季节性冰冻河流航电枢纽工程防冻防冰问题研究报告简本

西部交通建设科技项目

合同号：2004 328 000 43

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季节性冰冻河流

航电枢纽工程防冻防冰问题研究

黑龙江省航务管理局

黑龙江省航务勘察设计院

二〇〇七年十二月

目 录

1项目背景 (1)

2项目开展过程 (2)

3项目承担、参加单位 (3)

4研究工作内容及实施方案 (3)

5项目总体目标 (4)

6项目研究取得的成果 (5)

7关键技术及创新点 (9)

8依托工程及其与科研结合情况 (10)

9项目效益 (11)

10应用及推广前景 (13)

1项目背景

松花江是我国东北第一大内河，是连接黑龙江、乌苏里江、第二松花江和嫩江航运的纽带。上世纪九十年代以来，松花江干流天然来水量呈减少趋势，加之两岸工农业用水量不断增长、人类活动和自然因素影响，又无大型控制性航电枢纽，部分河段枯水期被迫断航，断航天数逐年增加，严重影响到航运事业的发展。

1994年国家批复的《辽河、松花江流域水资源综合规划》提出了北水南调方案，提出2000年建设尼尔基水库，2010年建设哈达山水库，两水库向辽河调水65.67×108m3，为解决调水后松花江航运，在松花江干流上拟布设涝洲、大顶子山、依兰、悦来等低水头枢纽工程。

松花江属季节性冰冻河流，每年11月下旬封江，翌年4月上旬开江，每年开封江前后有一个月左右的流冰期，封冻期140天左右，流冰与冰冻会给航电枢纽金属结构、建筑物、枢纽通航等带来许多不利的影响，直接影响到枢纽建设和通航期，甚至可能造成水电工程事故、建筑物损坏等，冰冻冰害问题已成为影响枢纽安全运行的亟待解决的世界性重大技术课题之一。

《季节性冰冻河流航电枢纽工程防冻防冰问题研究》是2004年度西部交通建设科技项目。项目依托我国季节性冰冻河流建设的首座航电枢纽工程---松花江大顶子山航电枢纽工程，国内首次针对船闸防冰防冻、水库蓄冰处理、枢纽导冰、冰对船闸作用荷载等问题展开研究，以解决依托工程建设中存在的关键技术难题，确保工程建设顺利进行，并为类似工程实践提供技术参考和借鉴。

图1 松花江干流航道发展规划图

图2 松花江大顶子山航电枢纽工程全景图

2项目开展过程

2004年2月，提交项目立项申请书。2004年10月，可行性研究报告通过了交通部西部交通建设科技项目管理中心组织的专家评审。同月，交通部科教司与黑龙江省航务管理局、黑龙江省航务勘察设计院签订《季节性冰冻河流航电枢纽工程防冻防冰问题研究任务书（合同）》。2005年1月，项目工作大纲通过黑龙江省交通厅组织的专家评审。项目研究过程中得到了交通部主管部门领导及专家的关心与重视，西部项目管理中心多次进行中间检查和具体指导。在项目领导小组的统一领导

下，全体研究单位团结一致，联合攻关，克服了时间紧、任务重、难度大等困难，至2007年6月，按期圆满完成了研究任务。2007年8月31日，项目通过黑龙江省交通厅组织的专题报告专家评审。2007年11月23日，项目通过西部交通建设科技项目管理中心组织的专家验收鉴定，研究成果总体上达到国际先进水平。

3项目承担、参加单位

项目承担单位：

黑龙江省航务管理局

黑龙江省航务勘察设计院

项目参加单位：

天津大学建筑工程学院

交通部天津水运工程科学研究所

黑龙江省寒地建筑科学研究院

研究中，充分发挥建设、管理、科研、生产、设计单位联合攻关优势和研究人员的潜能，充分利用先进的仪器设备、研究手段，各单位做到团结合作，紧密配合。

4研究工作内容及实施方案

4.1研究工作内容

专题一：冰冻河流枢纽船闸防冰措施的研究

主要研究内容：①船闸防冰措施研究；②船闸越冬问题研究。

专题二：冰冻河流枢纽水库蓄冰处理及导冰技术研究

主要研究内容：①枢纽库区蓄冰规律及库区浮冰堆、冰塞成因分析；

②枢纽导冰技术研究。

专题三：冰对船闸作用荷载的研究

主要研究内容：①研究河段冰的相关力学参数的确定；②冰对船闸引航道导堤堤头作用荷载研究；③冰的膨胀力对船闸闸室的影响研究。

4.2实施方案

1、技术路线

本项目研究紧密围绕依托工程开展研究工作，采用国内外调研、资料整理与分析、理论探讨、原型观测和实验、数学模型计算、物理模型试验研究以及总结提高相结合的技术路线。

2、实施方案

(1)国内外调研、收集资料；

(2)闸门防冻防冰试验、引航道破冰排冰实验及船闸无水越冬试验，研究船闸防冰措施；

(3)断面测量、静冰、动冰观测、破冰、导冰实验，研究库区蓄冰处理及枢纽导冰技术；

(4)原型冰观测、堤头及桥墩冰荷载试验、闸室数模试验等手段相互验证，研究船闸闸室、堤头冰作用荷载；

(5)科研、生产、设计、管理、建设单位联合攻关，充分利用先进仪器设备、研究手段。

5项目总体目标

（1）本项目在冰冻河流枢纽船闸防冰措施、枢纽水库蓄冰处理及导冰技术方面取得具有创新性的成果，总体达到国际先进水平。

（2）研究成果为大顶子山航电枢纽的建设提供可靠的技术支持和保障，初步确定大顶子山航电枢纽船闸闸门防冰措施、闸室和引航道的排冰措施、水库蓄冰处理及导冰技术方案。通过这些措施的实施，在枢纽正常运转期内累计可减少经济损失4000余万元。

（3）研究成果将应用于松花江干流其他枢纽的前期工作和设计中，可节省前期工作量和投资，提高设计效率；

（4）在本项目研究过程中，所取得成果及总结的经验将为其他类似冰冻河流的航运开发建设提供技术储备，为航运事业的可持续发展奠定良好基础。

（5）本项目部分成果填补了我国在该领域的研究空白，缩短了与其他国家的差距，同时进一步丰富了冰工程理论，为冰问题的研究提供重要的基础理论和数据。

6项目研究取得的成果

6.1主要研究成果

专题一：试验验证气泡喷射装置、潜水泵射流等挠动水面防冻法及电热管加热、电热管外挂法在不同条件下的防冰效果、优缺点、影响因素分析；提出船闸闸室无水越冬和有水越冬方案；提出船闸有水越冬时，开江期闸室及引航道可利用破冰船、人工或机械方法破冰，再利用船舶航行将浮冰带走或其他特殊设备进行排冰。

图3 气幕法防浮冰试验