簡議長距離輸水渠道的防冰與防凍冰技術(shù)措施

【摘要】我國北方及西北地區(qū)在冬季輸水時，輸水渠道發(fā)生冰害和凍脹是必然的自然氣象。為了有效提高渠道防冰與防凍冰的能力，本文結(jié)合工程實(shí)際，從長距離輸水渠道的運(yùn)行、工程兩方面對防冰與防凍冰的技術(shù)措施進(jìn)行了論述分析。

【關(guān)鍵詞】輸水渠道；凍害；特征；長距離輸水渠道；問題；防冰與防凍冰；技術(shù)措施

一、輸水渠道凍害的特征

1 冰凍破壞。對于冬季繼續(xù)輸水運(yùn)行渠道而言，結(jié)冰會對渠道混凝土襯砌結(jié)構(gòu)帶來破壞，在負(fù)溫環(huán)境中輸水運(yùn)行，渠道中的水體會不斷結(jié)冰，尤其是當(dāng)渠道水面被完全封凍后，冰凍層也會隨冰的積累而不斷加厚，這樣就會對渠道坡面的襯砌體產(chǎn)生較大的冰自重和膨脹壓力，會引起混凝土襯砌體發(fā)生移位或壓力變形。另外漂浮在水體表面的冰塊或冰屑會不斷積累形成冰蓋，減少渠道有效過水?dāng)嗝妫钃跚浪恼Ａ鲃樱档洼斔剩瑖?yán)重時會由于水體表面全面封堵，形成冰壩，造成渠水出現(xiàn)漫溢等問題，給渠道帶來潰渠等安全隱患。

2 凍融破壞。渠道混凝土襯砌層其自身具有一定吸水性，且運(yùn)行在常有水環(huán)境中，防滲材料中勢必會存在一定水分。材料中的水分在負(fù)溫條件下，就會出現(xiàn)結(jié)冰體積膨脹，大約比原體積增大9%左右。這種孔隙水膨脹作用，一旦其應(yīng)力超過渠道襯砌混凝土材料的強(qiáng)度時，就會導(dǎo)致防滲材料產(chǎn)生形變出現(xiàn)裂縫，尤其是經(jīng)歷多個負(fù)溫循環(huán)后，材料吸水性更強(qiáng)，孔隙水膨脹破壞作用將會更嚴(yán)重，最終會引起渠道混凝土防滲襯砌材料出現(xiàn)表層剝落、凍酥等凍融破壞。

3 凍脹破壞。季節(jié)性凍土區(qū)的渠道，其在冬季負(fù)溫條件下，渠基土中的水由于結(jié)冰而體積膨脹增大，當(dāng)膨脹壓力超過混凝土的耐壓時，襯砌層就會發(fā)生隆起等破壞。渠道混凝土襯砌結(jié)構(gòu)由于凍脹性能出現(xiàn)開裂、折斷等問題。春季消融，導(dǎo)致渠基土體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強(qiáng)度大大降低，造成防滲襯砌混凝土發(fā)生破壞，嚴(yán)重時還可能引起這個襯砌結(jié)構(gòu)體發(fā)生滑塌等事故，影響渠道的正常輸水運(yùn)行。

二、長距離輸水渠道冰期輸水存在的主要問題

1 長距離輸水渠道部分工程存在病害。長距離輸水渠道比較較長，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，將會嚴(yán)重影響到灌區(qū)正常灌溉時的輸水安全。

2 缺乏防冰和排冰設(shè)施的問題。長距離輸水渠道主要以農(nóng)業(yè)灌溉為主，基本無冰期輸水任務(wù)。但需要充分考慮到灌區(qū)運(yùn)營調(diào)控的社會效益和經(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，給工程安全穩(wěn)定運(yùn)行埋下較大安全隱患。

3 冰情監(jiān)測手段的問題。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，但基于各種因素影響，目前很多長距離輸水渠道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)測自動化系統(tǒng)，不能及時、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)生的時間、地點(diǎn)缺乏必要的智能預(yù)測預(yù)報(bào)分析系統(tǒng)。

三、長距離輸水渠道防冰與防凍冰的技術(shù)措施分析

1 長距離輸水渠道防冰與防凍冰運(yùn)行的技術(shù)措施。（1）加強(qiáng)對冰期冰情的動態(tài)巡視監(jiān)測。長距離輸水渠道在冰期需要加強(qiáng)冰情動態(tài)巡視監(jiān)測，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、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，應(yīng)及時采取機(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，確保渠道安全可靠輸水。（2）冰期運(yùn)行的科學(xué)調(diào)度。冰期運(yùn)行中的冰凌不僅會降低輸水流速，同時還可能引起冰堵、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合適的平衡比例關(guān)系。（3）合理配置自動化監(jiān)測系統(tǒng)。配置自動化系統(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)時動態(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 長距離輸水渠道防冰與防凍冰工程的技術(shù)措施。（1）優(yōu)化渠系布設(shè)。結(jié)合長距離輸水渠道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）選用防冰凍工程的技術(shù)措施。長距離輸水渠道防冰凍與凍脹的破壞，需要結(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。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。

結(jié)束語

長距離輸水渠道在寒冷冬季輸水容易由于冰凍結(jié)冰問題，形成水內(nèi)冰、浮冰和冰蓋等造成冰堵、冰塞等問題，不僅會影響渠道的整體輸水性能，同時還給輸水建筑物帶來較為嚴(yán)重冰凍破壞，因此對長距離輸水渠道防冰與防凍冰的技術(shù)措施進(jìn)行分析具有重要意義。

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