南水北调中线工程冬季气温与水温关联性

为探讨南水北调中线工程中渠水温度与沿途气温之间的关系,采用等距抽样方法,从南到北在南水北调中线节制闸中选取 7 座节制闸作为分析样本,收集统计 2022 年 11 月 15 日—2023 年 2 月 28 日所选节制闸的水温信息和所在地的气温信息。结果表明：7 座节制闸的冬季水温变化趋势和 15?日移动平均气温变化相似;对南水北调中线上游段水温减去沿线 15?日气温差形成的数据与下游段水温数据进行对比,计算得到的皮尔逊相关系数均在0.95 以上,相关性显著;在冬季,跨流域调水工程从南到北（上游到下游）的 15?日移动平均气温差是反映水体热量损失的主要表现形式。研究结果可为跨流域调水工程调整冰期输水调度策略、预防冰冻灾害提供理论依据。     

基于气温链的南水北调中线工程冬季气温等级评价

寒冷区明渠冬季输水结冰是常见的自然现象。南水北调中线工程水面一旦形成冰盖其安全输水流量仅为设计流量的30%~50%,而气温是驱动冰盖形成的主要因子,如何科学评价冬季气温等级是冰期输水面临的关键问题之一。分析了沿线8座气象站1951—2021年冬季日平均气温和日最低气温数据,揭示了总干渠气温沿程和年际变化规律。基于拉格朗日质点跟踪法,结合沿线气温-水温-冰盖生成物理过程,提出了气温链概念并给出通用数学表达式。分别采用国标法、一月平均气温法和气温链法评价冬季气温等级,构建了71 a冬季气温位次。结果表明:①总干渠自南向北气温逐级下降速率为0.48 ℃/(100 km),保定站呈加速下降趋势,对冰盖生成贡献最大。②沿线冬季气温总体呈波动上升趋势,升温速率为0.37 ℃/(10 a),强暖冬出现在最近30 a,强冷冬出现在前30 a,气温的总体上升有利于减缓大范围冰盖生成。③对于冰盖生成预测,气温链法优于一月平均气温法,更优于国标法;不同时间尺度组合评价可获得更优的结果;全球持续变暖背景下,可采用一月平均气温法和北方2站6 d气温链法联合评价。④给出了北方2站6 d气温链法冬季等级的分界阈值,即强暖冬T_C≥-4.0 ℃,弱暖冬-5.7 ℃≤T_C<-4.0 ℃,正常-7.4 ℃<T_C<-5.7 ℃,弱冷冬-9.1 ℃<T_C≤-7.4 ℃,强冷冬T_C≤-9.1 ℃,长系列均值为-6.5 ℃。研究成果可更好地为南水北调中线工程总干渠冰盖生成提供新的参考基准。     

南水北调中线工程沿线寒潮及区域极端低温时空变化规律

为掌握南水北调中线工程沿线寒潮及区域极端低温时空变化规律,基于南水北调中线工程陶岔渠首至北拒马河暗渠沿线40 km宽度范围内的56个气象站点1960—2020年日最低、最高气温数据资料,分析5个极端气候指数时空变化规律,另外计算9个典型气象站1960—2020年寒潮发生频次,采用Sen斜率估计方法进一步分析其变化趋势。结果表明：9个典型气象站中,1960—2020年7个气象站寒潮发生频次总体呈减少趋势;2个气象站寒潮发生频次总体呈下降趋势,但2000年以来呈现明显增多的异常趋势;邢台以北区域随纬度升高寒潮呈增多趋势。对于极端气候指数1960—2020年9个气象站每年度日最低气温的最小值总体均呈现上升趋势,但1990年以来保定站呈现不升反降的异常趋势,邢台、石家庄两站也基本不再上升,处于上升停滞状态;霜冻日数（每年度日最低气温<0℃的天数）、冰冻日数（每年度日最高气温<0℃的天数）、冷夜（最低气温<10%分位值的天数）等极端气候指数总体呈现不同的下降趋势,但邢台以北等站点也呈现不降反升或者下降停滞的异常状态。从空间变化趋势上来看,各气候指数相互之间未呈现整体上一致性的变...     

坚持技术创新提高南水北调中线总干渠工程设计水平

南水北调中线工程是国家一等供水工程,设计标准都很高,如大型建筑物按100年一遇洪水设计、300年一遇洪水校核,左右岸排水工程按50年一遏洪水设计、200年一遇洪水校核,渠道堤防工程按50年一遇洪水设计．中线总干渠沿线地形地质、水文气象复杂多变,在渠道设计的每个环节均应执行规范、坚持创新、精心设计．     

南水北调中线工程2014—2022年冬季水温与冰盖观测分析

南水北调中线工程自2014年12月全线通水以来已运行8个冬季,为防止冰塞冬季输水流量控制为设计流量的30%~50%,严重制约了工程输水效益的发挥。因此,渠道水温和冰盖特性一直是冬季输水关注的重点问题之一。实测数据表明：①冬季输水流量总体逐年增大,最末段保持相对稳定,岗头闸流量约为50 m³/s,北拒马河闸约为25 m³/s;②冬季气温总体以暖冬居多。保定站最低气温-22.0 ℃,3日滑动气温极值-10.7 ℃,短期强寒潮可能是今后冰盖生成的关键驱动因子;③冬季水温沿程逐渐降低,渠首陶岔闸最低水温6.7 ℃,渠末北拒马河闸多数年份降至0 ℃附近。北拒马河闸水温最大降幅10日内由3.5 ℃降至0 ℃,期间渠段水温降幅亦达到极大值1.69 ℃/100 km。④2016年冬季冰盖最长达280 km(最南端延伸至午河闸),次之为2015年冬季的73 km和2021年冬季的38 km,有两个冬季未生成冰盖。岗头闸-北拒马河闸近90 km是冰盖多发渠段,应引起关注。基于冰盖生成前实测数据,以初始水温和区间气温为输水条件,拟合给出了2 d、3 d和7 d等不同预报时效的简化水温模型和冰盖生成临界阈值。初步分析认为：冬季气温和输水流量是冰盖生成的两大关键驱动因子,流量越小气温越低越易生成冰盖,1月出现的短期强寒潮更易于导致冰盖生成。2016年冬季严重冰情是二者叠加的结果,2015年冬季冰盖主要是输水流量小诱发,而2021年冬季冰盖主要是短期强寒潮所致。     

南水北调中线总干渠工程安全监测设计之我见

南水北调中线总干渠工程的特殊性，要求其安全监测系统必须与之相适应，并达到世界先进水平，在设计该系统时，首先要有明确的设计目标，围绕目标合理确定监测系统的结构，中线工程实行“统一调度、分级管理，建管结合”的调度运行管理体制，总干渠安全监测系统与此管理体制相配套，按行政管理区域构成分层分布式监测系统，分别按各种政区域先形成子系统，各子系统具有相对独立性，可单独监控运行。工程竣工后，各子系统具有相对独立     

南水北调中线工程总干渠穿越汤河线路选择与研究

南水北调中线工程总干渠穿越汤河的建筑物轴线受南水北调中线工程总干渠中心线的制约,同时又必须依据建筑物所在地特殊的地形、地质条件来选择合适的总干渠中心线位置,根据总干渠穿越汤河的位置布置了3条线路:东线、西线和中线进行分析比较,选定中线为总干渠中心线位置,总干渠穿越汤河建筑物型式为涵洞式渡槽。     

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。     

超标准暴雨洪水条件下南水北调中线工程沿线各单元风险评估

对南水北调中线工程沿线639个单元工程风险进行评估,并对灌渠河、贾河、金水河、石门河和沙沟5个典型单元进行重点分析。结果表明：中线工程沿线639个评估单元中,风险事件可能性指数为1的单元占比最大,风险等级以一般风险为主;在5个典型单元中,极端降雨移用（植）后在交叉断面处形成的洪水基本上呈现流域面积越小洪水量级越大的特点。此外,灌渠河排水倒虹吸发生渠顶漫溢的风险低;贾河梁式渡槽、沙沟排洪渡槽和石门河渠道倒虹吸均存在较高的工程风险;金水河渠道倒虹吸在超标准洪水下河道冲刷满足要求,工程风险较低。研究成果对提前部署南水北调中线工程防御超标准暴雨洪水具有指导意义。     

基于B/S结构的南水北调中线工程安全监测自动化应用系统设计与实现

建设南水北调中线工程安全监测自动化应用系统,是确保工程安全运行、高效管理的重要手段。系统按照安全、可靠和易用的设计理念,以自动化、智能化支撑南水北调中线工程安全监测业务为目标,基于B/S软件结构,按照面向服务的体系结构自下而上分层设计系统架构,实现系统软件的高性能和松耦合。基于南水北调中线工程安全监测规范和用户实际需求,对数据库、业务功能和服务组件等内容进行设计,满足管理者对安全监测业务的需求。系统的构建将有效提升南水北调中线工程安全监测业务的信息化、智能化管理水平,保障工程安全运行和跨流域水资源高效利用。