南水北调中线2014~2015年度冬季冰情原型观测

2014年底,南水北调中线干线工程全线正式通水,冬季冰期输水面临渠道结冰问题。为研究中线干线冬季冰期安全输水问题,于2014~2015年度冬季开展了冰情原型观测,获得了冬季冰期输水的水力参数、气象参数和冰情特征等第一手现场数据,掌握了暖冬气候条件、小流量输水工况下中线干线结冰、封冻和开河过程的基本规律。为中线工程冬季安全输水运行积累了经验,可为制定冰期调度方案和编制防凌减灾措施提供依据。     

典型长距离调水工程冬季冰凌危害调查及分析

以某长距离调水工程为研究对象,基于原形观测资料分析渠道冬季冰情发展规律和存在的冰凌问题。介绍了渠道和建筑物布置特点、不同冬季气象特点和冬季输水运行方式,分析了流冰期、封冻期、开河期的冰情现象,不同年份和空间上的冰情分布特征,总结了长距离输水渠道冰情生消演变的基本规律。基于典型冬季渠道出现的特殊冰凌灾害,列举了冰塞、泵站前池水位下降、分水口流量降低、仪器设备读数失真、渠道衬砌冻胀等冰凌影响事件,分析了气象条件、水力条件和工程布置特点对冰凌危害出现的影响。从调度、工程措施出发,在不同冰期阶段,针对不同渠道和建筑物位置,提出集防、拦、扰、捞、排一体化的冰凌防护措施,为长距离输水工程冬季冰期安全高效运行提供技术保障。     

南水北调中线工程输水冰情的初步分析

本文结合南水北调中线工程初步设计方案及在冬季输水运行的防凌要求，根据南水北调工程中线沿线各地区的多年气候、邻近河道冰情实测资料的统计，分析并得出了沿线各渠段地区的气候、邻近河流冰情的变化与特征。应用一维热平衡方程对三个不同气温典型年即冷年、平均年、暖年，以出库水温和邻近渠道表面温度为初始条件和边界条件，模拟干渠郑州至北京段沿程的水流温度变化，预测冰花起始时间、冰流量、冰盖形成及冰盖厚度。估算出沿程各河段主要断面过冰能力、预测各渠段的冰塞发生位置，冰盖形成及稳定性和冰下过流能力，阐明了在寒冷地区冬季输水防凌的必要条件和可行性。研究并提出了冬季输水的防凌害初步运行方案及防凌措施。     

长距离渠道冬季输水冰情分析及预防措施探讨

通过对新疆某渠道工程冬季输水实践中气象、冰情的监测,分析冰情及其发展变化规律和冰情冰害对安全输水的影响,探讨避免冰害的预防措施,为今后的冬季输水管理提供参考.     

基于历法的冬季输水气象特征指标相关性研究

气象是长距离输水渠道冬季安全运行的重要影响因素,预测影响冰情产生和发展的冬季输水气象特征指标是实现渠道冬季安全高效输水的一个重点。通过探索中国传统历法在辐射、气温分析中的作用,以南水北调中线北段沿线邢台站、保定站和北京站为研究对象,对比不同历法下入冬前气温与冬季输水气象特征指标间相关性的优劣,并利用LSTM预测模型对公历、干支历和阴历3种坐标系下冬季输水气象特征指标进行预测,来研究不同历法对冬季输水气象特征指标分析和预测的影响。结果表明：阴历坐标系下入冬前气温与冬季输水气象特征指标相关性更强;采用阴历在构建气象、冰情预测模型的过程中,较公历、干支历具有显著的优越性,可显著提高预测模型的准确性。     

南水北调中线冬季冰情变化特征及输水能力提升策略研究

南水北调中线工程冰期输水能力受限已成为制约工程安全运行和社会效益发挥的巨大障碍。认识和辨析通水以来中线干渠冬季水温冰情演变规律及影响机理,是中线干渠冬季输水能力提升亟需解决的关键问题。本文基于2011—2023年中线干渠连续12个冬季的气象、水力、冰情等原型观测资料,分析了中线干渠水温冰情时空分布本底和特征规律,明晰了影响中线干渠冰凌生消的关键因素,针对性提出了冬季输水能力提升的相关应对策略。分析表明：通水以来冰情发生的范围和时间相比理论预想偏小、偏短,冰凌影响区为七里河倒虹吸至北拒马河暗渠段,冰塞风险区为滹沱河倒虹吸至北拒马河暗渠段,多年平均冰厚15 cm,历史极端冰塞厚2.9 m,冰凌壅水最高值0.73 m;干渠冬季水温由南向北递减,依次出现岸冰、流冰和冰盖,日均气温转负后相应的断面平均测量水温在2.5、1.0和0.25 ℃左右,且沿程水温下降速率与流量和气温呈负相关,即增大输水流量可减缓水温下降速度;影响冰凌生消的关键因素是气温、流量、太阳辐射和风速,典型年如2016年的严重冰情与1月低累计负积温、大输水流量和短时寒潮叠加有关,漕河等渡槽失温快产冰量大与风速密切相关。基于上述分析,未来可考虑结合气象、水情、冰情实时监测和智能预警预报,建立水温-水量-水力协同调控和动态调度技术体系,重点从缩短冰期输水时长、降低冰情影响范围、优化关键控制指标和挖潜渠道防冰塞性能等多方面全面提升南水北调中线工程冬季输水能力。     

南水北调中线工程冰期输水冰情及措施研究

在系统分析中国北方河渠冰期输水问题的基础上,通过采用一维非恒定水-冰热力学数学模型,系统模拟了输水过程中沿程不同冰情发生、发展变化过程.提出了采用Fr数、流冰密度、负积温综合判别不同冰情的方法,预测了南水北调中线工程冬季输水不同冰情的时空分布特征,并初步分析了冰期输水的特性及影响因素,提出了冰期输水冰情防治和预防措施等方面的建议.     

南水北调中线工程冬季输水冰情风险研究

针对南水北调中线工程冬季输水冰情的安全运行问题,以南水北调中线工程河北段为研究对象,以热平衡理论为出发点推导出目标单元渠段的整体总热量变化公式;采用单因素局部分析法选出风险评价指标,基于概率论构建了风险评价指标之间的联合概率密度函数,将气象事件发生概率、热量变化率与冰情风险等级一一对应,从而对渠道冰情进行风险评估。对2021年1月6—8日南水北调中线工程河北段输水渠道冰情风险分析结果表明：在整个热交换过程中,短波辐射、蒸发和对流热交换是影响热量变化的主要因素,且夜间渠道的热量散失明显大于白天,加大了夜间发生冰情的风险;沙河节制闸—渠末段虽然与其他渠段风险等级一样,但其单位面积热量损失明显高于其他渠段,接近于极高风险,应加强对该渠段的实时监测并做好冰情防护。     

新疆某供水工程冬季结冰盖输水的可行性研究

通过构建一维渠道的冰水力学模型,根据输水工程沿线的历史气象数据,模拟了渠道结冰盖输水运行时渠道内冰情的发展情况。对输水渠道在不采取任何保温措施情况下的输水能力和冰情进行分析,研究渠道冬季结冰盖输水的可行性。     

南水北调中线冬季水温分布规律数值模拟研究

水温是南水北调中线冬季输水冰情预报的重要指标之一。以中线工程总干渠冬季水温为研究对象建立一维水温数学模型,模拟不同气象冷暖冬条件与不同输水流量方案下总干渠沿线水温变化过程,揭示水温沿线时空分布规律,并在此基础上给出相关冬季输水调度运行建议。结果表明:总干渠沿线自南向北各闸站水温沿程降低,大部分工况显示冬季水温整体呈现出先下降后缓慢上升的趋势。同一气象条件下,输水流量越大,沿线水温降幅就越小,如在2013年冷冬典型年份下,陶岔渠首输水流量150m3/s时沿程降温率为0.37℃/100km,陶岔输水流量350m3/s时沿程降温率为0.16℃/100km。同一输水流量条件下,虽然气温升高对水温的提高有一定的效果,但是不同典型冬季年份降温率并没有显著相关性。建议在做好基于中短期寒潮预报的冬季输水实时调控模式研究的前提下,冬季可采取加大流速输水方案(即大流量、低水位输水),减少水温降幅,旨在提升全线非冰盖输水的可行性。