新疆引水式小水電站冬季運行防治冰害技術措施研究

□蔣增花（新疆伊犁河流域開發建設管理局）

0 引言

新疆某水電站由上游南岸干渠的灌溉渠道取水，取水口位于南岸干渠引水隧洞進口。水電站開發任務是在滿足南岸干渠灌區灌溉用水的前提下，利用南岸干渠與河道干流的落差進行發電。按極端不利條件進行理論計算，南干渠渠首到電站分水閘段日最大產冰量47萬m3，最大流凌密度0.56，電站6.20 km引水渠日最大產冰量為4.42萬m3，與南干渠所產冰花量合并后，水面流凌密度為0.53，冬季運行時不會由于冰花插堵形成冰塞。按設計渠道斷面，若渠道形成冰塞，按冰下輸水穩定流速0.76m/s計算，過水面積為132m2，水深7.20m，大于渠道考慮超高后的水深5.74m。因此，渠道不能在冰下輸水，電站前池入口附近的渠道上設有排冰閘，同時電站進水口設有回轉式清污機，應將進入電站前池的冰花及時排出。

1 新疆引水式小水電站冰害問題分析

對于文章所研究的新疆地區引水式小水電而言，其主要的冰害問題表現在以下幾個方面：

第一，引水渠前端冰害問題。對于水電站引水渠前端而言，其作用主要是確保引入水電站發電所需的水源，因此也是水電站正常運行的關鍵點。水電站在冬季運行過程中，水渠前端的河道通過被封凍住，而且進水口位置被冰塞住，經常會看到大量的冰凌堆聚于此，嚴重影響了冬季正常引水，不僅提高了發電成本，而且水資源及水電站發電設備的有效利用率明顯降低。

第二，引水渠道冰害問題。對于引水渠道而言，其作為小水電站輸水以及集中落差的主要動力渠道，在寒冷的冬季也會出現冰塞或者冰水漫堤等現象，以致于渠道難以安全引水，甚至部分水電站因此而停機排冰，嚴重影響發電效益。

第三，壓力前池冰害問題。水電站壓力前池在小水電站中的作用是穩定水壓、沉淀泥沙以及平衡水量和攔截污物。冬季水電站運行過程中，前池中的水會出現結冰現象，而且進水口位置會被冰塞住、封凍，以致于閘門難以啟閉，導致壓力管道難以正常引水。

第四，壓力管、尾水渠冰害。對于壓力管而言，其集中了引水式小水電站發電過程中所需的水頭,而且承受著非常大的水壓，為整個機組輸送所需的用水，是現代電站的重要組成部分。對于尾水渠而言，其主要是確保發電尾水引向下游，在寒冷的冬季，壓力管內會出現結冰現象，而且過水斷面面積會隨之不斷地減小，或者出現冰堵現象。

2 新疆引水式小水電站冬季運行要求

本電站冬季，尤其寒冷季節渠道引水不允許斷流，寒冷季節如果一旦斷流，渠道很快就會凍結，如果渠道結冰，電站就無法再正常運行和發電，電站的效益影響和損失會極大。因此，冬季引水流量需穩定，可適當加大，但不宜減小，冬季渠道最小引水流量≥30m3/s。如遇特殊情況，必須放空渠道的存水，避免渠道結冰；或者采用不斷流措施，上游連續放水，多余水量通過排冰閘及溢流堰經泄水槽排至尾水渠，保證渠道水流始終流動，且渠道內水深必須>1.30m，保證渠道輸冰輸水流速。

當本地日平均氣溫降低到零度時，電站進入冬季輸冰運行期，直到日平均氣溫穩定轉正為止。在輸冰運行期，渠道應設專人進行巡視，以監測渠道的岸冰產生情況以及渠道是否發生冰凌阻塞。遇有冰期，及時采取措施，尤其對南岸干渠30 km以后的6個橋橋墩及電站分水閘、l～3#引水橋橋墩要加強巡視，遇橋墩或閘墩有阻冰要及時處理。泄水槽是本電站冬季運行起重要作用的建筑物，因此，泄水槽需重點加強巡視，遇冬季排冰運行時濺起水花凍結堵塞泄水道，需采取適當措施將泄水槽疏通，保證冬季泄水槽正常排冰及泄水。

輸送到電站前池的冰花及冰塊要及時通過排冰閘排出，避免在排冰閘處及其上游堆積。當在排冰閘進口彎道處有殘余冰花(冰塊)進入電站前池前沿時，視冰的集聚情況,適時啟用回轉攔污柵輔助排冰，用水流沖走。渠道沿線的岸冰要及時處理，渠道的岸冰寬度<40 cm，當岸冰寬度接近40 cm時要及時打掉。當渠道發生冰凌阻塞時，應及時組織人力進行清除，可采用適當的方法松動冰塞，使其冰凌隨水流輸向下游,必要時降低前池水位，增加流速，使阻塞的冰凌盡快排出。引水渠道長度較大，應組織若干個打冰小組，每組3人，配備安全帶、鋼纖、防寒保暖物品及巡視用的交通工具。最低氣溫降到-5℃左右時，排冰閘翻板門加熱器開始加熱，輔以人工排冰，嚴防閘門凍結。

3 新疆引水式小水電站冬季防冰害具體技術措施和方法

3.1 引水渠前端冰害防治措施

對于新疆地區的小水電站而言，一般河道來水總是隨著季節的變化而變化，不同時段的水量分配不均勻。尤其在寒冷的冬季，河道環境條件、引水渠前端設置不同，可能會導致冰害。針對引水渠前端進水閘容易出現冰堵，或者由于大量冰凌涌入渠道之中導致渠道出現嚴重堵塞的問題，實踐表明，引水渠前端應設在河床相對比較穩定、地勢比較平直的地段；同時還可以采用正面排冰、側面引水方法應對冰害，并且用導冰筏進行及時的導冰和疏通河道。

3.2 引水渠道冰害防治措施

在渠道冬季運行期間，每天對引水渠道、交通橋和排洪涵進行巡視檢查，檢查引水渠填方段外坡腳、排水盲溝、排水管的滲水情況及排洪涵滲水、冰凍情況。對渠道沿線的岸冰要及時處理，岸冰寬度<80 cm，當岸冰寬度接近80 cm時要及時處理。當最低氣溫降到-25℃以下時，應加強巡視頻率。當渠道發生冰凌阻塞時，及時組織人力和機械進行清除。引水渠沿線共布設3座交通橋，氣溫較低時水位變化區橋墩極易結冰，縮窄輸冰斷面影響正常排冰，應根據產冰情況及時予以清除。

3.3 相關病害防治措施

當氣溫降至負溫時，開啟保溫房熱風幕機供暖、開啟前池泛水泵防止柵前形成冰蓋、開啟導軌內電加熱防冰裝置。冬季運行期間攔污柵前設專人值守，根據前池來冰情況及時啟動攔污柵撈冰，并輔以人工清理，同時開啟沖污泵排冰。當回轉式攔污柵出現冰簾現象時，開啟蒸汽噴嘴及時除冰。攔污柵撈出冰塊及污物后，應使其及時排入泄水槽，防止冰塊及污物在溜冰槽內聚集。每天對溜冰槽陡坡段進行檢查，當排冰槽內遇冰凌淤積堵塞時，及時安排人員和挖掘機進行疏通。當氣溫降至負溫時，電站進口閘房開始供暖，確保攔污柵保溫房及電站進口閘房室溫為正溫；啟動壓力鋼管通氣孔加熱電纜，防止通氣孔水位變化區結冰；啟動閘井內的蒸汽管道進行融冰，防止閘門和門槽凍結。每天清理閘門井內漂浮污物，確保排冰水泵正常運行；排沙閘門冬季運行期間應始終保持開啟狀態，保證溜冰槽排冰順暢。每天對排沙閘進行一次沖污，同時防止閘門凍結。當最低氣溫降到-5℃以下時，開啟排冰閘側護板加熱裝置，確保排冰閘正常啟閉；啟動供暖設備，確保啟閉機液壓油設備和動力柜正常運行。在攔冰過程中，攔冰索處易結冰造成輸冰通道變窄，應及時調配挖掘機，拉動輔助纜索拉開、清除攔冰索冰塊。防止形成冰蓋縮窄排冰通道，影響輸冰運行。

3.4 壓力管與尾水渠冰害防治措施

對于露天壓力管而言，由于受到極寒的天氣條件影響，機組無法正常的運行，容易出現事故性停機。在此過程中，因水輪機導葉停止運動，壓力管中會充滿水，長期不動，容易結冰。同時，水電站前池閘門處于關閉狀態時，會有少量的漏水沿著管道流下,水流層層凍結，最后將整個管道凍死。針對這一問題，筆者建議入冬之前就要做好維修管護工作，以免冬季運行時出現停機現象。值得注意的是：若非主機出現故障問題，則寧可讓水輪機組空轉，也不能輕易的停機。此外，還可以沿著壓力管搭暖棚，以起到保暖防凍之目的;提高管道外溫度，這樣可以有效減小冰害影響。

對于尾水渠而言，之所以會產生冰害，主要是因為氣溫降低低時，因急流熱能難以有效彌補水流散熱量，而且尾水渠的泄水道邊墩位置出現了結冰現象，嚴重影響了正常的過水。針對這一問題，筆者建議在入冬之后應當及時采取有效的措施減輕負荷，用大流量結成高、厚的冰蓋；在設計建設過程中，泄水道以窄深式為宜，這樣可以形成大冰蓋，對防冰害非常有利。

4 結語

新疆地區冬季嚴寒，水電站冰害現象非常普遍，尤其是引水式小水電站受到的影響更大。因此，應當盡可能合理、充分開發利用干流水能資源發電，在非灌溉期，利用閑置灌溉引水發電，立足實際，不斷創新和改進防冰害技術措施，只有這樣才能有效發揮水電站在國民經濟發展中的重要作用。

[1]朱永斌.水電站冬季運行探討[J].中國水運(下半月)，2011（09）.

[2]阿達來提,侯杰,喻尚生.新疆輸水工程冰害防治研究與展望[J].水利與建筑工程學報，2010（06）.

[3]龍偉.引水渠道冰害及防治措施[J].甘肅水利水電技術，2012（05）.