浅论南水北调中线干线涞涿段冰期输水措施

水利发展研究2016·12浅论南水北调中线干线涞涿段冰期输水措施孔佑鹏，何延平(1．南水北调中线干线工程建设管理局北京分局，北京100038；2．水电四局明珠物业公司，河北保定072750)摘要：南水北调中线干线涞涿段是南水北调中线干线的组成部分，从2008年南水北调京石段工程通水以来，中线工程涞涿段已经历了6次冰期输水，冰期运行状况正常。冰期输水通过采取输水调度措施，严格控制水位的变幅，在干渠冰盖形成后通过高水位、低流速调度输水，同时通过在节制闸、控制闸室弧形闸门等处安装闸门门槽加热设备，在闸门前设置增氧扰动设备，配备人工捞冰和破冰机械设备等措施，确保冬期稳定输水。关键词：南水北调中线工程；冰期输水；涞涿段do|：10．13928／j．cnki．wrdr．2016．12．010中图分类号：TV672(222)文献标识码：B文章编号：1671—1408(2016)12—0030041概况南水北调中线干线涞涿段工程(河北境内)是南水北调中线干线京石段的组成部分，工程位于保定市涞水县、涿卅l市境内，桩号K435+716一K464+326，渠道长28．61km。渠段内有河渠交叉建筑物4座、左排建筑物12座、隧洞1座、渠渠交叉建筑物11座、分水口2座、节制闸1座、退水闸1座。从2008年南水北调中线京石段应急供水运行以来，涞涿段经历6次冰期运行，2014年前的运行流量一般不大于20m／s，渠道处于高水位低流速运行状态，水面较易形成冰盖，降低了流冰的影响。渠道具有较大的过流余量，结冰对过流能力的影响不突出。2015年冰期，京石段中线工程加大了输水流量，入京流量约为30m／s，冰期输水流量突破了历年冬季输水最大流量。与往年冰期输水形成冰盖有所不同，当输水流量达到或接近设计值时，冰期输水运行的难度加大，极易发生冰塞、冰坝等危害，特别是倒虹吸、隧洞、闸门、渡槽等重点水工建筑物，及曲率半径较小的弯道、山区开挖、高填方等渠段。如何解决中线干线冰期输水的运行安全问题，满足各种复杂运行工况下水位一流量的控制要求，是保障南水北调中线工程安全高效运行必须重点研究的问题。2涞涿段气象条件南水北调中线干线总干渠涞涿段位于河北省中部偏西、太行山东麓北端，横跨保定市涞水县和涿州市。工程所在的涿州市年平均温度11．6oC。7月份温度最高，月平均温度为26．1oC。1月份气温最低，月平均温度零下5．4℃。年平均无霜期为178d。初霜最早在10月2日，最晚在10月27日。年平均地面温度为14．2℃。年平均冻土深度为40em。冻土时间最早在12月3日，解冻在来年3月11日，最长连续冻结122d。工程所在的涞水县属温带季风性气候区。年降水量500～600mm，该区每年11月或12月进入冬季，次年3月结束，冬季多晴天，气候干燥寒冷，降雨少。收稿日期：2016．10—27作者简介：孔佑鹏(1977一)，男，工程师，高级主管。3总干渠冰期输水冰情演变过程京石段总干渠冰情演变过程分为结冰期、封冻期和融冰期。其中，结冰期以岸冰、流冰花和冰花团及表面流冰层为主；封冻期以冰盖为主；融冰期以冰盖融冰为主。3．1结冰期总干渠内水面结冰期以岸冰、流冰花和冰花团，及表面流冰层为主，形成冰凌。结冰期由流冰期、初生岸冰期、岸冰期组成。(1)流冰期。冬季12月下旬开始，水温由初始温度降到零下0．5oC以下，为降温过程，尤其是水温低于零下1．5oC以后渠道水流表面开始有冰淞出现，当气温骤降时出现大的冰淞团及小块状冰凌，随着气温的下降，冰淞逐渐形成大块状冰凌，并随水流流动，形成流冰。(2)初生岸冰期。由于渠道河岸处流速较小，冰淞易在此处冻结连接在岸边形成冰层，称之为初生岸冰。(3)岸冰期。当气温继续保持在0oC以下或者持续下降时，随着时间的推移，初生岸冰会逐渐增厚并向河道中间发展，形成牢固的岸冰。气温持续下降至一8℃以下，且持续时间达到8h以上，岸冰开始生成。3．2封冻期封冻期是指初期水温由零下0．5℃降到零下0．2～0．4oC，稳封后，冰盖厚度增加，热量交换减小，热量达到动态平衡，水温保持在零下0．15～0．5℃之间，波动小，比较稳定，干渠开始形成冰盖。进入封冻期。3．2．1涞涿段冰盖形成特点2015年12月涞涿段渠道流速(0．65～0．45m／s)和流量(31～36In／s)比往年大，冰盖的形成过程不同于往年。往年流速较小(约O．3m／s)，冰盖主要由岸冰逐步向渠道中间延伸合拢形成。2015年流速较大，冰盖主要由上游漂来的流凌在渠道过水断面缩窄处(如建筑物进口渐变段)层叠堆积而成，并逐渐向上游延伸，冰盖的长度与上游来冰量的多少有直接关系。由于南拒马河渠道倒虹吸进口至上游坟庄河渠道倒虹吸出口约20km渠段基本为开敞式渠道(下车亭隧洞为无压洞)，形成的岸冰和流凌量较大，因此南拒马河渠道倒虹吸进口及上深度