《取水构筑物的冬季防冰措施》论文.docx

寒冷地区取水构筑物防冰(湖北工程学院 城建学院 给排水工程 111824232 张风)摘要：介绍了寒冷地区的冰情，并介绍了冰情对取水构筑的影响，更举出了冰情影响取水效率的实例，充分有力的说明寒冷地区取水构筑物采取防冰措施刻不容缓；介绍了几种防冰措施，并分析了其原理及既优缺点，说明了采取防冰措施的几大好处。关键词：寒冷地区；取水构筑物；防冰Ice cold region for water building technologyAbstract：Introduces the cold areas of ice, and introduces the ice to water construction, the influence of more instances of the influence of ice water efficiency, adequate explanation strong cold areas water intake structures ice prevention measures is imperative; Several ice prevention measures are introduced, and analyses its principle and both advantages and disadvantages, and illustrates the anti-icing measures of several big benefits.Keywords: Cold region; Water intake structures; deicing1.寒冷地区取水构筑物存在的问题1.1寒冷地区的冰情成因在寒冷地区的秋季，随着气温下降，地表水的温度也逐渐降低，直至整个河流断面上的水温都趋于O时为止。若地表水流速较小(如小于0405m/s)，则水面会很快形成冰盖；反之，若流速较大(如大于0405ms)，则水面不能很快形成冰盖，并且由于水流的紊动搅拌作用而使地表水受到过度冷却，过度冷却的水很快地形成冰晶。冰晶在热交换条件良好的情况下，极易附着于水底的砂粒或其它固体物上，并聚集成块，成为初冰。冰晶和初冰比重较小，极易悬浮于水中而呈现与泥砂分布相反的情况(即表层水流中含量大，底层水流中含量小)，悬浮于水面的大量初冰，进一步冻结而成冰块，并构成流冰现象。最后，由于冰块数量的增多而形成冰盖，地表水完全封冻了。1.2影响取水构筑物的冰情情况河流结冰是在动水中结冰，与湖泊结冰不同。湖水结冰仅限于水体表面，深层水体仍保持高于00C的温度。河流由于水流的紊乱混合作用，水体失热几乎是同时进行。所以，河流不仅在水的表面形成薄冰和岸冰，而且在水内、河底形成水内冰。在封冻和解冻期对给排水工程最大的危害是水内冰，特别是在我国北方的大多数河流中，这种情况更加严重。水内冰形成于出现流冰的第一天，也有在流冰前六天出现的现象。1.3冰情对取水构筑物的影响1.3.1影响取水效率在秋末初冬流冰期间，水面上会有大量的浮冰，而悬于水中的冰晶和初冰极易附着于固体物上，这代表水中的冰晶和初冰会附着在栅条上使得栅条变厚，栅条间间隔变大，进而很快地冻结堵塞取水口的格栅，而这带来的不良影响还有水头损失的增大，造成取水困难。当冰絮流经取水构筑物时，由于取水构筑物的阻挡和吸水口的抽吸作用，大量的冰絮会聚集在取水构筑物“门口”，越积越多，严重时会堵塞吸水口格栅，使吸水口过水断面减小，吸水流速加大，而吸水流速越大，冰絮堵塞越严重，导致过流能力减小，使取水构筑物的取水量锐减若冰絮流人输水管内，还会造成管道堵塞，甚至使给水系统陷于停顿状态【2-4】。有时因冰块体积较大，并在取水构筑物附近堆积，而堵塞进水窗口，影响取水效率。1.3.2损坏取水构筑物在春季流冰期，冰块随着河水的流动而运动，当冰块撞到取水构筑物时对江道中构筑物会产生很强烈的冲击作用，当这种冲击作用积累到一定程度时，会对整个取水构筑物的稳定性有影响，当冰块过大、撞击过于强烈时，甚至有可能会撞坏取水构筑物，增大了维修几率，同时增加了不必要的维修管理费用。1.3.3冰清影响取水构筑物的实例以哈尔宾市某自来水厂冬季取水受冰情影响的情况为例。哈尔滨市某自来水公司各水源的取水构筑物的进水窗口尺寸及标高见表l(各取水构筑物均为双层取水口，冬季下层取水口工作)【5】表1 取水构筑物的进水窗口尺寸及标高一水源位于四方台，距离市区7 km，源水取自松花江水，取水塔为分建式岸边取水构筑物，取水塔设计取水能力10104m3d，建于20世纪50年代，经过几十年的运行，已渐不适应取水需求，冬季防冰任务重，特别是在近年来江水水位呈下降趋势的情况下，更加重了保证取水量的难度。二水源位于朱顺屯，距离市区3 km，是哈尔滨市目前最大的地表水取水水源。源水取自松花江，总取水能力为65104m3d。其中最大的取水塔规模为50104 m3d，于1986年建成，是松花江上最大的取水塔。取水构筑物形式是分建式岸边取水构筑物。设计最低水位标高为11204 m，进水窗过栅流速04 ms，在冬季由于冰絮的影响，取水量可下降30，为此哈尔滨市自来水公司每年花费大量的人力物力，进行冬季防冰。三水源位于三棵树，取水构筑物为合建式岸边取水构筑物，由于达不到设计能力，进水窗口实际流速仅为01 ms，不存在防冰问题，冬季运转良好。有上述实例可见冬季冰情对该公司取水有很大的影响，而自来水与人民生活息息相关，可见冬季防冰对该地区人民正常的日常生活有着重大的意义。2.寒冷地区取水构筑物应采取的防冰措施 2.1利用热能的防冰措施2.1.1具体措施介绍1）加热格栅法。该方法比较有效，应用较广。通常采用电、蒸汽或热水加热格栅，防止冰冻。电加热格栅是把格栅的栅条当做电阻，通电后使之发热。蒸汽或热水加热格栅是将蒸汽或热水通入空心栅条中，然后再从栅条上的小孔喷出。2）在进水孔前引入废热水。当取水构筑物附近有洁净的工厂废热水时，可采取此措施。通常用于电厂取水构筑物防冰，简易有效。2.1.2该类防冰措施的原理及优缺点 该类防冰措施主要运用的是加热的方法来防冰。当冰凌冰絮等与取水构筑物接触时，由于加热的作用，不管是热水还是直接加热格栅，热的取水构筑物会融化冰絮等。从能量的角度来讲，就是利用热能使冰融化，利用热能防冰。 该类防冰措施的优点在于不必为了防冰而特别修建防冰构筑物，没有大量的一次性经济投入，管理方便，节省了人力、物力、财力，不必占用多余的河流面积，操作简单方便，比较环保，防冰效率高。缺点是要每年都要进行该项操作，施行有点麻烦，且会耗费一定量的钱财。2.2利用外加设备的防冰措施2.2.1具体措施介绍1）在进水孔上游设置挡冰木排。适用于河水中流速较大，冰凌撞击较严重的河段，以防止水内冰进入进水孔。2）设置导凌设备。因被导凌设备撞碎的的冰屑需流经一定距离后才逐渐稳定浮于水面，所以导凌设备在进水孔上游的距离，通常根据导凌设备后水流情况来确定。为了得到较好的效果，取水头部一般设在第二排导凌设备后1030m稳定区域内；导凌设备长度通常根据河水流速来确定，一般在810m左右，布置成两排，间隔为20m左右；导凌设备与水流方向的夹角，则根据流速大小来确定。当流速在1.5m/s时，可采用30度的夹角；导凌设备的固定，一般采用岸上设固定桩用钢丝锚固钉或在水中用铁丝锚固定，当水位涨落或流速变化时要能够保证随时调整其布置及角度。3）采取渠道引水。使水内冰在渠道内上浮，并由排水渠排走【4】。2.2.2该类防冰措施的原理及优缺点该类防冰措施主要是利用外加的设备起到防冰的作用。挡冰木排可以挡住随水流流向取水构筑物的冰块冰絮等防止大量的冰与取水构筑物接触，堵塞取水构筑物。导凌设备的设置，可以将取水构筑物头部挡在导凌设备身后，而冰块与导凌设备撞击后逐渐稳定浮于水面，在导凌设备的作用下，与取水构筑物接触的冰块很少，起到了很好的防冰作用。渠道引水则是利用水对冰的浮力使得原来在水下的水内冰上浮，并随水流漂走。 该类防冰措施的优点在于可以通过建立防冰构筑物而达到一劳永逸的效果：修了防冰构筑物后不用每年冬天都投入人力物力进行防冰，防冰构筑物检修管理方便，防冰效率高。缺点在于防冰构筑物占用河流的面积大，造成河流水面情况复杂，且一次性投入修建防冰构筑物的成本高。2.3其他防冰措施2.3.1具体措施介绍1）加快水流速度。水深较浅，河面较宽的河流，在冰冻前修筑顺河土坝，使水流在较窄的河面上流动，加快取水头部处的水流速度，在一定程度上可以防止冰冻的形成。土坝每年冰冻前修筑，翌年汛前拆除。2）经常破冰。在进水孔处每天破冰12次或34次，以免整个取水头部封冻而造成停止进水的事故。3）通入压缩空气。在进水孔附近的水域中，每隔一定时间通入压缩空气，使进水孔处的水域经常产生水浪，防止治水流冰冻。空气压缩机可以设置在岸边或泵房内，利用导管将压缩空气送志金水空附近的水域中，输送压缩空气的间隔时间可以根据气温高低，以水不封冻来确定。4）降低进水孔流速。降低进水孔的进水流速可以减少水内冰的带入数量，能阻止过冷水形成形成冰晶，但流速减小比增大进水孔面积，在实际使用中受到限制一般进水孔流速控制在0.05m/s，左右为宜。2.3.2该类防冰措施的原理及优缺点该类防冰措施主要是运用了一定的技术条件，通过人工控制流速、通入空气、降低进水孔流速等措施，改变取水构筑物取水头部前水面的水流情况是的流入进水口的水的温度不至于过低而堵塞取水头部进水口：以压缩空气的方法为例，这种方法是利用在进水孔水域通入空气的方法，使进水口水域的水流运动速度加快，大家都知道水流的运动会产生热量，可以理解为水吸收了压缩空气给予的动能将其转化为热能。水产生热能后升温，并融化水流中夹杂的冰块冰凌等，也防止了进水孔前水域的水结冰，这样进入进水孔的冰的量就会少得多，这样的量对取水构筑物的影响很小，所以说这种通入压缩空气的方法是一种很有效的防冰措施。该类防冰措施的优点在于不必修建专门的构筑物，经济投入量少，管理操作简单方便,人工投入量少，占地面积小。缺点在于技术含量高带来的检修的困难。3.采取防冰措施的好处3.1对取水效率的好处 采取取水构筑物的防冰措施后，进水口的队率降低了，水流能顺利的从进水口进入取水构筑物不光水量得到了保证，水中夹杂的冰凌冰絮等的量很少，使得水流在管道中的流动的顺畅度得到了保障，也为后续的水质的处理工作带来了方便，相比采取防冰措施之前，提高了取水构筑物取水的效率的同时，更提高了整个水厂的工作效率。3.2对取水构筑物的好处 采取防冰措施之后，河面冰多是小块的冰，由于其体积小，且经过挡冰设施后流速会大大降低，对取水构筑物的撞击作用就会小得多，因此而对河中取水构筑物的稳定性的影响相比防冰之前就会降低很多，而对于取水构筑物的损坏问题就更加可以忽略不计。所以防冰措施的采取对延长取水构筑物的使用寿命有很大作用。3.3对水厂效益的好处 虽然采取防冰措施时或多或少会额外投入一定量的人力、物力、财力，这会加大水厂的投资，但是若不采取防冰措施，取水效率会大大降低，谁唱的供应量会降低，也带着水厂的效益跟着降低，若此时取水构筑物还不幸地因为没有采取防冰措施而被大的冰块撞坏或撞歪，取水出问题，效益打折扣，加上后期取水构筑物的检修更换费用，损失加大。在这种情况下，没亏就是赚。若采取了防冰措施，这些问题都不会有，水厂还能安稳度过冬季。结语：我国东北地区的冬季，地表水都要进入封冻期，河流冰情会影响取水构筑物的取水效率，严重时甚至会降低取水构筑物的稳定性，严重威胁着水厂的经济效益与口碑，各水厂应根据实