摘要：本文主要是结合某水库冬季闸门的现状进行分析，从中寻找三种闸门的防冰冻方法进行比较（其三种水库闸门防冰冻方法为：人工凿冰技术、压缩空气泡扰动技术、潜水泵扰动技术），并结合该水库闸门的实际防冰冻系统进行说明，提出相应的优化措施，为今后的水库闸门防冻技术提供了有利条件。
关键词：水库闸门；防冻；系统；状况与改进
对于水库而言，水库的闸门是整个水库控制的核心部位，然而，在冬季时，由于北方地区温度较为寒冷，导致水面极其容易出现结冰的现象，这也是造成水库闸门损坏的主要原因之一。因此，处于北方地区的水库，在冬季中必须采取相应的水库闸门防冰冻措施，防止水库安全事故的发生。
一、某水库现阶段发展现状
某水库位于河流的出山口处，于该县城相距30千米左右，是该县的防洪重要建筑项目工程。因该水库处于北方地区，环境温度属于温带大陆性季风性气候，在冬季来临时，空气质量较为干燥，根据当地的气象台相关数据的显示，水库所处区域在冬季时温度最低可达度到零下19.3摄氏，河流的结冰期从当年的12月份一直持续到次年的3月份，共计90天左右的河流冻冰期，其冰层的厚度可在30-40厘米左右。政府有关部门为了减少冰层的阻力和浮冰的撞击能力对水库闸门产生的破坏，对闸门和冰层采取相应的隔离措施。现阶段，该水库从建成初期一直到现在共采用了3种水库闸门防冻方法，以防冰层对闸门使用效果的影响。
二、水库闸门防冻方法
对于水库闸门防冻的控制方法主要常见的有3种，在《水利水电工程钢闸门设计规范》第217条的规定中明确指出：“水库闸门不得承受冰层产生的静压力，为了防止冰层静压力的方法应根据当地的温度及水库水位的变化等因素选取，在一般情况下可以利用潜水泵、开凿冰沟、压缩空气炮等方法，促使冰层与水库闸门相互分离。”
（一）人工凿冰技术
人工造凿冰的技术方法在实际生活中应用较为广泛，其实施的过程较为简单，只需利用简单的凿冰工具即可。但人工凿冰技术也存在着一定的缺点：凿冰工作较为缓慢，人力资源运用过多；凿冰工作一般处于冰面，对工作人员的人身安全造成一定的威胁；在冰面凿开后，需要及时的将表面浮冰清除，否则会再次出现结冰的现象，增加工作人员的工作量，并且对水库闸门的运作也会造成相应的影响。
（二）扰动水面防冻技术
扰动水面防冻技术主要有两种方式：一种是压缩空气泡扰动技术，另一种是潜水泵扰动技术。两种方式的基本运作流程：在河流结冰的初期，在水库闸门的上游区域较为合适的位置安装一组横向管路，该管路必须放置于水面的下方地区并在上方位置有一个垂直向上的孔洞，用于气体介质的流通工作，之后管路与气源或水源将其作为传播的媒介，用于扰动管路上方区域的水流，强制管路周围水源与其他水源相互转换。从而使水产生流动性并伴随着热量的流出，降低水层出现冻冰现象的几率，在安装期间如果需要开启水库闸门防水装置时，应将扰动水面防冻系统拆除，避免水源的流动对水库闸门造成破坏。
压缩空气泡扰动技术与潜水泵扰动技术有着自身的优点，其优点为：在系统安装完成后可及时通过电气控制装置系统将设备的程序设置为自动防冻工作系统，减少人为因素、自然因素对水库闸门防冻装置的影响。
第一，压缩空气防冰系统的设计。因该水库在设置的初期主要使用压缩空气防冰系统，用以避免水库闸门附近出现结冰现象，根据多年的调查结果的显示，压缩空气防冰系统的间歇时间相对较短，耗费的能源较为严重；压缩空气防冰系统的设备设计的过于复杂，不便于工作人员对实施检修与维修工作。同时，扰动源的主要介质为空气，因空气的密度低于热容，且对水源的扰动力较小，导致压缩空气防冰系统设备扰动水源范围过小，一旦无法及时的采用系统的轮换方式，加大扰动水源范围，则会造成水库闸门结冰现象的出现，压缩空气防冻系统设备也会因使用效果达不到预定的标准，从而被淘汰或直接丢弃，所以这种压缩空气防冻系统应以控制水库闸门冰冻状况，比较适用于冬季温度较高时以及水层结冰期相对较短的区域。
第二，潜水泵防冰系统设计（如图1所示）。该水库闸门方法主要是利用潜水泵抽取水源深处的温水最为扰动水面的媒介，避免在潜水泵的控制地区出现水面结冰的现象。在该水库建成的几年时间内，此防冰系统才被运用到实际的水库闸门防冰工作中，经过近几年的不断运行和发展，潜水泵防冰系统在水库闸门工作效果良好。潜水泵属于一种离心式的装置，其离心轴功率随着水流量的变化也在不断地发生着改变，在潜水泵防冰系统的装置中主要的两个变化参数为喷水孔的间距以及喷水的高度，喷水孔间距越小，喷射的水流高度则会越高，对潜水泵周围的水源扰动力也就越大。然而，现阶段运用的潜水泵设计的水流量往往会超出预定水流量极大部分，其消耗的功率也会随着水流量的大小发生变化，从而在改善水库闸门的冰冻工作中起到显著的效果。虽然潜水泵防冰系统有着很多的优势，但也不可忽略其存在的劣势：需要工作人员进场或定期的观察水库水位的变化，并根据水位的变化趋势及时的调整潜水泵在水中的深度，进而达到水库闸门防冰的效果。
图1 潜水泵式防冰冻系统示意图.png)
三、该水库闸门防冰系统的改进措施
该水库的工程于2007年基本完工投入使用，在水库内部配置了潜水泵式闸门防冰冻系统的装置，其具体安装流程为：在溢洪道桥面将潜水泵设备组装完成后，从桥面的地步缓缓放进水客闸门上游的防冻水源中，在正常情况下，潜水泵的质量为95kg左右，在下降过程中必须使用钢丝绳连接专业的吊装工具，管路采用6条尼龙绳作为牵引工具与潜水泵同时下放，确保潜水泵式闸门防冰冻系统装置完全进入水中，所有安装过程结束后，将潜水泵系统开启观察其对水源的扰动情况，到水面出现5厘米高的蘑菇样式水花时，潜水泵设备的安装深度才符合规定标准。
在该水库中使用潜水泵式闸门防冰冻系统的装置存在着一定的缺点，影响着水库闸门的效果，对此，相关工作人员在2012年对此系统进行了小规模的改进工作，使防冰冻效果更佳良好，改进的系统相较于原系统的优势有以下几点：首先，降低了潜水泵式闸门防冰冻系统的装置自身的质量，将吊点控制在3个左右，且不使用吊装工具进行潜水泵下放工作。其次，潜水泵式闸门防冰冻系统的装置重量减轻后，对工作人员的利用量也随之减少，降低施工成本。再次，水流喷射的高度达到4米，对水源的绕动力增加。最后，潜水泵的使用功率变小，减少了电能的消耗。
结束语：
综上所述，对于水库闸门而言，提高其防冻工作至关重要，在该水库的防冰冻系统中，潜水泵式防冰冻系统相较于压缩空气式防冰冻系统良好，并在实际运用过程中，对潜水泵式防冰系统进行了优化，在一定程度上降低了潜水泵装置的安装难度，减少了潜水泵的运行成本，提高了潜水泵式防冰系统的使用效果。
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论文作者:周志勇
论文发表刊物:《基层建设》2016年18期
论文发表时间:2016/11/15
标签：闸门论文; 水库论文; 潜水泵论文; 系统论文; 冰冻论文; 水源论文; 压缩空气论文; 《基层建设》2016年18期论文;