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浅析解放村水库溢洪道闸门冬季防冻除冰方法

文档作者：田文和，仲香梅文档来源：金塔县解放村水库管理所		点击数：	更新时间： 2025年03月04日
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第54卷第1期
2018年1月
甘肃水利水电技术
GANSU WAll弧R醪DURCES AND HYDROPOWERⅡ汇HNOLOGY
V01．54．No．1
Jun．，2018
DOI：10．19645，j．issn2095-0144．2018．01．015
浅析解放村水库溢洪道闸门冬季防冻除冰方法
田文和，仲香梅
(金塔县解放村水库管理所，甘肃金塔735300)
摘要：金塔县解放村水库是一座中型水库，正常溢洪道长86．7 m，靠人工除冰已远远不能满足水库现代化管理的需求。
同时对溢洪道闸门的安全运行和管护人员人身安全也存在较大隐患。为解决溢洪道闸门冬季防冻除冰这一难题，通过
不断的探讨检验，采用射流除冰的办法，很好地解决了溢洪道闸门由于冰压力过大，导致闸门变形或损坏和闸门不能
正常启闭等问题，为水库的防洪、发电、灌溉及水库的安全提供了有效可靠的保证。
关键词：水库溢洪道闸门；冰冻问题；防冻除冰装置系统
中图分类号：TV66 文献标志码：B 文章编号：2095—0144(2018)01—0059—02
1水库基本情况
金塔县解放村水库位于金塔县城南7 km、鸳鸯
池水库下游4 km处。该水库于1968年由原河西建
委勘测设计，1969年10月动工兴建，1971年6月建
成投人运行，总库容3 905万m3，是一座以灌溉为
主，兼有防汛、发电、旅游、养殖等综合效益的中型水
库，主要拦蓄鸳鸯池水库的发电用水和冬季弃漏水，
为鸳鸯池水库的反调节库，两库联合调度运行，担负
着下游鸳鸯灌区42万亩农田的灌溉任务，是金塔县
鸳鸯灌区8个乡镇12万人生存和发展的命脉，与鸳
鸯池水库并称为金塔县人民的生命库、母子湖。
水库主要建筑物由主坝、副坝、输水洞、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、发电站组成。土坝总长3 050 m，最大坝高
16 m，坝顶宽5 m，坝型设计为黏土心墙砂砾壳坝。输
水洞全长74 m，断面为城门洞形，设计流量为25 m3／s。
原正常溢洪道采用实用堰，堰顶高程l 295．00 m，最大
泄洪流量332 m3／s。新建正常溢洪道总宽86．7 m，最
大泄流量867 m3／s。坝后建有电站一座，装机3台，
总装机容量2000kW。
解放村水库是一座反调节库，在寒冷的冬季是
水库蓄水位最高的时期，而水库所处的西北地区，在
冬季最大冻层深度1．4 in以上，水库水面整体冰封，
冰层厚度达0．4 ITI左右，造成冬季闸门不能随时启
闭，同时导致闸门在冰层的巨大压力变形，情况严重
时甚至将闸门破坏，造成事故，因此，在冬季必须对
水库闸门前结冰采取防冻除冰措施，避免不安全事
故的发生。
2水库闸门防冻除冰方法
解放村水库在2006年除险加固完成之前，为了
防止水库溢洪道闸门前结冰，对闸门造成破坏，主要
采用人工破冰的方法将结冰层打破，即沿着闸门前
人工打开一道冰槽，防止冰层压力过大对闸门造成
变形或破坏。人工破冰虽然费用较低，但工作量较
大，危险性高，容易发生安全事故。在2006年该水库
除险加固结束后，又新建了长86．7 111的正常溢洪
道，人工破冰的工作量增大，基于原破冰的经验并探
讨分析后，于2008年采用了压力水射流的办法，阻
止水面结冰，其方法主要利用潜水泵将水抽至钢管
里，达到一定的压力，利用钢管上的小孔将水流射
出，形成连续不断有一定压力的水流，使水面波动以
阻止结冰的目的，安装成功后达到了预期的目的。
2012年水库大坝自动化检测系统完工后，并入了自
动化检测系统，在水库中控室可以通过视屏监控和
操作该防冻除冰装置系统，提高了工作效率，降低了
水库管理人员的工作量和劳动强度，为水库的安全
运行提供了保障。
3装置系统
水库自动化防冻除冰装置系统包括三部分：一
是射流装置系统，包括水泵、管道和喷水孔3个子系
收稿日期：2018-01-02
作者简介：田文和(1971一)，男，甘肃金塔人，工程师，主要从事水库工程管理，E—mail：490475209@qq．com。
·59·
万方数据
2018年第1期甘肃水利水电技术第54卷
统；二是动力升降装置系统，包括动力变速箱、动力
传动杆、轴承支架和升降钢绳4个子系统；三是自动
化控制系统，包括摄像头、破冰装置控制箱和中控室
柃测3个子系统f图1、图2)一
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、 120
168 、、120X 12G 州f】 ～ ≥< >< >≤ X
I)N5|广动，J传动扦几DN80钎管
轴肖Z嗍Ⅲ12孔__
图1防冻除冰系统平面布置图
一$6钢丝。黾动力氍动f
口1208 5、～
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J
1)N80锌管
口1 205I )m _}|}}面
口l 294 0m Im铺盖
图2防冻除冰系统结构图
4装置设计
4．1 射流装置系统设计
2008年安装的防冻除冰装置系统，是利用单位
原有的DN80的无缝钢管作为输水管道，在输水管
道上每60 cm开一个西6的小孔，输水管道在水面
下40—50 cm的位置，用二台潜水泵加压取水，由于
该水库在冬季灌溉结束后，水位较低，溢洪道前几乎
无水，在冬季蓄水过程中，需将水位蓄至溢洪道堰顶
才可以取水，但水面已经被冰封了，为了解决这一问
题，在管道上设置了翻转管道的挂钩，刚开始时，将
管道喷水孔向下翻转180。，让水流向下喷射，除去
水面的冰后，将管道复位，降至水面下40～50cm处，
有效的解决闸门前3～5 m内不结冰，减轻了闸门的
压力，基本上可以随时升降闸门，但由于管道较重，
给升降装置带来的负荷较大，2016年对管道进行重
新改造，将管径有原来的DN80改为DN60，减轻了
升降设备的负荷，且有一台潜水泵就能满足供水要
求，有效的解决了升降设备负荷过重等问题。通过改
造再次降低了水库溢洪道闸门防冻除冰的费用。
4_2升降装置系统设计
升降装置系统采用5．5 kW的电机带动变速箱
·60·
通过传动杆进行升降，输水管道和传动杆用西6的
钢丝绳连接，随着水位的变化而变化，潜水泵是固定
在前铺盖上，DN80无缝输水钢管总长86．5 113，重量
725 kg，管道内水重435 kg，总重量l 160 kg；2016
年改造后将DN80钢管变为DN60镀锌输水钢管总
长86．5 m，总重量485 kg，管道内水重245 kg，总重
量为730 kg，比原先减轻重量430 kg，大大减轻了升
降设备的负荷，在汛期和冰融化的时期，将管道提升
到最高水位以上，方便了汛期的防汛和设备的维修
养护。
4．3导向定位装置系统设计
由于库水面冬季大部分让冰封了，破冰的宽度
只有3～5 m，加之输水管道在水面下40。50 cm的
地方，水面几乎没有摆动，而整个输水管道用13根
钢丝绳升降，在输水管道二端各装一个击100导向
轮，在升降过程中起导向作用。
4．4控制装置系统设计
在2012年没有完成水库大坝自动化检测系
统前，采用手动和定时继电器来控制本防冻除冰
装置系统的运行，虽然定时继电器可以完成在设
定的时间点自动启动和关闭潜水泵的工作，但在
运行过程中的可靠性和安全性较低，不能远程操
控和监视设备运行情况，更为重要的是升降装置
系统的运行必须人工操作。2012年水库自动化检
测系统的完善后，为防冻除冰提供了极大的方便，
在溢洪道前沿安装了摄像头，通过控制单元将信
号传输到水库中控室，让水库管理人员可以随时
检测溢洪道闸门前除冰装置的运行情况，同时为
防冻除冰装置系统专门编制了一套即可手动又具
有自动装置控制功能的plc程序系统，通过光纤将
控制信号输送到水库中控室，水库值班人员可以
根据溢洪道闸门前水面结冰的情况适时对系统进
行操作，既缓减因水库管理人员少、工作量大、劳
动强度大、值班室至闸门途径较长(溢洪道在离水
库值班室1．5 km处)等问题，也降低了水库溢洪
道防冻除冰的费用。
5结语
水库的防冻除冰装置系统自2008年首次投入
运行，通过一个冬季的防冻除冰的运行检验，运行情
况良好，取得了良好的效果，为水库(下转第65页)
万方数据
第1期雷娜：某水利工程地下厂房洞室开挖支护优化设计第54卷
3．5锚杆和衬砌应力分析
为了探讨锚杆的受力特性，选取计算断面的不
同工期下锚杆部分受力加以分析，因为一期开挖还
没有打锚杆，六期只是做衬砌也没有打锚杆，所以表
7统计的锚杆应力是从二期至五期。图4为优化前
后四、五工期下断面处的锚杆应力分布图，其中深色
表示拉应力，浅色表示压应力。由结果分析可知，优
化后锚杆的应力相对于前期的设计锚杆应力值要
小，应力分布更为均匀，锚杆应力最大不超过20
MPa，且以拉应力为主，小于锚杆的极限承载力，应
力分布规律与前期的大致相同，最大应力多出现在
边墒处，I游锚杆应力大于下游铺杆应力
则⋯坳
=|二、、。，，j■昌
表7 优化前后断面处锚杆应力随开挖变化MPa
4结论
由于计算量大，文中只是列出一部分计算结果进
行比铰。通过以上计算结果可以看出，锚杆支护优化后
能满足本工程地下厂房围岩稳定I生的要求，目．锚杆强度
可以得到保证，优化方案设计总体E是合理的。相对于
优化前的锚杆支护设计优化方案不仅能满足工程要求，
日节省了资会，减小了施T难度，优化方案可以实施：
(2)五期优化前(3)四期优化后
图4优化前后断面锚杆应力图
参考文献：
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(上接第60页)
溢洪道防冻除冰，既减轻溢洪道闸门的压力又可随
时启闭溢洪道闸门泄水，为水库的安全运行提供安
全可靠的保证；在2012年，水库自动化检测系统的
完成后将该系统并入自动化系统，又通过一个冬季
运行，实践证明该系统的运行良好、可靠，只是升降
装置系统由于射流系统的自身重量较大，导致升降
系统有时运行不灵活、有时候出现不能自动升降的
情况，2016年再次对射流系统和升降系统进行改造
后，基本上解决了上述问题，实现了运程监控操作，
大大提高了设备运行的可靠性，减少了设备运行维
护的工作量，为冬季解决水库建筑物、水库设施设备
和溢洪道闸门的冰害提供有力的保证，具有一定的
借鉴意义和推广的价值。
参考文献：
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