水利工程是用于控制和調(diào)配自然界的地表水和地下水，達(dá)到除害興利目的而修建的工程。也稱為水工程。本文是選自省級期刊《黑龍江水利科技》中關(guān)于水利工程的初級職稱論文范文：南水北調(diào)京石段工程冰期輸水安全運(yùn)行及控制措施。

　　摘要：在南水北調(diào)京石段工程冬季冰期輸水過程中，極易遇到冰塞、流凌等冰害，這嚴(yán)重影響冬季輸水安全。本文對冰期輸水過程中存在問題進(jìn)行了詳細(xì)的研究和探討，并提出了相應(yīng)的控制措施，對工程的安全運(yùn)行具有十分重要的意義。

　　關(guān)鍵詞：冰期輸水,安全運(yùn)行,控制措施

　　0引言

　　南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程是南水北調(diào)中線一期工程的組成部分，線路總長度約307.422 km。目前，擔(dān)負(fù)著自河北省崗南水庫、黃壁莊水庫、王快水庫、西大洋水庫4座水庫向北京應(yīng)急供水的任務(wù)。近幾年，京石段工程已進(jìn)行了三次通水，每次都經(jīng)歷了冬季冰期輸水運(yùn)行方式。冬季冰下輸水，由于受較多的自然因素和人為因素影響，容易遇到冰塞、冰凌等冰害，這嚴(yán)重影響了冬季輸水安全。因此，本文對冬季輸水過程中存在的冰塞、流凌等冰情問題進(jìn)行了研究和探討，并提出了相應(yīng)對策，對工程的安全運(yùn)行具有重要意義。

　　1冰期輸水的特點(diǎn)

　　京石段冰期輸水一般由11月中下旬開始，2月中下旬結(jié)束，持續(xù)時間約90天。暖冬年、平冬年和冷冬年冰蓋形成及融化過程不同，持續(xù)周期也不同。一般，冬季寒潮來臨時，氣溫下降，渠道內(nèi)出現(xiàn)岸冰、流冰、冰蓋等冰情。已經(jīng)進(jìn)行的三次通水均形成了穩(wěn)定冰蓋，冰蓋厚度約0.2m。通常，冰期由岸冰、流冰，冰蓋及冰蓋消融三個過程組成，即冰蓋形成期、冰蓋穩(wěn)定期、融冰期。

　　當(dāng)溫度降到0℃以下，就會形成岸冰和流冰，氣溫若繼續(xù)降到-8℃以下，并且持續(xù)5～8小時以上，流冰就會形成冰蓋。冰期輸水若調(diào)度不當(dāng)，很容易發(fā)生冰塞、冰壩等險(xiǎn)情，對渠道和各類建筑物的安全也是整個通水過程中的重大考驗(yàn)。易發(fā)生冰塞的地段有彎道、斷面形狀改變處。當(dāng)渠道流冰超過最大挾冰能力或流冰無出路時，流冰就要堆積，形成冰蓋;如渠道流速大，遇到建筑物攔截，或渠道斷面突然擴(kuò)大流速減緩，就可能發(fā)生冰塞。當(dāng)輸水渠道結(jié)成冰蓋后，與沒有冰蓋的輸水渠道相比，過相同流量時，會造成上游水位壅高。

　　2冰期輸水階段劃分

　　根據(jù)氣象條件和冰蓋形成及融化過程，冰期輸水大體分為五個階段：冰期目標(biāo)水位生成階段、流冰階段、冰蓋形成階段、冰蓋下輸水階段、融冰階段。不同階段冰凌對輸水建筑物的安全威脅程度不同，其中冰蓋形成階段和融冰階段為輸水關(guān)鍵階段。

　　2.1冰期目標(biāo)水位生成階段

　　冰期目標(biāo)水位生成階段，即總干渠明渠段控制閘閘前水位逐步提升至冰期目標(biāo)水位的階段。時間為12月上旬至12中旬。

　　2.2流冰階段

　　流冰階段即，由于氣溫和水溫相對較低，水中含有一定濃度的冰花、冰屑或冰片甚至冰塊，在此期間若繼續(xù)向北京輸水則為流冰輸水。時間為12月中旬至12月下旬。

　　2.3冰蓋形成階段

　　冰蓋形成階段，即隨著氣溫繼續(xù)下降，總干渠由流冰逐漸形成穩(wěn)定冰蓋的階段。大體時間12月下旬至次年1月上旬。

　　2.4冰蓋下輸水階段

　　冰蓋下輸水階段，即形成穩(wěn)定冰蓋后繼續(xù)保持向北京輸水。大體時間12月下旬至次年2月上旬。

　　2.5融冰階段

　　融冰階段，即隨著天氣轉(zhuǎn)暖冰蓋逐漸融化，在此期間繼續(xù)保持向北京供水。

　　3不同階段安全運(yùn)行及控制措施

　　3.1冰期目標(biāo)水位生成階段運(yùn)行過程及控制

　　依據(jù)京石段應(yīng)急供水工程設(shè)計(jì)、臨時通水條件等有關(guān)要求， 自12月上旬開始，根據(jù)調(diào)度中心指令，利用5～7天的時間將總干渠明渠段水位抬升至冰期目標(biāo)水位。

　　3.2流冰階段運(yùn)行過程與控制

　　3.2.1流冰階段的水流狀態(tài)

　　冬季輸水時，在渠道封凍前后一段時間渠道不具備形成冰蓋的氣候條件，但由于氣溫和水溫相對較低，水中含有一定濃度的冰花、冰屑或冰片甚至冰塊。

　　3.2.2流冰階段形成冰塞的可能性

　　由于京石段輸水工程沿線布置有眾多的橋梁、河渠交叉建筑物、以及控制設(shè)施節(jié)制閘、檢修閘等，在這些設(shè)施處，渠道斷面急劇縮窄，在流冰輸水情況下，當(dāng)水內(nèi)流冰達(dá)到一定密度時，極易在斷面縮窄處、彎道處、倒虹吸進(jìn)口下潛段形成冰塞，危及渠道輸水安全。

　　3.2.3流冰階段輸水調(diào)度與控制

　　(1)水位控制。流冰輸水期間節(jié)制閘控制閘前水位基本穩(wěn)定在冰期輸水目標(biāo)水位運(yùn)行。

　　(2)進(jìn)出口流量控制。以入總干渠流量上限11m3/s，北京市受水流量上限9 m3/s控制。

　　(3)流冰量觀測與控制。a)根據(jù)沿線工程情況，確定觀測冰情斷面，按照測報(bào)時間，內(nèi)容及時測報(bào)。b)當(dāng)日平均氣溫在1℃以下，日最低氣溫在-2℃以下時，渠道沿線加強(qiáng)巡查，特別注意輸水明渠的彎道處、沿線建筑物進(jìn)口檢修閘、節(jié)制閘、控制閘以及其他輸水輪廓邊界斷面變化較大的部位結(jié)冰情況及水體含冰情況監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)冰塊或冰屑集中現(xiàn)象及時上報(bào)，并及時排除。

　　(4)防、撈、排冰措施。a)充分利用設(shè)在建筑物進(jìn)口的攔冰索，及時排除攔冰索下游與建筑物進(jìn)水口之間的冰塊。b)所有攔污柵設(shè)備全部提起。

　　(5)隨時做好緊急中斷供水的應(yīng)急措施。當(dāng)水內(nèi)流冰量大于1.5 m3/s，又不具備形成冰蓋或輸水工程局部部位存在形成冰塞的跡象又難以排除時，應(yīng)終止供水，各閘站人員、工程巡視人員、運(yùn)行服務(wù)單位應(yīng)隨時做好中斷供水的應(yīng)急措施。

　　3.3冰蓋形成階段的運(yùn)行過程與控制

　　3.3.1冰蓋形成方式的確定

　　冰蓋形成分為靜水形成冰蓋和動水形成冰蓋兩種。為保證輸水不間斷，需在渠道正常輸水條件下形成冰蓋，故采用動水形成冰蓋方式。在寒潮來到期間，將渠道的水流流速控制在結(jié)冰要求的條件范圍內(nèi)，保持渠道已形成冰蓋的水面穩(wěn)定，防止冰蓋形成過程中水流頂托冰蓋或脫空造成冰蓋破裂。

　　3.3.2冰蓋形成階段輸水調(diào)度與控制

　　(1)嚴(yán)格按照形成冰蓋期間水流控制要求調(diào)度，盡快使水面形成冰蓋，盡量減少封凍期間流冰輸水時間。

　　(2)形成冰蓋期間，盡量確保進(jìn)、出流量不變。若必須加大輸水流量時，待冰蓋厚度達(dá)到15cm以上，才可緩慢加大輸水流量，增加速度每天不能超過2m3/s。

　　(3)冰蓋形成期間，加強(qiáng)沿線冰蓋變形情況巡查，當(dāng)冰蓋撓曲變形過大，冰蓋有破裂危險(xiǎn)時應(yīng)停止增加流量，待冰蓋破裂部位自愈后再緩慢加大輸水流量。

　　3.4冰蓋下輸水階段的運(yùn)行過程與控制

　　3.4.1水位要求

　　冰蓋下輸水是水體在冰層覆蓋下流動而進(jìn)行的一種輸水方式。冰蓋形成后且輸水流量加大到冰期輸水目標(biāo)流量后，應(yīng)以恒定流量供水，并保持渠道水位基本穩(wěn)定，無大的波動起伏。在冰期目標(biāo)水位控制的基礎(chǔ)上，水位上浮不超過10cm，下浮不超過5cm。

　　3.4.2彎道、斷面形狀改變處冰情監(jiān)視

　　冰蓋下輸水階段，渠道沿線應(yīng)加強(qiáng)巡查，應(yīng)特別注意輸水明渠的彎道處，沿線建筑物進(jìn)口檢修閘、節(jié)制閘、控制閘以及其他輸水輪廓邊界斷面變化較大的部位結(jié)冰情況及水體含冰情況監(jiān)測，記錄冰面變化情況，發(fā)現(xiàn)異常隨時向調(diào)度中心報(bào)告。

　　3.4.3閘前水位監(jiān)視

　　冰蓋輸水期間應(yīng)加強(qiáng)閘前閘后水位變化情況監(jiān)視，密切關(guān)注每日10:00時與17:00時的水位變化，發(fā)現(xiàn)異常立即上報(bào)，保持上游水位和過閘流量基本穩(wěn)定。

　　3.4.4冰蓋破碎處理

　　若通水運(yùn)行過程中發(fā)生冰蓋破碎，會造成倒虹吸節(jié)制閘或其它建筑物進(jìn)口處形成冰塞，導(dǎo)致通水流量減小，甚至造成全線停水。當(dāng)發(fā)生冰塞事故時，立即報(bào)告調(diào)度中心，同時采取抬高冰塞渠道運(yùn)行水位，并組織搶險(xiǎn)隊(duì)伍采用潛水泵、高壓水槍、吊車，挖掘機(jī)等設(shè)備進(jìn)行破冰，直至冰塞快速消除。

　　3.5融冰階段的運(yùn)行過程與控制

　　進(jìn)入融冰階段后，入總干渠流量應(yīng)保持冰蓋輸水流量不變，各渠道融冰增加的水量應(yīng)通過調(diào)節(jié)控制閘閘門開度往下游渠段輸送。各控制閘閘前水位基本控制在冰期目標(biāo)水位，并緩慢向非冰期水位轉(zhuǎn)換。在此階段為預(yù)防萬一，各退水閘應(yīng)做好退水準(zhǔn)備。

　　4冰期輸水安全措施

　　4.1工程措施

　　(1)對非冰期通水期間已發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行處理，防止冰期輸水時凍脹作用或后期融冰期的融蝕作用對建筑物造成進(jìn)一步破壞，影響輸水。

　　(2)冰期輸水前完成沿線所有節(jié)制閘、退水閘等設(shè)施的調(diào)試(如熱油融冰設(shè)備)，具備正常運(yùn)行條件，確保各閘門開啟靈活，避免冰凍影響閘門操作及靈敏度。

　　(3)按照要求設(shè)置攔冰索、攔冰柵、并在沿線配置一定數(shù)量的破冰、排冰機(jī)械設(shè)備和人員，及時排除越過攔冰索的冰塊，防止冰塊進(jìn)入建筑物通水通道。

　　(4) 為及時發(fā)現(xiàn)和處理冰塞險(xiǎn)情，在可能發(fā)生冰塞險(xiǎn)情的區(qū)段應(yīng)增加值班人員和監(jiān)測手段，并保障全線退水閘、節(jié)制閘的通訊暢通。防止流冰直接撞擊進(jìn)水口和位于彎道上的交叉建筑物;保證排冰通道暢通，及時清除流冰期間浮積于水面的冰屑或冰花，防止形成冰塞。并合理安排臨時存冰場地，融冰水流通道、排冰通道等。

　　(5)對下滑嚴(yán)重的控制閘門應(yīng)進(jìn)行搶修，對下滑較輕的控制閘門要及時歸位，確保冰期運(yùn)行期間控制閘門的相對穩(wěn)定。

　　4.2管理措施

　　(1)加強(qiáng)現(xiàn)地調(diào)度值班力量，強(qiáng)化各自責(zé)任意識。

　　(2)制定冰期輸水運(yùn)行的冰期日報(bào)制度，明確不同氣溫條件下重點(diǎn)監(jiān)視部位、頻率和要求，特別注意流冰輸水及冰蓋形成期間的冰情、水情變化。

　　(3)保證沿線各退水閘能隨時投運(yùn)，明確發(fā)生不同險(xiǎn)情時的應(yīng)對措施。

　　(4)閘門隨時準(zhǔn)備啟動加熱設(shè)施，必要時采用保溫、采暖措施。

　　(5)保證供電設(shè)施、管理人員的生活設(shè)施滿足越冬要求。

　　5結(jié)語

　　通過對南水北調(diào)京石段工程冬季冰期輸水特點(diǎn)及不同階段冰期輸水運(yùn)行過程與控制措施進(jìn)行了論述，提出了冰期輸水安全運(yùn)行的對策，保證了冬季輸水的安全，使工程發(fā)揮了更大的效益。

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