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【摘 要】 根据新疆阿克蘇河的气象、冰情、环境等特征，结合当地的实际情况，总结本河流域多年冬季运行的经验，从设计建设和运行管理两个方面，提出冬季运行注意的问题和保障寒冷地区冬季运行的措施。
【关键词】 寒冷地区；引水渠道；冬季运行
【中图分类号】 TU714 【文献标识码】 D 【文章编号】 1727-5123（2013）04-095-02
新疆阿克苏河流域上游的阿合奇、乌什、温宿县为严寒地区（日最低气温低于-30℃），其余地区为寒冷地区（日最低气温低于-20℃）。主要引水渠首有玉山古西水利枢纽、别迭里拦河闸、秋格尔渠首、联合闸渠首、协合拉渠首、吐木休克渠首、多浪渠首、艾里西渠首等十三个引水渠首，约800km干渠分布在河道的上中游，主要引输水系统都担负着冬季发电用水的任务。因此，渠道的冬季（包括12月、次年1月、2月）安全引水运行一直是冬季发电安全运行、灌区冬灌、早春灌溉的主要问题。
根据河系气象特点，库玛拉克河上游温宿县沙瓦甫齐牧场河段、乌什县秋格尔渠首以上的托什河段为严寒地区，其主要是为山区和丘陵区；寒冷地区为出山口以下的冲积扇平原和河谷平原，冬季发电用水全部分布在出山口下游。本流域地方灌区发电全部为水电，火电由兵团和260km外的拜城、库车县供电。因此，冬季发电用水的安全运行是保证灌区工农业生产和生活用电至关重要的的问题。历史上1984年冬季发生强寒流，使灌区渠道结冰断流，造成全城停电，全城工厂停工、机关停止办公十余天、就连取暖用锅炉都无法保证最低工作时间，使大部分暖气管冻裂，损失巨大。五十余年来，灌区水利工作者在长期的渠道冬季运行中不断的总结经验，不断改进工作方法，积累了丰富的经验，现浅谈如下：
根据阿克苏河系水源产流特点，冬季河道水源主要是流域上游山区裂隙水、地下回归水和泉水组成，这些水由地下水直接溢出且流径短、水温相对较高（夏季为6～8℃，冬季为4～6℃），水量相对稳定、由于上游纵坡大、河床窄、流速快，一般不易结冰。随着河水流出山口后，下游纵坡逐渐变缓、河床逐渐变宽、流速变小，随着冬季低气温的影响，河水逐渐变冷结冰。伴随着冰积现象不断严重，最终影响到渠道安全运行。为了保证冬季发电供水，水管单位采取以下措施：
1 从水利工程设计建设方面考虑解决渠系建筑物冬季安全运行
1.1 引水枢纽宜选择在河床较稳定的平直段内，以防闸前冰凌堵塞，拦河溢流坝或导流堤需适当增加超高，应大于河道冰厚，避免因闸前进水受阻时坝顶溢流而造成翻水。
1.2 修建排冰设施：在河道、引水渠首、渠道上修建拦冰设施和除冰机械，对流冰期冰块进入渠道起到良好效果。
1.3 建设蓄冰库：在地形条件允许时，应考虑在上游建水库，以便冬季蓄冰，蓄冰库设计，不能仅以回水曲线形成的上游容积为界，应考虑到冰凌堆积和冰盖翘起后，冰凌仍可向上游堆积一段距离。蓄冰多时应及时排除。对于没有条件修建蓄冰库的引水枢纽，需考虑泄洪、排砂、拦冰和排冰措施。进水口应放在设计水位以下5～6m，以防止进水口控制设施的冻结和防止渠道引入冰块。建设蓄冰库可明显减少甚至消除渠道引入冰快现象，明显提高冬季渠道水流状况，阿克苏河胜利渠上，84年以前未修水库时，常出现冰阻溃堤事故，自85年西电厂水库运行后，冬季引水中未发生过冰阻溃坝事故。根据胜利渠建库前后多年运行经验，即使低温使渠道再次结冰，可推迟结冰时间36～48h。
1.4 修建电热闸墩除冰设施：冬季运行最严重和最易结冰的位置是闸墩与闸门的结合处，由于闸墩有一定的阻水作用，易起波浪和产生水雾，在寒冷天气中极易结冰，将导致闸门无法启闭，这对渠道安全运行极为不利，协合拉引水枢纽在闸墩闸门槽处埋设电热丝，在河道结冰期保持闸墩处与冰不相连，可保持闸处于受控状态，对建筑物冬季运行起到良好效果。
1.5 渠线选择：为保证电站冬季顺利排冰，引水渠应尽量将渠线选择在河谷的阳坡，利用冬季阳光的辐射来提高水温，减少再生冰。渠线应直、顺，当必须设置弯道时，其弯道半径宜大于10倍设计水面宽度，以避免冰块在弯道上堵塞；渠线宜布置在挖方段，不宜布置在填方段，避免冰盖推力而引起渠堤滑坡、渠道决口。阿瓦提县伯什力克渠下游引水渠道大多为填方，冬季运行时曾发生多起渠道决口事件，严重影响安全生产。而相距不远的胜利引洪渠，属低洼地形成的水渠，而从未发生溃渠事故，这是很好的见证。
1.6 渠道纵坡控制：结冰盖运行时，纵坡设计要根据地形条件、水能设计和工程造价，综合考虑选定，要以流速进行控制。输排冰运行时，纵坡采用前段陡些，以满足输冰流速要求，后段应在排冰闸前取20～40m的缓流段，以满足浮冰、排冰流速的要求。
1.7 渠道断面控制：为了防止冬季渠道水热量的散失，形成稳定的冰盖，采用窄深式弧形渠底矩形或梯形断面比较适宜，弧形渠底采用浆砌卵石结构，边坡采用混凝土结构，这样渠道抗冻性好，边坡比较光滑，渠道挂冰现象少，对安全运行有利。渠道超高大小，要充分考虑冬季渠底和渠岸自生冰凌对过水断面的影响，一般要求以大河的冰盖厚度再加大40～50cm作为超高，这样可以保证冰盖形成以后，渠道仍有足够的过水断面。并加宽渠堤，以便机械抢险操作。
农一师通过胜利渠、塔南总干渠多年运行认为渠道冬季过流断面按2～3倍扩大设计，效果更好。
1.8 流速控制：渠道设计流速的大小，主要按渠道运行方式而定。当引水渠采用输冰运行时，渠道流速可在1.0～1.5m/s，不能大于1.5m/s。对于结冰盖运行的渠道，渠道流速一般在0.6～0.8m/s，既缓流运行，又无冰塞现象。
2 运行管理方面采取措施
2.1 在引用河水时，应注意在渠首排冰，大冰块不可进入渠道，因为大冰块进入渠道遇泉水混合时将吸收大量热量而降低入渠泉水水温，在寒冷天气降温下渠水易造成二次结冰而影响渠道冬季安全运行。 2.2 冬季引用灌區回归水、地下水，与河水混用，可增加渠道冬季水温，有效防止渠道结冰。阿克苏河上的秋格尔渠首、联合闸渠首、吐木休克渠首、多浪渠首等引水工程，在历史上就有引用泉水、地下水的传统，有效的防止了渠道冬季结冰。运行五十年来，除1968年和1984年两次特大寒流造成冰冻无法运行外，其余年份均未发生冰封现象，甚至一般年份渠道无结冰现象，有效保障了渠道冬季安全运行。
冬季在渠首或沿渠提取地下水注入渠道水，也是提高冬季渠水水温保障渠道冬季安全运行的措施之一。
2.3 引水渠道结冰盖运行：渠道在每年12月上旬，随着气温逐渐降低，特别是遇上寒流，气温骤降，渠道浮冰连在一起形成冰盖，冰盖一般呈拱形，即冰盖表面为水平，岸边较厚，形成以渠边为拱座的拱形体，岸边冰厚达30cm以上，渠中心较薄。为了保持冰盖的稳定，必须保持稳定水位运行，根据各渠首多年冬季基本来水量确定入渠流量，多余水用以排冰，但由于水电站负荷不一，在电站外网突然甩负荷，使渠道水位上升，而增加负荷时又使水位下降，因此渠道水位有一定的变化，应尽量减少水位大幅升降，以免破坏冰盖。当渠道中心冰盖厚度达到20cm左右时，即可在冰盖上每隔150～250m打一直径为30cm的冰洞，这样当渠中水位变化时，冰洞可起调压作用。当水位降落时，冰洞进气消除负压，避免垮冰；当水位升高时，水就从冰洞溢出来，漫流在冰盖上的水，遇冷空气又结成冰，可以使冰盖加厚。一般后半夜负荷较低，这时候可减少泄水道的排水，有控制地增高渠道水位，使水流不断从冰洞溢出来，结成40～60cm的理想冰盖，进入冰盖运行期。
2.4 化冰期运行：春季化冰期一般在2月下旬到3月中旬，这期间主要是防止冰盖下塌结成冰坝而堵塞渠道。这就要求加强渠道巡视，疏通退水渠和尾水渠，打掉泄水道上的冰盖，从下游往上游排冰，如遇堵塞处或发现有冰盖下塌，尽量用人工疏通，打碎的冰块不宜太大，防止因疏冰而造成新的堵塞。
2.5 加强局部易积冰溃渠段的管理：根据多年经验，在渠道闸前、交叉建筑物、电站发电涌水段都是局部易积冰段，80%以上的溃渠事故都发生在这些地方，应特别加强管理。
2.6 建立冬季安全运行抢险制度：在冬季结冰期，要建立完善的巡渠抢险制度，封冰期要4小时巡渠一次，以免发生溃渠事故，在个别易积冰或涌冰渠段，要配置适量轮式反铲挖掘机值班，当遇到险情时挖掘机可随时到达现场排险。挖掘机挖铲需改用漏水挖斗，捞冰时水可迅速流走，只需将冰捞出渠外即可。
结束语：阿克苏河冬季严寒，负温历时长，冰害严重，但只要根据气象、水温、冰情、工程条件等，制定符合实际情况的电站设计和运行管理制度，妥善解决冰冻问题，严寒地区渠道的冬季运行是完全有保障的。
【关键词】 寒冷地区；引水渠道；冬季运行
【中图分类号】 TU714 【文献标识码】 D 【文章编号】 1727-5123（2013）04-095-02
新疆阿克苏河流域上游的阿合奇、乌什、温宿县为严寒地区（日最低气温低于-30℃），其余地区为寒冷地区（日最低气温低于-20℃）。主要引水渠首有玉山古西水利枢纽、别迭里拦河闸、秋格尔渠首、联合闸渠首、协合拉渠首、吐木休克渠首、多浪渠首、艾里西渠首等十三个引水渠首，约800km干渠分布在河道的上中游，主要引输水系统都担负着冬季发电用水的任务。因此，渠道的冬季（包括12月、次年1月、2月）安全引水运行一直是冬季发电安全运行、灌区冬灌、早春灌溉的主要问题。
根据河系气象特点，库玛拉克河上游温宿县沙瓦甫齐牧场河段、乌什县秋格尔渠首以上的托什河段为严寒地区，其主要是为山区和丘陵区；寒冷地区为出山口以下的冲积扇平原和河谷平原，冬季发电用水全部分布在出山口下游。本流域地方灌区发电全部为水电，火电由兵团和260km外的拜城、库车县供电。因此，冬季发电用水的安全运行是保证灌区工农业生产和生活用电至关重要的的问题。历史上1984年冬季发生强寒流，使灌区渠道结冰断流，造成全城停电，全城工厂停工、机关停止办公十余天、就连取暖用锅炉都无法保证最低工作时间，使大部分暖气管冻裂，损失巨大。五十余年来，灌区水利工作者在长期的渠道冬季运行中不断的总结经验，不断改进工作方法，积累了丰富的经验，现浅谈如下：
根据阿克苏河系水源产流特点，冬季河道水源主要是流域上游山区裂隙水、地下回归水和泉水组成，这些水由地下水直接溢出且流径短、水温相对较高（夏季为6～8℃，冬季为4～6℃），水量相对稳定、由于上游纵坡大、河床窄、流速快，一般不易结冰。随着河水流出山口后，下游纵坡逐渐变缓、河床逐渐变宽、流速变小，随着冬季低气温的影响，河水逐渐变冷结冰。伴随着冰积现象不断严重，最终影响到渠道安全运行。为了保证冬季发电供水，水管单位采取以下措施：
1 从水利工程设计建设方面考虑解决渠系建筑物冬季安全运行
1.1 引水枢纽宜选择在河床较稳定的平直段内，以防闸前冰凌堵塞，拦河溢流坝或导流堤需适当增加超高，应大于河道冰厚，避免因闸前进水受阻时坝顶溢流而造成翻水。
1.2 修建排冰设施：在河道、引水渠首、渠道上修建拦冰设施和除冰机械，对流冰期冰块进入渠道起到良好效果。
1.3 建设蓄冰库：在地形条件允许时，应考虑在上游建水库，以便冬季蓄冰，蓄冰库设计，不能仅以回水曲线形成的上游容积为界，应考虑到冰凌堆积和冰盖翘起后，冰凌仍可向上游堆积一段距离。蓄冰多时应及时排除。对于没有条件修建蓄冰库的引水枢纽，需考虑泄洪、排砂、拦冰和排冰措施。进水口应放在设计水位以下5～6m，以防止进水口控制设施的冻结和防止渠道引入冰块。建设蓄冰库可明显减少甚至消除渠道引入冰快现象，明显提高冬季渠道水流状况，阿克苏河胜利渠上，84年以前未修水库时，常出现冰阻溃堤事故，自85年西电厂水库运行后，冬季引水中未发生过冰阻溃坝事故。根据胜利渠建库前后多年运行经验，即使低温使渠道再次结冰，可推迟结冰时间36～48h。
1.4 修建电热闸墩除冰设施：冬季运行最严重和最易结冰的位置是闸墩与闸门的结合处，由于闸墩有一定的阻水作用，易起波浪和产生水雾，在寒冷天气中极易结冰，将导致闸门无法启闭，这对渠道安全运行极为不利，协合拉引水枢纽在闸墩闸门槽处埋设电热丝，在河道结冰期保持闸墩处与冰不相连，可保持闸处于受控状态，对建筑物冬季运行起到良好效果。
1.5 渠线选择：为保证电站冬季顺利排冰，引水渠应尽量将渠线选择在河谷的阳坡，利用冬季阳光的辐射来提高水温，减少再生冰。渠线应直、顺，当必须设置弯道时，其弯道半径宜大于10倍设计水面宽度，以避免冰块在弯道上堵塞；渠线宜布置在挖方段，不宜布置在填方段，避免冰盖推力而引起渠堤滑坡、渠道决口。阿瓦提县伯什力克渠下游引水渠道大多为填方，冬季运行时曾发生多起渠道决口事件，严重影响安全生产。而相距不远的胜利引洪渠，属低洼地形成的水渠，而从未发生溃渠事故，这是很好的见证。
1.6 渠道纵坡控制：结冰盖运行时，纵坡设计要根据地形条件、水能设计和工程造价，综合考虑选定，要以流速进行控制。输排冰运行时，纵坡采用前段陡些，以满足输冰流速要求，后段应在排冰闸前取20～40m的缓流段，以满足浮冰、排冰流速的要求。
1.7 渠道断面控制：为了防止冬季渠道水热量的散失，形成稳定的冰盖，采用窄深式弧形渠底矩形或梯形断面比较适宜，弧形渠底采用浆砌卵石结构，边坡采用混凝土结构，这样渠道抗冻性好，边坡比较光滑，渠道挂冰现象少，对安全运行有利。渠道超高大小，要充分考虑冬季渠底和渠岸自生冰凌对过水断面的影响，一般要求以大河的冰盖厚度再加大40～50cm作为超高，这样可以保证冰盖形成以后，渠道仍有足够的过水断面。并加宽渠堤，以便机械抢险操作。
农一师通过胜利渠、塔南总干渠多年运行认为渠道冬季过流断面按2～3倍扩大设计，效果更好。
1.8 流速控制：渠道设计流速的大小，主要按渠道运行方式而定。当引水渠采用输冰运行时，渠道流速可在1.0～1.5m/s，不能大于1.5m/s。对于结冰盖运行的渠道，渠道流速一般在0.6～0.8m/s，既缓流运行，又无冰塞现象。
2 运行管理方面采取措施
2.1 在引用河水时，应注意在渠首排冰，大冰块不可进入渠道，因为大冰块进入渠道遇泉水混合时将吸收大量热量而降低入渠泉水水温，在寒冷天气降温下渠水易造成二次结冰而影响渠道冬季安全运行。 2.2 冬季引用灌區回归水、地下水，与河水混用，可增加渠道冬季水温，有效防止渠道结冰。阿克苏河上的秋格尔渠首、联合闸渠首、吐木休克渠首、多浪渠首等引水工程，在历史上就有引用泉水、地下水的传统，有效的防止了渠道冬季结冰。运行五十年来，除1968年和1984年两次特大寒流造成冰冻无法运行外，其余年份均未发生冰封现象，甚至一般年份渠道无结冰现象，有效保障了渠道冬季安全运行。
冬季在渠首或沿渠提取地下水注入渠道水，也是提高冬季渠水水温保障渠道冬季安全运行的措施之一。
2.3 引水渠道结冰盖运行：渠道在每年12月上旬，随着气温逐渐降低，特别是遇上寒流，气温骤降，渠道浮冰连在一起形成冰盖，冰盖一般呈拱形，即冰盖表面为水平，岸边较厚，形成以渠边为拱座的拱形体，岸边冰厚达30cm以上，渠中心较薄。为了保持冰盖的稳定，必须保持稳定水位运行，根据各渠首多年冬季基本来水量确定入渠流量，多余水用以排冰，但由于水电站负荷不一，在电站外网突然甩负荷，使渠道水位上升，而增加负荷时又使水位下降，因此渠道水位有一定的变化，应尽量减少水位大幅升降，以免破坏冰盖。当渠道中心冰盖厚度达到20cm左右时，即可在冰盖上每隔150～250m打一直径为30cm的冰洞，这样当渠中水位变化时，冰洞可起调压作用。当水位降落时，冰洞进气消除负压，避免垮冰；当水位升高时，水就从冰洞溢出来，漫流在冰盖上的水，遇冷空气又结成冰，可以使冰盖加厚。一般后半夜负荷较低，这时候可减少泄水道的排水，有控制地增高渠道水位，使水流不断从冰洞溢出来，结成40～60cm的理想冰盖，进入冰盖运行期。
2.4 化冰期运行：春季化冰期一般在2月下旬到3月中旬，这期间主要是防止冰盖下塌结成冰坝而堵塞渠道。这就要求加强渠道巡视，疏通退水渠和尾水渠，打掉泄水道上的冰盖，从下游往上游排冰，如遇堵塞处或发现有冰盖下塌，尽量用人工疏通，打碎的冰块不宜太大，防止因疏冰而造成新的堵塞。
2.5 加强局部易积冰溃渠段的管理：根据多年经验，在渠道闸前、交叉建筑物、电站发电涌水段都是局部易积冰段，80%以上的溃渠事故都发生在这些地方，应特别加强管理。
2.6 建立冬季安全运行抢险制度：在冬季结冰期，要建立完善的巡渠抢险制度，封冰期要4小时巡渠一次，以免发生溃渠事故，在个别易积冰或涌冰渠段，要配置适量轮式反铲挖掘机值班，当遇到险情时挖掘机可随时到达现场排险。挖掘机挖铲需改用漏水挖斗，捞冰时水可迅速流走，只需将冰捞出渠外即可。
结束语：阿克苏河冬季严寒，负温历时长，冰害严重，但只要根据气象、水温、冰情、工程条件等，制定符合实际情况的电站设计和运行管理制度，妥善解决冰冻问题，严寒地区渠道的冬季运行是完全有保障的。