浅析长距离输水渠道冬季运行安全措施探讨

结合新疆某大型渠道长距离冬季非冰盖输水发电运行实践,摸清冰情、冰害及对输水产生的影响,分析研究冬季输水存在的问题,探索冰期输水安全措施,确保渠道工程安全和冰期输水安全,为今后的冬季输水管理提供参考。     

长距离输水渠道冰期运行控制研究

高纬度地区的渠道在冬季往往采用冰盖下输水,保证冰盖的稳定性是渠道冬季安全输水的前提条件。目前,渠道在冬季的运行控制多依靠经验,开展长距离渠道冰期运行控制研究对实现冰期安全输水是十分重要的。利用数值模拟的方法分析了长距离输水渠道的冰情和水情的变化过程,根据渠道内的冰情演变特性,提出冬季渠道应采用闸前常水位方式运行。鉴于气象预报以及冰情预报可能存在的不确定性,提出采用水位-流量串级的反馈控制算法,建立了渠道冰期运行控制模型,并在控制器内加入解耦环节,以提高渠道的控制效果。并通过南水北调中线干渠的数值模拟实验,对渠道冰期运行控制模型的控制效果进行了验证。结果表明,该冰期运行控制模型可以实现渠道冬季安全、适时、适量的供水目标。     

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。     

南水北调中线工程冬季输水冰情的数值模拟

南水北调中线工程总干渠是由明渠和各种过水建筑物组成的树状系统,特点是线路长、过水建筑物类型多、冰水动力学响应过程复杂。本文将冰情发展模型与树状明渠系统复杂内边界条件下的渠道非恒定流模型进行集成耦合,开发了大型长距离调水工程冬季输水冰情数值模拟平台,提出了树状明渠系统复杂内边界条件的等效变换方法和计算冰盖前缘动态发展的虚拟流动法。根据实测的沿线气象资料和设计资料,利用该平台系统模拟了在寒冷气温条件下总干渠初冰、冰盖形成、发展和消融过程。分析了冬季输水的冰情特性及冰期输水能力,提出了冰期安全运行的水力控制条件,通过对典型年总干渠敞流期、冰盖形成期、稳封期、调度期以及开河全过程的模拟,给出了安全运行输水调度方案及建议。     

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。     

新疆某干渠冬季运行管理及冰凌应对措施探析

本文通过新疆某干渠长距离冬季非冰盖输水发电运行实践,摸清冰情、冰害及对输水产生的影响,分析研究冬季输水存在的问题,探索冰期输水安全措施,确保工程安全和输水安全。     

南水北调中线工程典型冷冬年冰情分析及防控措施

南水北调中线工程河北省内渠段冬季输水面临不同程度的结冰问题。基于2015—2016年典型冷冬中线工程冰情原型观测,介绍典型冷冬年渠道水力条件和气候特征,分析长距离输水渠道冬季特征冰情,提出以防为主,拦、扰、捞、排一体的防控体系,为中线工程冬季安全、高效运行提供技术支撑。     

南水北调中线总干渠冰期调度策略及冰害防治措施

通过介绍南水北调中线总干渠2011年以来的冰情,分析渠道出现冰情对输水工作及工程的影响,在总结冰期运行工作经验的基础上,提出冰期输水调度策略,以及冰害防治措施。     

密云水库调蓄工程冬季输水调度方案研究

密云水库调蓄工程冬季输水可能出现流冰、冰塞及冰坝现象,对泵站、闸和渠道边坡等建筑物造成破坏,影响输水安全。统计京密引水渠正反向输水冰情,针对京密引水渠工程输水的特点和建筑物形式,研究京密引水渠冬季正向输水和反向输水可能存在的冰害,提出了防治冰害的工程措施和调度方案,为京密引水渠冬季安全输水提供支撑。     

南水北调中线京石段冰期输水规律研究

南水北调中线京石段供水工程起于河北省石家庄,止于北京的团城湖,渠道全长307km,由于沿线冬季天气寒冷,通常都会出现结冰现象。为了做好冰期调水运行工作,确保冰期通水工作的顺利进行,输水本文利用京石段四次冰期调度运行数据,在分析各输水渠段的冰情时空分布特征的基础上,提出了冰期输水调度的经验与规律,为南水北调中线工程的冰期调度运行、冰期灾害防治和冰期灾情预报提供技术支撑。     

冰水二相流渠道流冰输移演变规律及其安全运行措施研究

针对我国新疆、青海地区为数众多且无法采用冰盖下输水的宽浅式渠道工程,开展冰水二相流输运机理及运行调控技术研究,对于解决这些地区冬季用水矛盾、节省工程改造投资具有重要意义。以新疆北部地区某电站引水渠为例,通过构建一维渠道冰水力学数学模型,研究渠道流冰输移和发展规律,分析气温、出库水温、输水流量等关键因素对渠道冰情的影响,并提出冰水二相流渠道的安全运行措施,对实现冰水二相流安全水力调控、解决我国西北地区冬季缺水问题具有一定参考价值。     

湿地水文连通研究综述

变化环境下湿地水文连通性显著下降,导致湿地面积萎缩和生态水文功能退化乃至流域水环境恶化与水旱灾害风险增大。在定义湿地水文连通性内涵和特征的基础上,系统总结了湿地水文连通的研究历程,可分为萌芽起步阶段(1980-2009年)和研究探索阶段(2010年至今);重点阐述了湿地水文连通的研究热点及进展,主要包括湿地水文连通性的定量评估方法、湿地水文连通功能、湿地水文连通在湿地保护修复和流域水管理中的应用;最后,针对当前湿地水文连通研究存在的问题和薄弱环节,结合新时期湿地保护修复和河湖水系连通等国家重大需求,提出了未来亟需加强研究的重点方向。     

我国西北地区主要农作物贸易对区域水资源影响

随着我国粮食生产重心的北移,西北地区在全国粮食安全中的作用日益凸显,然而该地区水资源缺乏,水土资源时空匹配性差对当地的生态安全、粮食安全和水安全构成了巨大威胁。近些年,伴随着城市化和区域贸易的快速发展,西北地区农作物产量和外运量均快速增长,大量的农作物虚拟水伴随贸易输送到全国各地,进一步加剧了西北地区的水资源压力,严重制约当地的可持续发展。基于此,本研究对2000-2015年西北地区主要农作物生产水足迹和伴随着农产品贸易的虚拟水流动格局进行了量化分析,在此基础上评估了西北地区农产品贸易输出引发的水资源压力。结果表明,研究期内2000-2015年西北地区主要农作物生产水足迹呈上升趋势,从2000年的417.16亿m~3增长到2015年的439.87亿m~3。与此同时,农产品贸易伴生的虚拟水流动量显著增加,从2000年的220亿m~3增长到2015年的272.99亿m~3,严重加剧了当地的水资源压力。陕西、内蒙古、新疆和甘肃水资源压力均高于全国平均水平,陕西更是呈重度水资源压力状态。因此,本文从技术发展和宏观战略层面提出了创新农业实体水资源利用效率、建立虚拟水补偿机制以及合理优化调整区域产业结构的应对策略与建议,为保障我国西北地区水资源可持续利用提供了科学参考。     

基于神经网络模型的全国用水量/ 四维0模拟

通过分析影响我国用水数据的因素, 模拟我国各地级行政区的用水量数据, 对于在全国开展用水情况评价、水 资源高效利用与管理、实现经济可持续发展有重要意义。以 2000- 2010 年全国地级行政区内土地利用分布、人口、 经济和用水量统计数据为基础, 采用两层前馈神经网络模型模拟用水量数据。研究结果表明, 土地利用分布、人口 和经济三类影响因素综合模拟用水量具有较高模拟精度。考虑到近年来经济技术、节水措施和用水效率不断提高 对用水量的影响, 而这种影响只体现在时间上, 提出了/ 四维0 用水量模拟理念, 即在模拟用水量时补充土地利用、人 口和经济的时间序列特征。结果分析表明,/ 四维0 模拟理念进一步提高了全国各地级行政区的用水量模拟精度。     

京津冀作物水足迹时空分布特征及影响因子分析

水资源短缺是制约京津冀协同、可持续发展的重要瓶颈之一,为清晰地描述区域不同农作物生产过程中的需水特征,为区域水资源的合理配置和高效利用提供指导意见。基于2000-2015年京津冀24个气象站日气象数据、全区作物种植面积及产量,分析了区域作物蓝水、绿水、灰水足迹的时空分布、变化趋势及影响因子。结果表明:2000-2015年间,小麦、玉米、大豆、油料、谷物、棉花、蔬菜年均单位质量总水足迹分别为1 784.2 m~3/t、1 564.2m~3/t、4 386.6m~3/t、3 427.5m~3/t、2 032m~3/t、9 574.1m~3/t和152 m~3/t;年均蓝水、绿水、灰水足迹分别为211.6亿m~3,164.8亿m~3和321.4亿m~3;总水足迹中蓝水、绿水、灰水所占比例分别呈现下降、上升及先上升后下降的趋势;水足迹空间分布表现为西北部和北部较少、南部、东南部和中部较多;影响水足迹总量的因子中,第一、第五主成分为氮肥施用量和作物种植面积,第二主成分为热力学和动力学因子,第三、四主成分为水分因子。     

汛期降雨对南水北调中线干线 京石段工程渠道水位影响

为了给南水北调中线工程实现全线通水后的汛期调度提供技术支撑和经验借鉴,基于2008年-2013年底南水北调中线干线京石段工程已经完成的四次向北京输水任务的相关资料,分析了通水过程中降雨对渠道水位的影响,结果表明在试运行期间汛期降雨多以小雨为主,渠道内水位普遍上涨20~30mm,当渠道内发生中到大雨时,渠道内的水位一般上涨80~100mm;结果表明4次通水过程由于没有特大暴雨,水位上涨幅度较小,对渠道安全没有影响;并基于河北省中小流域设计暴雨洪水图集,探讨了不同重现期暴雨对渠道水位的影响规律,给出了不同重新重现期条件下的控制水位。     

南水北调中线水源区水文特征分析及其 水资源适应性利用的思考

南水北调中线调水工程是为了解决华北地区缺水问题而采取的特大型调水工程,水源区地理特征是调水水量和水质的重要基础。然而,从目前的研究现状看,对水源区边界、面积、河流长度等主要特征参数和水资源特征系统梳理不足,水资源利用仍存在一些问题。基于此,从地理学的角度,借助地理信息技术和统计学方法,结合实地调研,对南水北调中线水源区主要特征参数进行系统梳理;分析和总结水资源特征、水资源开发利用演变过程以及存在的问题;基于水资源适应性利用理论,结合南水北调中线水源区实际,提出其水资源适应性利用的研究思路和战略措施建议。研究成果对保障南水北调中线可持续调水、支撑水源区水资源开发利用和协同管理提供技术支撑。     

河北省南水北调中线受水区水资源统一调配方案研究

针对南水北调中线受水区外调水及当地地表水来水过程的不均匀性及来水频率的不确定性、供用水系统的复杂性(多水源、多工程、多用户)等特点,以河北省南水北调受水区为研究对象,以多目标群决策理论和大系统分解协调理论为指导,以优化与模拟为主要技术,构建了基于MIKE BASIN的1+7受水区水资源优化调配模型,制定了基于不同年份、不同保证率、不同节水水平、不同用水户需求条件的受水区水资源优化调配方案。在2020年供受水区来水频率组合(引江水P=50%、当地地表水P=50%)条件下,对基本节水及高效节水的优化调配方案优化效果进行了分析,以期在充分利用水资源、满足需水要求的情况下,寻求多水源与多用户之间最优的配水方案,实现区域综合效益最大化,促进区域经济可持续发展。     

虹吸式管道排沙技术在西霞院水库清淤中的试验研究

为研究虹吸式管道排沙技术在西霞院水库清淤中的应用及效果,基于水库库区现场的清淤试验,利用西霞院水库上下游水位差的虹吸作用,辅以破土射流冲吸式吸泥头扰沙,通过对输沙管道沿程含沙量和流量等特征值的跟踪监测,研究单泵及双泵串联条件下,200m3/s、220m3/s、230m3/s、240m3/s、250m3/s、300m3/s和330m3/s共7个流量级不同试验工况下测点含沙量的变化范围、趋势及粒径级配等,并对试验清淤效果进行定量分析。水库清淤的现场试验结果表明:随着虹吸式管道排沙试验的工况流量不断增大,所测的平均含沙量呈现出增大趋势,而最大含沙量呈现先增大后减小的趋势,整个试验过程最大含沙量达到342.61kg/m3,清淤2 000m3泥沙的生产成本为10.56万元。