攔冰索在冬季引黃輸水中的應用

高學飛，孟國強

（河北省南運河河務管理處，河北 滄州 061001）

攔冰索在冬季引黃輸水中的應用

高學飛，孟國強

（河北省南運河河務管理處，河北 滄州 061001）

河流結冰產生的冰凌對建筑物的膨脹壓力及流冰對建筑物的撞擊力，都因超過建筑物本身的強度而發(fā)生破壞。同時，冰凌也會給河道引水造成困難。常見的現(xiàn)象是河道因結冰而使流速減緩，流量降低，影響過水能力，甚至河道被冰塞堵塞，而斷絕水流。該文從攔冰索選址、布設、作用、觀測與分析幾個方面入手，對在冬季引黃輸水中的應用進行了分析。

引黃輸水；冰期輸水；攔冰索

南運河作為引黃的主要線路，每年都經歷著冰期輸水調度的問題，特別是潘莊引黃線路中山東段出現(xiàn)大面積冰塞冰壩現(xiàn)象，致使河北段南運河水位、流量急速下降，隨時都有可能發(fā)生險情，本文對冰期安全、冰蓋的穩(wěn)定性、冰期輸水的運行調度進行分析。

2010～2012年南運河輸水渠道進行了流冰花、水內冰、冰厚等項目的觀測，2013年冬季在南運河5處彎道和大浪淀引水渠上做了彎道成冰規(guī)律與攔冰索攔冰效果觀測。在此次觀測基礎上對攔冰索的攔冰效果進行分析。

1 攔冰索選址

南運河屬蜿蜒型河道，河勢蛇曲，彎道眾多，對觀測與分析數(shù)據影響較大，為此將攔冰索設置在河道比較順直、斷面變化較小的南運河支渠大浪淀引水渠上，位置距離大浪淀水庫抽水泵站上游約500m處。

2 攔冰索布設

當前采用的攔冰索主要由松木和鋼絲繩組成。松木每根直徑20cm，垂直斷面處有三根圓木上下綁扎，平行斷面處由圓木相互搭接綁扎而成，兩岸埋設地錨，分別用兩根鋼絲繩固定。

3 攔冰索的作用

冰塞、冰壩是高緯度地區(qū)冬季河流最嚴重的冰害問題。冰塞、冰壩等冰害會大大降低河道的過流能力，引發(fā)河道水位急劇上漲，嚴重時導致冰凌漫堤，對水工建筑物和堤岸造成嚴重破壞。

攔冰索的作用是為了更好地實現(xiàn)冰期安全穩(wěn)定輸水，避免漂移冰體對結構物造成損害，避免發(fā)生冰塞、冰壩等極端冰害。首先在流冰發(fā)生初期，在河道斷面處人為設置一道道屏障攔截流冰，以阻滯冰絮，使流冰面不斷向上游蔓延，促進穩(wěn)定冰蓋早日形成；其次，在融冰期可以攔截冰凌，降低極端冰害發(fā)生的可能性。

4 攔冰索觀測與分析

4.1 觀測結果

觀測始于2013年12月22日，據滄州市氣象局預報22日晚間有一次強降溫，最低溫度達-10℃，根據當時下午16:00時的觀測，此時河面已有流冰漂浮，流冰強度不高，流冰疏密度20%，流冰速度較快，最大0.6m/s，最小0.4m/s，流冰漂至攔冰索處無法有效地阻攔冰體的行進，僅是在與漂移冰體初始接觸時刻降低了其行進速度，隨后大部分流冰從攔冰索中間流速最快的地方穿過攔冰索，少部分流冰從攔冰索兩側流過。

2013年12月23日凌晨1:00左右，情況依然未發(fā)生變化。到凌晨2:00以后河面發(fā)現(xiàn)有大面積流冰流過，流冰疏密度逐漸增大達到40%以上，最大的單片流冰占到河道斷面50%以上，且流冰強度較高，厚度0.8cm，由于當時最大流速達0.65m/s，攔冰索攔冰效果依然不明顯；凌晨4:00左右，在流速最慢的右岸0.45m/s，首先有流冰被攔截，形成一個2m×6m的冰面，中間流速由于達到0.65m/s，一些流冰在中間攔冰索下穿過，到凌晨5:00，兩岸流速分別為0.375m/s和0.475m/s，均有流冰被攔截形成冰面，中間流速0.65m/s，有20m的敞露河口；至凌晨7:00，左、中、右岸流速分別為0.43，0.6，0.33m/s，中間開始有流冰被攔截，上午8:00攔冰索前已形成25m的封凍面，封凍面右岸因流速慢，流冰首先在右岸形成長條狀封凍面，后逐漸向中心推進，上游來冰在河中心位置有部分在封凍面下穿越，到上午10:00封凍面推進至距攔冰索100m處，停止推進，后由于發(fā)現(xiàn)渠道流速增大，中間最大流速達到0.72m/s，此時冰蓋中間處形成一個三角形缺口，后續(xù)大量流冰在缺口處堆積，瞬間潛入冰蓋下，在冰蓋下堆積，并在冰蓋前端與攔冰索下游流冰處發(fā)現(xiàn)攔冰索下游流冰量明顯減少。中午12：00，氣溫開始回升，岸冰開始有融化，河道平均流速超過0.6m/s，13:00由于岸冰邊緣融化冰蓋與岸邊摩擦力減小和冰蓋下堆積物加大了冰層的推進力及高流速等多方面的影響，攔冰索超過其極限攔冰能力，封凍面沖斷攔冰索飄向下游。

2013年12月23日15:30，在相同位置設置了攔冰索，并對鋼絲繩及地錨進行了加固，通過觀察，情況同第1次觀測未發(fā)生太大變化；24日10:00封凍面推進至95m后，停止推進，11:00后流速加大，超過0.6m/s，13:00攔冰索在此被沖斷。

4.2 分析

（1）當河道流量超過0.6m/s時，攔冰索攔冰效果不明顯，流冰不易被阻攔。

（2）當流速在0.6m/s時，攔冰索的有效攔冰距離100m，且由于降溫初期日夜溫差大，隨著白天氣溫回升，攔冰索拉力達到最大極限，容易被流冰沖斷。

（3）如果在高流速下強行攔冰，情況很危險，高流速下，大部分后續(xù)來冰，會在封凍面前沿下潛至冰蓋下，并在冰蓋下表面積聚，這種情況下，封凍面前冰凌堆積體將會自底部開始增厚，導致冰蓋下過水斷面阻塞，因此攔冰索在冰凌堆積體達到一定程度時失效，是有利于工程安全的。因為攔冰索攔冰的實質是人工制造了冰塞條件，當冰凌堆積體較多時，如若仍然強行阻止冰凌的運動，最終將導致嚴重冰塞危害發(fā)生。

5 結語

（1）在河道內以一定的間距分布式布置攔冰索，在渠道運行調度面的配合下，結冰期可以促進穩(wěn)定冰蓋的早日形成；融冰期，可以減小冰塞危害發(fā)生的可能性。

（2）渠道內斷面平均流速應控制在0.6m/s以下，使上游產生的薄冰片漂浮于水面，到達冰蓋前緣或攔冰索處，不潛入水中，而停滯在冰蓋前緣呈疊瓦狀堆積，冰面堆積到一定厚度后，逐漸向上游發(fā)展，并形成冰蓋，以避免冰蓋前緣冰花下潛并向下游輸移，以利于初冬薄冰蓋快速地形成穩(wěn)定層。

（3）通過合理的調度，在初冬季節(jié)某一個時段暫時停止供水，促使渠道水域一次形成封閉的冰蓋，然后在封閉的冰蓋下恢復輸水。

（4）針對不同原因和不同建筑物的冰害，采取不同的措施和方法防止其發(fā)生，包括非工程措施和工程措施。非工程措施主要包括：加強水情和冰情的監(jiān)測預報、做好調度和運行工作等。工程措施主要包括：破冰，設置攔冰索，加固建筑物基礎及采用新型的建筑物的結構形式等。

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［4］楊麗萍.輸水渠道攔冰索模型試驗及攔冰厚度預測研究［D］.天津:天津大學，2010.

［5］穆祥鵬，陳文學，崔巍，等.南水北調中線工程冰期輸水特性研究［J］.水利學報，2011（11）:1295-1301.

Application of ice-block cable in the water diversion from Yellow River in w inter

GAO Xue-fei，MENG Guo-qiang
（ManagementOffice of Nanyun River in Hebei Province,Cangzhou 061001,China）

The river ice flood has the swelling pressure and impact force on the buildings，itwill destroyed the structure when the pressure and impact force more than the strength of the building itself.Due to the river freezing，the current speed fell and flow rate decreased，influence the discharge capacity，even the river ice jams and cut off the flow.This pa-per analyzes the application of ice-block cable in thewater diversion from Yellow River in winter respectively from the as-pects of location，layout，function，observation and analysis.

water diversion from Yellow River；water diversion during ice period；ice-block cable

TV672

B

1672-9900（2015）01-0022-02

2014-10-23

高學飛（1978-），男（漢族），河北滄州人，工程師，主要從事工程管理、引黃輸水管理、工程設計、工程審批等工作，（Tel）13785706969。