能出現渠道決口、輸水中斷和水工建筑物破壞等事故，將會影響到工程運行的安全可靠性和工程效益的正常發揮，嚴重時還會影響沿線村莊農戶的正常生產生活。

1 長距離渠道冬季冰期輸水現存問題

1.1 工程部分渠道存在薄弱環節

洛惠渠灌區渠道輸水距離較長，沿線水文地質較為復雜，尤其是部分渠段還存在襯砌滑塌、滲漏點、裂縫、沉降變形等，將會嚴重影響到灌區正常灌溉時的輸水安全。

1.2 安全監測監控配套設施不完善

目前，洛惠渠灌區對于重點渠段和薄弱渠道的滲漏、水位、變形等指標數據主要還是依靠人工進行統計，智能自動化安全監測監控設施配套不完善，在特征數據采集實時性、準確性、可靠性等方面很難滿足現代信息化管理、智能調控監測管理等需求，工程存在較大的安全隱患，一旦渠道失事不僅會影響到渠道的正常灌溉，同時對渠道沿線的農作物和居民安全也會帶來威脅。

1.3 缺乏有效的防冰和排冰設施

由于洛惠渠灌區主要以農業灌溉為主，基本無冰期輸水任務。但因綜合考慮到灌區運營調控的社會效益和經濟效益，冰期輸水已成為灌區水資源合理利用的必要手段。但由于灌區各級渠道中，主要建筑物前未設置冰期攔防冰設施，冰害問題較為嚴重。另外，渠道各級閘門在冬季冰期運行過程中，由于運行環境較惡劣，操控條件較差，閘門槽中容易出現積冰、冰凍等問題，加上人工除冰困難，啟閉難度較大，給工程安全穩定運行埋下較大安全隱患。

1.4 冰情監測手段較單一

冰情監測是長距離輸水渠道防冰和防冰凍重要的技術手段之一，但由于受渠道自身特點、建設資金等因素的影響，目前工程僅在渠道彎道段、主要構建物等特殊部位設置監測斷面，通過目測手段觀察冰情，其監測手段較單一、監測主要憑經驗進行，缺乏必要的監測自動化系統，不能及時、全面、準確地掌握渠道各重點部位冰期運行過程中的實時冰情、水溫、氣象資料以及冰情發展演變情況，對于冰情可能發生的時間、地點缺乏必要的智能預測預報分析系統。另外，由于渠道冬季冰期運行時，渠道中出現輸冰流速過低、排冰流量不足等問題，加上氣溫持續下降，容易導致渠道內流冰不斷聚積密度逐漸增大，局部渠段會出現嚴重排冰不暢或冰塞等問題，水位不斷壅高最終導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措施

2.1 冰害發生的主要部位及防冰防凍冰措施

長距離輸水渠道，其冰情、冰害主要發生在引水渠道干線、渠首進水閘、退水節制閘、抽水站的引水前池等部位，即工程中通常所說的“一線多點”冰害控制點[1]。對于渠道干線上的冰害建議采取輸冰運行或結冰蓋運行；對于渠首進水閘、退水節制閘及抽水站前池等部位，建議采取水力或機械等排冰措施進行冰害處理。在以后的工程更新和改造過程中，應根據實際情況，在渠首和沿線合適部位通過修建塘壩、排冰道等構建物將冰凌存蓄或排出渠道外，降低渠道內冰量避免出現冰堵、冰塞等問題。另外，還應結合保溫措施、置換措施、隔水排水措施和防滲防凍脹復合結構措施等工程措施，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行技術措施

2.2.1 做好冰期冰情的動態巡視監測

對于長距離輸水渠道，在冰期應作好冰情動態巡視監測，應重點加強渠首閘門、彎道渠段、退水節制閘、過水構建物（如：橋、渡槽）、薄弱渠段等部位的冰情巡檢排查力度，要充分結合歷史運行記錄和經驗，結合氣溫變化、流量變化等動態調整冰情重點監視部位和運行方案，若發現水情、冰情等異常問題時，應及時采取機械排冰、人工除冰、運行輸冰等運行手段，有效處理渠道水面上出現的結冰、岸冰、冰凌淤堵等問題，確保渠道安全可靠、高效節能的輸水。

2.2.2 優化冰期運行調度方案

冰凌尤如泥沙，不僅會降低輸水流速，同時還可能引起冰堵、冰塞，導致渠道輸水和排冰出現困難，嚴重時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生。因此，為了確保渠道安全有效輸冰運行，必須優化運行方案完善渠首、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合適的平衡比例關系[2]。從大量運行經驗可知，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冰堵問題，建議輸冰流速控制在1.0～1.5m/s之間，同時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，即提前停水，低溫過后，氣溫回升時，重新開閘放水，避免渠道結冰擁水，同時也提高了灌溉效率。

2.2.3 合理配置自動化監測系統

合理增配自動化系統，實現對重點渠段的滲漏、滲壓、水位、變形等指標數據的實時動態采集、監視和分析，為渠道安全可靠、節能經濟調度運行提供重要的數據資料。并結合灌區多年破冰輸水的經驗，根據天氣預報，編制合理的冰期輸水調配應急預案，并配備完善的搶修組織隊伍、機械設備，做到對冰害的有效控制和應急處理，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 渠系優化布設

根據工程特性和渠道沿線的地形地貌、地質水文特性，在渠道沿線優選低洼地帶、山溝等有利地形合理布設修建塘壩、蓄冰庫等結構，一方面夏季汛期可作為水量調節設施，提高水資源利用效用；另一方面冬季則可以作為調蓄冰凌的主要結構，合理調整渠道中水和冰凌含量，避免下游渠道出現冰堵、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，應針對產生冰凍和凍脹的因素，結合渠道工程具體氣象、地形地貌、地質水文等條件，從渠基處理、襯砌材料、防滲防凍結構形式、施工質量和運行管理等方面進行綜合考慮。應合理采用保溫措施、置換措施、隔水排水措施、結構措施等工程措施，建立渠道防滲防凍脹的復合結構工程措施，提高渠道自身的防凍脹性能[3]。

3 結束語

長距離輸水渠道在冰期輸水運行過程中，應綜合調度運行措施、管理措施和工程措施等防冰和防冰凍措施，形成科學合理的水量調度方案、冰情監測監視、運行管理、防凍脹等為一體的防冰和防冰凍體系，確保渠道安全可靠、節能經濟的高效輸水。

參考文獻

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

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

[3]何武全，張紹強，吉曄，等.季節性凍土地區渠道防滲防凍脹技術與應用模式[J].節水灌溉，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。