李家岸灌区冬季带冰引水的实践与探索

李家岸灌区冬季带冰引水的实践与探索曹九岗王建华刘洪明 1 李家岸灌区冬季带冰引水的实践与探索

曹九岗，王建华，刘洪明

（山东省德州市李家岸灌区管理局，山东德州，251500）

摘要：在天气异常干旱的情况下，为了保证农田灌溉和人畜用水，李家岸灌区开展空前的带冰引水工作。在确保引水安全的同时，对冰凌冰坝的形成过程以及对引水的影响等做了一些科学实验。通过对整个带冰引水周期的观察以及试验数据的分析总结，得出冬季带冰引水的三阶段论，并对不同阶段的影响因素进行了分析，指出了带冰引水应对风险的方法措施，对指导今后的冬季带冰引水工作具有重要意义。

关键词：带冰引水；冰凌冰坝；李家岸灌区

中图分类号：S274 文献标识码：A

李家岸灌区是全国大型引黄灌区之一，位于德州市东部，设计流量100m3/s，设计灌溉面积21.4hm2，1972年建成引水。灌区辖德州市的齐河、临邑、陵县、乐陵、庆云、宁津等6个县（市），总人口180万人。灌区现有总干渠长108km，其中地上总干渠长47km，是目前管理的重点，也是这次带冰引水的防守重点。总干渠道渠底宽15-20m，边坡1:2.5，设计水深3.2-3.5m，纵坡降自上游至下游分别为1/5500、1/7300、1/12000。

1 2011年冬季带冰引水情况

2010年底，德州同全国很多地区一样，面临着百年不遇的特大干旱。为了抗旱保苗及满足灌区人畜饮水的需求，李家岸灌区展开了大规模的冬季带冰引水工作。与往年冬季引水情况相比其引水流量、引水时间、出现的险情以及采取的除冰抢险的措施都是空前的：一是整个冬季没有停止引水，其中带冰引水从2010年12月27日至2011年2月20日，共计55d。二是保持了相对稳定的引水流量。引水期间，保持了30m3/s左右的流量，确保了既不因流量过小而使河道全部封堵，又不致因流量过大水位过高而溃堤。三是采取了空前的破冰除险措施。虽然本次带冰引水流量不是很大，但总干渠运行水位很高，达到并超过设计水位。同时，由于局部形成冰坝，致使局部水位在高水位运行的基础上急剧上升，险象环生。为了确保安

收稿日期：2011-09-11

作者简介：曹九岗，男，高级工程师.E-mail：dzshuili6628@ 全，共出动挖掘机20余台破冰凌排冰坝，疏通渠道。通过采取科学有效的技术措施和强有力的组织措施，顺利地完成了冬季引水任务。共带冰引水1.37亿m³，有效地缓解了农田旱情，为庆云、乐陵水库送水1000多万m³，确保了两县的农村饮水需求。

2 冬季带冰引水险情发生的三个阶段

根据冰凌对引水的影响情况，带冰引水过程可分为三个阶段。

2.1 第一阶段——冰盖形成期

此阶段是指从开始有零星冰块（凌）开始，至水面冰盖形成这段时间。其主要特点是冰块随水流向下游漂浮，浮冰开始影响水的流速，水位开始上升，在障碍物处及水流变缓地段易形成冰坝，是引水最危险的时期。

李家岸灌区本次引水至12月27日时，由于连续的低温（最低温度-6~-9℃，平均温度连续6d低于0℃），开始有冰凌出现。同时，黄河冰凌不断进入渠道，进入带冰引水第一阶段。12月30日、31日，由于黄河水位上升和调水计划的原因，引水流量由原来的30m3/s先后增加至40m3/s和55m3/s。此时黄河来水冰凌进一步增多，整个渠道内充满了冰块堆叠的浮冰层，厚度达50cm，致使水位迅速上升，局部渠段超过设计水位0.5m，开始出现险情。随后几天，个别渠段出现冰坝，致使总干渠在高水位运行的基础上水位急速上升，险情进一步发展。

中国水利学会2011学术年会——大力推广节水节能技术促进农村水利现代化建设

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采用挖掘机排冰凌、破冰坝，疏通桥、涵、闸等措施解除了险情。

2.2 第二阶段——冰下过流期

在第一阶段末，由于天气持续降温，致使冰块冰凌结为一体，形成冰盖。冰盖下面形成一个比较稳定的过水断面，在引水流量变化不大的情况下，水位不会发生较大变化，局部也不会产生冰坝堆积现象。此阶段引水特点是水位比平时高，在流量变化不大的情况下比较稳定，是带冰引水比较稳定的时期。

2.3 第三阶段——冰盖融化期

在天气逐渐变暖时, 平均温度连续数天达到0℃以上，渠道冰盖开始明显融化并逐渐开裂、松动，最后导致冰盖分裂成较大的冰块体，并随水流漂浮。此时情况与第一阶段类似，但由于冰块体强度和厚度比第一阶段小，其形成的破坏力和危险程度比第一阶段要小。 此阶段的特点是水位进一步下降，局部有形成冰坝或者浮冰堆积导致水位上升的可能。要注意流量不能变化过大（特别是变大）。

带冰引水过程三阶段风险度示意图见下图：

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带冰引水过程风险度示意图

从图中可以看出：①在第一阶段后期，是引水最危险的时期；第三阶段是比较危险时期。②在流量维持不变的情况下，P 2几乎是个恒定值，且P 2

3 带冰引水三个不同阶段影响因素分析

带冰引水的危险程度受多方面的影响，主要4大因素，即环境温度、流量、渠道内部阻水因素及外部除冰疏通因素。风险度P 影响因素可以用下列公式表示：

P =f ( T ,Q ,Fn ,Fw ) （1） 其中:P 为带冰引水风险大小;T 为气温；Q 为引水流量; Fn 为渠道内部阻水因素，包括弯道、比降由陡变缓以及桥、闸等阻冰因素等；Fw 为外部除冰疏通措施;在引水三阶段过程中，四种因素都影响着引水的安全，但各个因素在不同阶段影响程度不同。 3.1 第一阶段

第一阶段4种因素对引水影响都很大：如果气温突降很多，浮冰厚度会增加，且易形成冰坝；引水流量增加过大，冰块冰凌堆积加快，形成冰坝的可能性

大大增加；渠道弯曲、由陡变缓以及桥、闸等阻冰处极易形成冰坝；外部除冰因素是疏通水流、确保引水安全的重要因素。

主要影响因素可表示为：P Ⅰ=f ( T ,Q ,Fn ,Fw )。 3.2 第二阶段

第二阶段最重要的因素就是流量Q 。只要维持一定流量大体保持不变，此时已形成固定冰盖，厚度可达30～50cm ，如果稳持一定流量不变（变幅不超过±10%），冰下过水断面保持相对稳定，水位不会发生大的变化，是最安全阶段。

主要影响因素可表示为：P Ⅱ=f (Q )。 (2) 3.3 第三阶段

第三阶段与第一阶段大体相同。由于此阶段属冰凌融化期，冰体的强度比第一阶段要小，形成冰坝的几率将降低，引水危险程度P 3要小于P 1。如果保持流量Q 不产生大的变化的情况下，是可以有效消除风险的。

4 试验观测

4.1 引水过程中水位的变化特征

从本次带冰引水实测资料分析看出，带冰引水期间，冰凌冰盖会减小过水断面，改变水流形态，影响