河北省岗南水库管理局 050408
摘要：本文以北方水库（岗南水库）闸门冬季破冰为例，从安装、拆除、维修、运行、破冰效果等多个方面综合考虑，分析了人工破冰、机船破冰、潜水泵连接管路破冰、单孔单泵等破冰方法的优缺点，供北方地区水库冬季闸门破冰采取措施提供选择。
关键词：北方水库；闸门；破冰
在我国北方地区冬季水库的放水闸前普遍存在结冰现象，冰的厚度在几公分到几十公分不等，如果不能及时清除闸门前的冰，冰的巨大压力有可能造成闸门变形，影响闸门正常运行。采取什么措施消除闸门前的冰呢？下面以岗南水库冬季闸前破冰措施为例，分析多种破冰措施，为北方地区水库闸门冬季破冰提供选择。
1、水库工程概况
岗南水库位于河北省平山县境内，坐落于海河流域子牙河系滹沱河中游，是一座以防洪为主，兼顾发电、灌溉、城市供水的综合性大（1）型水利枢纽工程，总库容17.04亿m3，控制流域面积15900km2，其主要建筑物有：主坝、副坝、正常溢洪道、新增溢洪道、电站、输水洞、泄洪洞、二坝调节池等。正常溢洪道有4孔弧形钢闸门，尺寸为12×12.3m，4台卷扬式启闭机控制；新增溢洪道有8孔弧形钢闸门，尺寸为9×15.5m，8台卷扬式启闭机控制。两个溢洪道的堰顶高程均为191.0m。
2、水库闸门前破冰的必要性
岗南水库属于温带大陆性气候。多年平均气温12℃，绝对最高温度42℃，极端最低温度-20℃，冰冻期一般在1月份至2月份，多年平均53d。冰冻期库水位多年均高于溢洪道堰顶高程，冰层厚度最厚达18㎝。由于冬季水库蓄水，在极端气温条件下，水库水面结冰，冰层向建筑物、闸门推进，冰层的巨大推力，能造成闸门扭曲变形，给闸门的安全运行带来严重威胁。为消除闸门安全隐患，必须在闸门前水域采取防结冰或除冰措施，防止冰对闸门的破坏。
3、水库闸门破冰方法
3.1人工除冰。利用冰镩、洋镐等破冰工具，在闸门前结冰区域凿出一条不结冰带，将闸门与冰层隔离开来，达到消除冰对闸门的挤压作用的目的。
3.2机船破冰。在闸门前结冰区域，利用机船的巨大推力，撞开冰层，并保持冰层不能连成整体，达到破冰目的。
3.3潜水泵连接管路破冰。利用潜水泵抽取冰面以下温度较高的水，经开孔的水管向上喷射，提高水表面温度，达到水面不结冰的目的。
3.4单孔单泵破冰。每孔闸门前安装1台低扬程潜水泵，利用潜水泵扬水，使闸门前局部水域的水流动起来，防止水面结冰。
4、水库闸门几种破冰方法简介
4.1人工破冰。当水库水面结冰厚度达到能承载人在上面作业时，利用冰镩、洋镐等破冰工具，在闸门前结冰区域开凿出一条长与闸门宽相等、宽约50㎝的不结冰带，并保持此区域内的水不能结冰，使冰层与闸门隔离开来，消除冰压力对闸门的挤压破坏。此种方法是近几年岗南水库使用的破冰方法。
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4.2机船破冰。当水库水面的冰层达到一定厚度时，将机船开至溢洪道闸门前结冰区域，利用机船的巨大推力，将冰层撞开，并保持冰层不能连成整体，达到破冰目的。
4.3潜水泵连接管路破冰。这种方法是在钢管的顶部钻打向上射水小孔，钢管的一端封堵，另一端用软管与1台潜水泵相连，用绳索或浮筒将潜水泵与管路水平悬置在溢洪道闸墩前沿水面下30～40㎝，水泵深入水面下2～3m。利用潜水泵抽取水面下相对温度较高的水，通过钢管上的射水小孔喷射水流，使管路上部局部水流循环，在闸门前形成一不结冰区域，防止库区冰层挤压闸门。
4.4单孔单泵破冰。参照西大洋水库采用的单孔单泵破冰方法，根据岗南水库闸门宽度，可在每孔闸门前安装1台低扬程（扬程15米、功率0.75kw）潜水泵，用绳索将潜水泵深入水下0.3～0.4m，潜水泵扬水的波浪达5～10m范围，潜水泵每半小时开启一次，每次持续7～20分钟，所有潜水泵同时运行，在闸门前5～10m左右的范围内水体不结冰，阻止库区冰层挤压闸门。
5、水库闸门几种破冰方法的优、缺点
5.1人工破冰。
优点：1、施工方法简单，不受外界环境限制；2、费用较低。
缺点：1、作业人员危险性大；2、劳动强度大。
5.2机船破冰。
优点：1、效率高，没有作业危险；2、需要人工少，费用较高。
缺点：1、受单位条件的限制，没有机船的水库无法实施；2、如果溢洪道闸门不在同一区域，机船来回需要绕行的距离远，造成费用增加。
5.3潜水泵连接管路破冰。
优点：两孔为一组，使用潜水泵数量少。
缺点：1、管路较长，安装拆除需要人员数量大；2、潜水泵出现故障维修难度大。
5.4单孔单泵破冰。
优点：1、安装拆除需要人员少；2、统一控制，自动化程度高；3、使用低功率水泵，费用较低。
缺点：1、使用的水泵数量多；2、受供电电源限制。
6、水库闸门破冰方法综合比较
1、从破冰工作运行情况看
人工破冰与机船破冰比较：人工破冰施工方法简单，不受周围环境因素影响，但需要人员多，且存在破冰人员容易滑落水的不安全因素；机船破冰效率高且安全，但费用较高，当库区冰层达到一定厚度时，机船穿梭于两个溢洪道之间难度大。
潜水泵连接管路破冰与单孔单泵破冰比较：前者安装、拆除、维修比较困难，后者虽使用水泵数量较多，但选用低功率的水泵，不但省电，而且维修方便，自动化智能控制，运行费用较低。
2、从破冰效果看
人工破冰与机船破冰都不能保证闸门前区域水体不结冰，且需要每天进行破冰，而使用潜水泵连接管路破冰或采用单孔单泵破冰，都能保证闸门前的水体不结冰，且没有残冰存在。
3、闸门破冰方法结论
通过对以上几种闸门破冰方法综合比较，从破冰效果和费用等综合考虑，采用单孔单泵的破冰方法安装、拆除、维修、运行成本都优于其他破冰方法，效果最好，建议北方水库闸门冬季进一步改进破冰方法，闸门采用单孔单泵破冰方法最佳。
论文作者:尚鹏
论文发表刊物:《防护工程》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/14
标签：闸门论文; 破冰论文; 水库论文; 冰层论文; 溢洪道论文; 潜水泵论文; 方法论文; 《防护工程》2018年第36期论文;