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淺析解放村水庫溢洪道閘門冬季防凍除冰方法

文檔作者：田文和，仲香梅文檔來源：金塔縣解放村水庫管理所		點擊數：	更新時間： 2025年03月04日
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第54卷第1期
2018年1月
甘肅水利水電技術
GANSU WAll弧R醪DURCES AND HYDROPOWERⅡ匯HNOLOGY
V01．54．No．1
Jun．，2018
DOI：10．19645，j．issn2095-0144．2018．01．015
淺析解放村水庫溢洪道閘門冬季防凍除冰方法
田文和，仲香梅
(金塔縣解放村水庫管理所，甘肅金塔735300)
摘要：金塔縣解放村水庫是一座中型水庫，正常溢洪道長86．7 m，靠人工除冰已遠遠不能滿足水庫現代化管理的需求。
同時對溢洪道閘門的安全運行和管護人員人身安全也存在較大隱患。為解決溢洪道閘門冬季防凍除冰這一難題，通過
不斷的探討檢驗，采用射流除冰的辦法，很好地解決了溢洪道閘門由于冰壓力過大，導致閘門變形或損壞和閘門不能
正常啟閉等問題，為水庫的防洪、發電、灌溉及水庫的安全提供了有效可靠的保證。
關鍵詞：水庫溢洪道閘門；冰凍問題；防凍除冰裝置系統
中圖分類號：TV66 文獻標志碼：B 文章編號：2095—0144(2018)01—0059—02
1水庫基本情況
金塔縣解放村水庫位于金塔縣城南7 km、鴛鴦
池水庫下游4 km處。該水庫于1968年由原河西建
委勘測設計，1969年10月動工興建，1971年6月建
成投人運行，總庫容3 905萬m3，是一座以灌溉為
主，兼有防汛、發電、旅游、養殖等綜合效益的中型水
庫，主要攔蓄鴛鴦池水庫的發電用水和冬季棄漏水，
為鴛鴦池水庫的反調節庫，兩庫聯合調度運行，擔負
著下游鴛鴦灌區42萬畝農田的灌溉任務，是金塔縣
鴛鴦灌區8個鄉鎮12萬人生存和發展的命脈，與鴛
鴦池水庫并稱為金塔縣人民的生命庫、母子湖。
水庫主要建筑物由主壩、副壩、輸水洞、正常溢
洪道f包括原正常溢洪道和新建正常溢洪道)、非常
溢洪道、發電站組成。土壩總長3 050 m，最大壩高
16 m，壩頂寬5 m，壩型設計為黏土心墻砂礫殼壩。輸
水洞全長74 m，斷面為城門洞形，設計流量為25 m3／s。
原正常溢洪道采用實用堰，堰頂高程l 295．00 m，最大
泄洪流量332 m3／s。新建正常溢洪道總寬86．7 m，最
大泄流量867 m3／s。壩后建有電站一座，裝機3臺，
總裝機容量2000kW。
解放村水庫是一座反調節庫，在寒冷的冬季是
水庫蓄水位最高的時期，而水庫所處的西北地區，在
冬季最大凍層深度1．4 in以上，水庫水面整體冰封，
冰層厚度達0．4 ITI左右，造成冬季閘門不能隨時啟
閉，同時導致閘門在冰層的巨大壓力變形，情況嚴重
時甚至將閘門破壞，造成事故，因此，在冬季必須對
水庫閘門前結冰采取防凍除冰措施，避免不安全事
故的發生。
2水庫閘門防凍除冰方法
解放村水庫在2006年除險加固完成之前，為了
防止水庫溢洪道閘門前結冰，對閘門造成破壞，主要
采用人工破冰的方法將結冰層打破，即沿著閘門前
人工打開一道冰槽，防止冰層壓力過大對閘門造成
變形或破壞。人工破冰雖然費用較低，但工作量較
大，危險性高，容易發生安全事故。在2006年該水庫
除險加固結束后，又新建了長86．7 111的正常溢洪
道，人工破冰的工作量增大，基于原破冰的經驗并探
討分析后，于2008年采用了壓力水射流的辦法，阻
止水面結冰，其方法主要利用潛水泵將水抽至鋼管
里，達到一定的壓力，利用鋼管上的小孔將水流射
出，形成連續不斷有一定壓力的水流，使水面波動以
阻止結冰的目的，安裝成功后達到了預期的目的。
2012年水庫大壩自動化檢測系統完工后，并入了自
動化檢測系統，在水庫中控室可以通過視屏監控和
操作該防凍除冰裝置系統，提高了工作效率，降低了
水庫管理人員的工作量和勞動強度，為水庫的安全
運行提供了保障。
3裝置系統
水庫自動化防凍除冰裝置系統包括三部分：一
是射流裝置系統，包括水泵、管道和噴水孔3個子系
收稿日期：2018-01-02
作者簡介：田文和(1971一)，男，甘肅金塔人，工程師，主要從事水庫工程管理，E—mail：490475209@qq．com。
·59·
萬方數據
2018年第1期甘肅水利水電技術第54卷
統；二是動力升降裝置系統，包括動力變速箱、動力
傳動桿、軸承支架和升降鋼繩4個子系統；三是自動
化控制系統，包括攝像頭、破冰裝置控制箱和中控室
柃測3個子系統f圖1、圖2)一
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、 120
168 、、120X 12G 州f】 ～ ≥< >< >≤ X
I)N5|廣動，J傳動扦幾DN80釬管
軸肖Z嗍Ⅲ12孔__
圖1防凍除冰系統平面布置圖
一$6鋼絲。黽動力氍動f
口1208 5、～
、
、一噴水孔一l -水面一
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J
1)N80鋅管
口1 205I )m _}|}}面
口l 294 0m Im鋪蓋
圖2防凍除冰系統結構圖
4裝置設計
4．1 射流裝置系統設計
2008年安裝的防凍除冰裝置系統，是利用單位
原有的DN80的無縫鋼管作為輸水管道，在輸水管
道上每60 cm開一個西6的小孔，輸水管道在水面
下40—50 cm的位置，用二臺潛水泵加壓取水，由于
該水庫在冬季灌溉結束后，水位較低，溢洪道前幾乎
無水，在冬季蓄水過程中，需將水位蓄至溢洪道堰頂
才可以取水，但水面已經被冰封了，為了解決這一問
題，在管道上設置了翻轉管道的掛鉤，剛開始時，將
管道噴水孔向下翻轉180。，讓水流向下噴射，除去
水面的冰后，將管道復位，降至水面下40～50cm處，
有效的解決閘門前3～5 m內不結冰，減輕了閘門的
壓力，基本上可以隨時升降閘門，但由于管道較重，
給升降裝置帶來的負荷較大，2016年對管道進行重
新改造，將管徑有原來的DN80改為DN60，減輕了
升降設備的負荷，且有一臺潛水泵就能滿足供水要
求，有效的解決了升降設備負荷過重等問題。通過改
造再次降低了水庫溢洪道閘門防凍除冰的費用。
4_2升降裝置系統設計
升降裝置系統采用5．5 kW的電機帶動變速箱
·60·
通過傳動桿進行升降，輸水管道和傳動桿用西6的
鋼絲繩連接，隨著水位的變化而變化，潛水泵是固定
在前鋪蓋上，DN80無縫輸水鋼管總長86．5 113，重量
725 kg，管道內水重435 kg，總重量l 160 kg；2016
年改造后將DN80鋼管變為DN60鍍鋅輸水鋼管總
長86．5 m，總重量485 kg，管道內水重245 kg，總重
量為730 kg，比原先減輕重量430 kg，大大減輕了升
降設備的負荷，在汛期和冰融化的時期，將管道提升
到最高水位以上，方便了汛期的防汛和設備的維修
養護。
4．3導向定位裝置系統設計
由于庫水面冬季大部分讓冰封了，破冰的寬度
只有3～5 m，加之輸水管道在水面下40。50 cm的
地方，水面幾乎沒有擺動，而整個輸水管道用13根
鋼絲繩升降，在輸水管道二端各裝一個擊100導向
輪，在升降過程中起導向作用。
4．4控制裝置系統設計
在2012年沒有完成水庫大壩自動化檢測系
統前，采用手動和定時繼電器來控制本防凍除冰
裝置系統的運行，雖然定時繼電器可以完成在設
定的時間點自動啟動和關閉潛水泵的工作，但在
運行過程中的可靠性和安全性較低，不能遠程操
控和監視設備運行情況，更為重要的是升降裝置
系統的運行必須人工操作。2012年水庫自動化檢
測系統的完善后，為防凍除冰提供了極大的方便，
在溢洪道前沿安裝了攝像頭，通過控制單元將信
號傳輸到水庫中控室，讓水庫管理人員可以隨時
檢測溢洪道閘門前除冰裝置的運行情況，同時為
防凍除冰裝置系統專門編制了一套即可手動又具
有自動裝置控制功能的plc程序系統，通過光纖將
控制信號輸送到水庫中控室，水庫值班人員可以
根據溢洪道閘門前水面結冰的情況適時對系統進
行操作，既緩減因水庫管理人員少、工作量大、勞
動強度大、值班室至閘門途徑較長(溢洪道在離水
庫值班室1．5 km處)等問題，也降低了水庫溢洪
道防凍除冰的費用。
5結語
水庫的防凍除冰裝置系統自2008年首次投入
運行，通過一個冬季的防凍除冰的運行檢驗，運行情
況良好，取得了良好的效果，為水庫(下轉第65頁)
萬方數據
第1期雷娜：某水利工程地下廠房洞室開挖支護優化設計第54卷
3．5錨桿和襯砌應力分析
為了探討錨桿的受力特性，選取計算斷面的不
同工期下錨桿部分受力加以分析，因為一期開挖還
沒有打錨桿，六期只是做襯砌也沒有打錨桿，所以表
7統計的錨桿應力是從二期至五期。圖4為優化前
后四、五工期下斷面處的錨桿應力分布圖，其中深色
表示拉應力，淺色表示壓應力。由結果分析可知，優
化后錨桿的應力相對于前期的設計錨桿應力值要
小，應力分布更為均勻，錨桿應力最大不超過20
MPa，且以拉應力為主，小于錨桿的極限承載力，應
力分布規律與前期的大致相同，最大應力多出現在
邊墑處，I游錨桿應力大于下游鋪桿應力
則?坳
=|二、、。，，j■昌
表7 優化前后斷面處錨桿應力隨開挖變化MPa
4結論
由于計算量大，文中只是列出一部分計算結果進
行比鉸。通過以上計算結果可以看出，錨桿支護優化后
能滿足本工程地下廠房圍巖穩定I生的要求，目．錨桿強度
可以得到保證，優化方案設計總體E是合理的。相對于
優化前的錨桿支護設計優化方案不僅能滿足工程要求，
日節省了資會，減小了施T難度，優化方案可以實施：
(2)五期優化前(3)四期優化后
圖4優化前后斷面錨桿應力圖
參考文獻：
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(上接第60頁)
溢洪道防凍除冰，既減輕溢洪道閘門的壓力又可隨
時啟閉溢洪道閘門泄水，為水庫的安全運行提供安
全可靠的保證；在2012年，水庫自動化檢測系統的
完成后將該系統并入自動化系統，又通過一個冬季
運行，實踐證明該系統的運行良好、可靠，只是升降
裝置系統由于射流系統的自身重量較大，導致升降
系統有時運行不靈活、有時候出現不能自動升降的
情況，2016年再次對射流系統和升降系統進行改造
后，基本上解決了上述問題，實現了運程監控操作，
大大提高了設備運行的可靠性，減少了設備運行維
護的工作量，為冬季解決水庫建筑物、水庫設施設備
和溢洪道閘門的冰害提供有力的保證，具有一定的
借鑒意義和推廣的價值。
參考文獻：
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