郭升軍

（新疆和田烏魯瓦提水利樞紐工程管理局　和田市　848000）

淺析烏魯瓦提水庫(kù)冰凍成因及防范措施

郭升軍

（新疆和田烏魯瓦提水利樞紐工程管理局和田市848000）

烏魯瓦提水庫(kù)屬于多泥沙河流上的山區(qū)水庫(kù)，庫(kù)區(qū)狹長(zhǎng)、庫(kù)盆較小，天氣嚴(yán)寒，極易造成水庫(kù)冰凍。文章通過(guò)對(duì)烏魯瓦提水庫(kù)冰凍較為嚴(yán)重的典型年份相關(guān)情況的描述、冰凍成因分析、冰凍危害以及防范措施的介紹，為類(lèi)似工程提供有益的參考。

烏魯瓦提水庫(kù)冰凍成因防范措施

1　工程概況

烏魯瓦提水利樞紐工程是和田河支流喀拉喀什河中游的控制性工程，具有灌溉、防洪、發(fā)電、改善生態(tài)等綜合效益。水庫(kù)攔河大壩為混凝土面板砂礫石碓石壩，主壩最大壩高133 m，烏魯瓦提水利樞紐泄水建筑物主要有溢洪道、泄洪排沙洞、沖沙洞、發(fā)電引水洞。水庫(kù)總庫(kù)容3.336億m3，正常蓄水位以下庫(kù)容3.23億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容2.25億m3，死庫(kù)容0.983 6億m3，壩址以上集水面積19 983 km2，占流域面積的90%，壩址以上河道長(zhǎng)509 km，控制了全河徑流量的97%，多年平均徑流量21.38億m3，為不完全年調(diào)節(jié)水庫(kù)。

2　水庫(kù)結(jié)冰情況介紹

2011年12月下旬至2012年1月份期間，由于冬季寒潮來(lái)襲，庫(kù)區(qū)氣溫驟降且持續(xù)低溫，根據(jù)烏魯瓦提出庫(kù)站實(shí)測(cè)氣溫?cái)?shù)據(jù)分析，最高氣溫-6.2℃、最低氣溫-18.8℃，屬于較為寒冷的氣候環(huán)境。加上河道冬季徑流量較小，水庫(kù)調(diào)節(jié)完全為發(fā)電調(diào)節(jié)，進(jìn)、出庫(kù)流量基本持平，水庫(kù)水量保持相對(duì)平衡，水位變化不大，水位下降緩慢，水庫(kù)處于靜水狀態(tài)，導(dǎo)致水庫(kù)于1月21日開(kāi)始大面積結(jié)冰，并向水庫(kù)上游蔓延至回水線(xiàn)附近，庫(kù)區(qū)完全處于冰層覆蓋狀態(tài)，冰層厚度最大達(dá)到60 cm左右，人完全可以在冰面上自由行走。由于水庫(kù)結(jié)冰較為嚴(yán)重，水庫(kù)至3月24日才完全解凍，水庫(kù)經(jīng)歷近2個(gè)多月的冰凍期，這是烏魯瓦提水庫(kù)自建成以來(lái)較為罕見(jiàn)的一次。

3　水庫(kù)冰凍成因分析

（1）烏魯瓦提庫(kù)區(qū)冬季氣溫驟降、低溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)是水庫(kù)結(jié)冰的直接原因。

水庫(kù)冰凍主要是由冬季降溫引起，又隨著春季升溫而消除，完全受寒冷天氣及寒潮控制。寒潮降溫的急驟性、間歇性以及逐年之間強(qiáng)度與出現(xiàn)時(shí)間的不穩(wěn)定性，對(duì)河流和水庫(kù)冰情動(dòng)態(tài)起著決定性的作用。根據(jù)烏魯瓦提水庫(kù)歷年的結(jié)冰記錄情況以及歷年氣溫對(duì)比分析可知，庫(kù)區(qū)曾出現(xiàn)兩次較為嚴(yán)重的封凍期，分別是2007年12月至2008年2月以及2011年12月至2012年2月，這兩次最低氣溫均遠(yuǎn)低于多年平均氣溫，氣溫大多都在-10℃以下；其它年份由于冬季氣溫均高于多年平均氣溫，低溫持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)，且氣溫回升較快，水庫(kù)基本沒(méi)封凍，只是局部地區(qū)出現(xiàn)薄冰和極少的冰宵。因此，庫(kù)區(qū)出現(xiàn)結(jié)冰或者封凍現(xiàn)象與冬季氣溫下降的劇烈程度和低溫持續(xù)時(shí)間有這很大得關(guān)系，一般冬季氣溫較多年平均氣溫高的年份不會(huì)出現(xiàn)水庫(kù)封凍，否則在一定程度上水庫(kù)就會(huì)出現(xiàn)冰凍現(xiàn)象，封凍的程度就要看冬季氣溫驟降的程度以及低溫持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短。見(jiàn)表1。

表1　2007～2015年月平均氣溫對(duì)照表

（2）庫(kù)區(qū)的地形地貌對(duì)水庫(kù)結(jié)冰也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

烏魯瓦提水庫(kù)位于和田河西支流喀拉喀什河中段出山口處，是典型的山區(qū)型水庫(kù)。水庫(kù)較深，冷熱置換慢，一旦氣溫驟降，水面結(jié)冰，冰極不容易融化。如果低溫持續(xù)，加上山區(qū)空氣對(duì)流強(qiáng)烈，風(fēng)力較大，就會(huì)導(dǎo)致壩前冰層不斷加厚，并延伸至庫(kù)區(qū)上游，形成水庫(kù)全面冰凍。

（3）冬季水庫(kù)控制運(yùn)行方式對(duì)水庫(kù)冰凍也存在一定的影響。

烏魯瓦提水庫(kù)冬季控制運(yùn)行方式以發(fā)電調(diào)節(jié)為主。由于河道冬季徑流較小，為滿(mǎn)足來(lái)年3～5月份春灌供水的需要，冬季發(fā)電流量較小，出庫(kù)流量與進(jìn)庫(kù)流量相差不大，以保證水庫(kù)足夠的蓄水量。烏魯瓦提水庫(kù)歷年月平均進(jìn)、出庫(kù)流量統(tǒng)計(jì)如表2。

對(duì)比分析歷年11月份至來(lái)年2月份的進(jìn)庫(kù)、出庫(kù)流量數(shù)據(jù)，可知水庫(kù)在此期間水位下降緩慢、水量變化不大、水位變幅不明顯，庫(kù)區(qū)基本處于靜水狀態(tài)，如果氣溫降低，很容易造成庫(kù)面結(jié)冰。

4　水庫(kù)冰凍的危害

雖然烏魯瓦提水庫(kù)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的冰凍現(xiàn)象，也未對(duì)工程的運(yùn)行管理造成較大影響，但還是存在一定的危害性：一是水庫(kù)形成冰凍對(duì)大壩面板以及大壩主體擠壓越大，容易造成擋水建筑物的損壞；二是會(huì)影響大壩觀測(cè)儀器的正常運(yùn)行，造成儀器觀測(cè)精度降低，甚至癱瘓；三是對(duì)泄水建筑物水工及金屬結(jié)構(gòu)部分產(chǎn)生破壞，尤其是對(duì)表孔閘門(mén)即溢洪道閘門(mén)形成較大的擠壓力，導(dǎo)致閘門(mén)門(mén)體變形及支撐部件損壞，影響閘門(mén)的正常運(yùn)行；四是對(duì)庫(kù)區(qū)岸坡、邊坡形成擠壓，造成岸坡、邊坡的不穩(wěn)定；五是加速庫(kù)區(qū)SL3滑塌體縱向以及橫向的位移變化，對(duì)其穩(wěn)定性造成影響；六是對(duì)庫(kù)區(qū)停放的工程觀測(cè)船只造成破壞。以上諸多危害必會(huì)對(duì)工程的正常運(yùn)行產(chǎn)生較大的安全隱患，需采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。

表2　2007～2015年進(jìn)出庫(kù)流量對(duì)照表　m3/s

5　水庫(kù)冰凍防范對(duì)策

一旦水庫(kù)出現(xiàn)大面積冰凍情況，應(yīng)采取積極的應(yīng)對(duì)措施，組織工程技術(shù)人員加大對(duì)庫(kù)區(qū)儀器設(shè)備的檢查力度，做好儀器設(shè)備的防護(hù)工作；加強(qiáng)對(duì)壩區(qū)水工建筑物的觀測(cè)，利用大壩自動(dòng)化設(shè)備觀測(cè)設(shè)備，觀測(cè)冰凍期壩體及壩面變化情況，做好觀測(cè)記錄，進(jìn)行對(duì)比分析，掌握冰層對(duì)大壩的影響程度。根據(jù)冰凍程度，做好工程水工建筑物、閘門(mén)門(mén)體、觀測(cè)船只周?chē)鶎拥钠瞥?，以保護(hù)其不受破壞。水庫(kù)解凍后還應(yīng)對(duì)庫(kù)區(qū)的岸坡、邊坡以及設(shè)施設(shè)備進(jìn)行全面檢查，對(duì)庫(kù)區(qū)SL3滑塌體進(jìn)行觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決，徹底消除因冰凍產(chǎn)生的安全隱患，以保證水利工程良好的運(yùn)行工況。

郭升軍（1978-），男，江西吉安人，大學(xué)本科，從事水利工程管理工作。

（2015-12-23）