劉元亮

（遼寧省大連市碧流河水庫管理局，116221，普蘭店）

碧流河水庫是遼寧省大連市最大的水源地，位于大連普蘭店市雙塔鎮(zhèn)與莊河市荷花山鎮(zhèn)分界的碧流河干流上，是一座以城市供水、防洪為主，兼有發(fā)電、養(yǎng)魚等綜合效益的大型水利樞紐工程。水庫主體工程由主壩、副壩、泄水建筑物（溢洪道、輸水洞、放水底孔）及水電站組成，總庫容9.34億m3，控制流域面積2 085 km2，多年平均年降水量780 mm，年平均溫度8.4℃，最低溫度為-23.5℃，冰封庫區(qū)一般在12月下旬至次年3月中旬，最大冰厚0.3～0.73 m。為防止冰壓力對(duì)溢洪道9扇弧形鋼閘門（10.1 m×12.0 m）的破壞，必須采取防冰措施。

一、冰壓力對(duì)鋼閘門的破壞

水結(jié)冰時(shí)其體積約增加9%，但水在變成冰的過程中，冰體的壓力并不很大。隨著氣溫的降低，冰的溫度下降，體積變小。當(dāng)溫度再升高時(shí)冰則膨脹，如果發(fā)生阻礙冰體膨脹的情況，就產(chǎn)生了作用在鋼閘門上的冰壓力。冰壓力分為靜冰壓力和動(dòng)冰壓力。靜冰壓力指冰蓋層膨脹對(duì)鋼閘門表面產(chǎn)生的冰壓力，靜冰壓力的數(shù)值與冰原、開始升溫時(shí)的氣溫及氣溫上升率有關(guān)。動(dòng)冰壓力是指冰蓋層解凍后，冰塊漂流撞擊鋼閘門時(shí)產(chǎn)生的撞擊力。

冰層與閘門牢固結(jié)凍后，當(dāng)氣溫升高時(shí)，閘門將受到靜冰壓力影響；當(dāng)水位升降時(shí)，冰層會(huì)產(chǎn)生上抬力或下拉力，特別是兩種力同時(shí)反復(fù)發(fā)生時(shí)，將導(dǎo)致閘門產(chǎn)生變形，閘墩產(chǎn)生裂縫。每當(dāng)冬季來臨，我國北方寒冷地區(qū)的水庫都存在冰壓力對(duì)閘門產(chǎn)生破壞的現(xiàn)象。所以必須采取防冰措施，以盡量避免和減少閘門前的冰壓力，確保閘門安全越冬。

二、冬季鋼閘門的防護(hù)措施

常見防護(hù)措施主要有壓力充氣法、壓力充水法、機(jī)械人工破冰法。

①壓力充氣法。通過空氣壓縮機(jī)壓縮空氣，使表層水和下層水形成強(qiáng)制對(duì)流，防止閘門前的水結(jié)冰。

②壓力充水法。用潛水泵把庫區(qū)內(nèi)底層溫度較高的水，通過設(shè)置在閘門前水面附近帶有小孔的鋼管進(jìn)行噴射，攪動(dòng)和加熱閘門前的表層水，以防結(jié)冰。

③機(jī)械人工破冰法。在閘門前用破冰機(jī)械和人工開鑿冰槽，減小冰壓力。該方法適用于冰層活動(dòng)頻繁、冰層較厚或防冰設(shè)備出現(xiàn)故障的情況，屬于應(yīng)急措施，實(shí)施中危險(xiǎn)性較大，必須采取安全措施，確保人身安全。開鑿冰槽時(shí)必須全線開通，不允許破開一段，保留一段，否則易造成應(yīng)力集中，在未開鑿冰槽處對(duì)閘門局部會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重破壞。

三、碧流河水庫閘門防冰具體做法

1.主要設(shè)備配備及功能

碧流河水庫配有主空氣壓縮機(jī)2臺(tái)，其中一臺(tái)作為備用；副空氣壓縮機(jī)1臺(tái)，其工作狀態(tài)為間歇式，即在主空氣壓縮機(jī)停止輸氣時(shí)，由副空氣壓縮機(jī)（氣泵）向管內(nèi)補(bǔ)充氣壓，使系統(tǒng)內(nèi)氣壓保持在0.01～0.05 MPa之間，確保管路系統(tǒng)始終處于有壓狀態(tài)，以防止管內(nèi)產(chǎn)生冰阻現(xiàn)象。還需設(shè)置儲(chǔ)氣罐1個(gè)，起到緩沖氣壓作用；氣液分離器1個(gè)，起到凈化空氣作用。

2.具體做法

根據(jù)當(dāng)?shù)囟練鉁兀_定空氣壓縮機(jī)型號(hào)。碧流河水庫選取型號(hào)IV—3/8（排氣量 3 m3/min，額定壓力0.8 MPa，軸功率19 kW）空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生滿足防冰用的壓縮空氣，通過φ50輸水管線連接儲(chǔ)氣罐，經(jīng)過氣液分離器再連接主管線，把氣流輸送至9孔閘門前，以每孔2根φ14塑管把壓縮空氣輸入至閘門前3～4 m深水中，通過壓縮空氣使表層水和下層水形成強(qiáng)制水流攪動(dòng)，以防結(jié)冰。

3.開機(jī)時(shí)間確定

通常當(dāng)氣溫降至-10℃時(shí)，24 h內(nèi)開機(jī) 2～3 次，每次 1～1.5 h；氣溫降至-15℃時(shí)，24 h內(nèi)開機(jī) 3～4次， 每次1.5～2小時(shí)；氣溫降至-23℃時(shí)，24 h內(nèi)開機(jī)4～5次，每次2 h左右。隨著氣溫下降，開機(jī)次數(shù)、開機(jī)時(shí)間也隨之增加、延長。根據(jù)本地區(qū)氣溫變化情況，通過長期摸索，即可全面掌握在不同氣溫下開機(jī)次數(shù)、開機(jī)時(shí)間。

四、結(jié) 語

碧流河水庫于1983年落閘正式蓄水，1986年工程竣工移交水庫管理局，1986—1998年閘門防冰采用壓力充水法，1999年至今采用壓力充氣法，兩種方法使用年限均較長。實(shí)踐證明，壓力充水法存在著潛水泵數(shù)量多、維修量大的問題。水泵一旦密封不好，進(jìn)水將導(dǎo)致潛水泵不能正常工作，同時(shí)更換潛水泵費(fèi)時(shí)費(fèi)力，危險(xiǎn)性較大。采取壓力充氣法，具有設(shè)備簡單、安裝操作方便、節(jié)省人力、危險(xiǎn)性小、投資少、維修費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，因此建議閘門防冰采取壓力充氣法。

[1]王文珂.扎實(shí)做好啟閉機(jī)使用許可管理工作維護(hù)水利工程運(yùn)行安全[J].中國水利，2011（8）.