水利工程是用于控制和調配自然界的地表水和地下水，達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》中關于水利工程的初級職稱論文范文：南水北調京石段工程冰期輸水安全運行及控制措施。

　　摘要：在南水北調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，這嚴重影響冬季輸水安全。本文對冰期輸水過程中存在問題進行了詳細的研究和探討，并提出了相應的控制措施，對工程的安全運行具有十分重要的意義。

　　關鍵詞：冰期輸水,安全運行,控制措施

　　0引言

　　南水北調中線京石段應急供水工程是南水北調中線一期工程的組成部分，線路總長度約307.422 km。目前，擔負著自河北省崗南水庫、黃壁莊水庫、王快水庫、西大洋水庫4座水庫向北京應急供水的任務。近幾年，京石段工程已進行了三次通水，每次都經歷了冬季冰期輸水運行方式。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、流凌等冰情問題進行了研究和探討，并提出了相應對策，對工程的安全運行具有重要意義。

　　1冰期輸水的特點

　　京石段冰期輸水一般由11月中下旬開始，2月中下旬結束，持續時間約90天。暖冬年、平冬年和冷冬年冰蓋形成及融化過程不同，持續周期也不同。一般，冬季寒潮來臨時，氣溫下降，渠道內出現岸冰、流冰、冰蓋等冰情。已經進行的三次通水均形成了穩定冰蓋，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、冰蓋穩定期、融冰期。

　　當溫度降到0℃以下，就會形成岸冰和流冰，氣溫若繼續降到-8℃以下，并且持續5～8小時以上，流冰就會形成冰蓋。冰期輸水若調度不當，很容易發生冰塞、冰壩等險情，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。易發生冰塞的地段有彎道、斷面形狀改變處。當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，或渠道斷面突然擴大流速減緩，就可能發生冰塞。當輸水渠道結成冰蓋后，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鍵階段。

　　2.1冰期目標水位生成階段

　　冰期目標水位生成階段，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，即隨著氣溫繼續下降，總干渠由流冰逐漸形成穩定冰蓋的階段。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，即形成穩定冰蓋后繼續保持向北京輸水。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，即隨著天氣轉暖冰蓋逐漸融化，在此期間繼續保持向北京供水。

　　3不同階段安全運行及控制措施

　　3.1冰期目標水位生成階段運行過程及控制

　　依據京石段應急供水工程設計、臨時通水條件等有關要求， 自12月上旬開始，根據調度中心指令，利用5～7天的時間將總干渠明渠段水位抬升至冰期目標水位。

　　3.2流冰階段運行過程與控制

　　3.2.1流冰階段的水流狀態

　　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、以及控制設施節制閘、檢修閘等，在這些設施處，渠道斷面急劇縮窄，在流冰輸水情況下，當水內流冰達到一定密度時，極易在斷面縮窄處、彎道處、倒虹吸進口下潛段形成冰塞，危及渠道輸水安全。

　　3.2.3流冰階段輸水調度與控制

　　(1)水位控制。流冰輸水期間節制閘控制閘前水位基本穩定在冰期輸水目標水位運行。

　　(2)進出口流量控制。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)根據沿線工程情況，確定觀測冰情斷面，按照測報時間，內容及時測報。b)當日平均氣溫在1℃以下，日最低氣溫在-2℃以下時，渠道沿線加強巡查，特別注意輸水明渠的彎道處、沿線建筑物進口檢修閘、節制閘、控制閘以及其他輸水輪廓邊界斷面變化較大的部位結冰情況及水體含冰情況監測，發現冰塊或冰屑集中現象及時上報，并及時排除。

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

　　(5)隨時做好緊急中斷供水的應急措施。當水內流冰量大于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，應終止供水，各閘站人員、工程巡視人員、運行服務單位應隨時做好中斷供水的應急措施。

　　3.3冰蓋形成階段的運行過程與控制

　　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冰要求的條件范圍內，保持渠道已形成冰蓋的水面穩定，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度與控制

　　(1)嚴格按照形成冰蓋期間水流控制要求調度，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、出流量不變。若必須加大輸水流量時，待冰蓋厚度達到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，加強沿線冰蓋變形情況巡查，當冰蓋撓曲變形過大，冰蓋有破裂危險時應停止增加流量，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流量后，應以恒定流量供水，并保持渠道水位基本穩定，無大的波動起伏。在冰期目標水位控制的基礎上，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視

　　冰蓋下輸水階段，渠道沿線應加強巡查，應特別注意輸水明渠的彎道處，沿線建筑物進口檢修閘、節制閘、控制閘以及其他輸水輪廓邊界斷面變化較大的部位結冰情況及水體含冰情況監測，記錄冰面變化情況，發現異常隨時向調度中心報告。

　　3.4.3閘前水位監視

　　冰蓋輸水期間應加強閘前閘后水位變化情況監視，密切關注每日10:00時與17:00時的水位變化，發現異常立即上報，保持上游水位和過閘流量基本穩定。

　　3.4.4冰蓋破碎處理

　　若通水運行過程中發生冰蓋破碎，會造成倒虹吸節制閘或其它建筑物進口處形成冰塞，導致通水流量減小，甚至造成全線停水。當發生冰塞事故時，立即報告調度中心，同時采取抬高冰塞渠道運行水位，并組織搶險隊伍采用潛水泵、高壓水槍、吊車，挖掘機等設備進行破冰，直至冰塞快速消除。

　　3.5融冰階段的運行過程與控制

　　進入融冰階段后，入總干渠流量應保持冰蓋輸水流量不變，各渠道融冰增加的水量應通過調節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水位，并緩慢向非冰期水位轉換。在此階段為預防萬一，各退水閘應做好退水準備。

　　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現的問題進行處理，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一步破壞，影響輸水。

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

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

　　(4) 為及時發現和處理冰塞險情，在可能發生冰塞險情的區段應增加值班人員和監測手段，并保障全線退水閘、節制閘的通訊暢通。防止流冰直接撞擊進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)對下滑嚴重的控制閘門應進行搶修，對下滑較輕的控制閘門要及時歸位，確保冰期運行期間控制閘門的相對穩定。

　　4.2管理措施

　　(1)加強現地調度值班力量，強化各自責任意識。

　　(2)制定冰期輸水運行的冰期日報制度，明確不同氣溫條件下重點監視部位、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，明確發生不同險情時的應對措施。

　　(4)閘門隨時準備啟動加熱設施，必要時采用保溫、采暖措施。

　　(5)保證供電設施、管理人員的生活設施滿足越冬要求。

　　5結語

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

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