南水北调中线工程水工钢闸门防冰冻技术

南水北调中线工程于2003年开工建设至2014年底建成正式通水运行,其中漳河北至北京、天津范围内渠道冬季输水运行时存在结冰的工况,水工钢闸门运行需要考虑防冰冻技术措施。文章介绍了南水北调中线工程总干渠冬季输水运行时水工钢闸门需要防静冰压力、防冰冻、防冰冲击的几种常用方法,及需要在冬季运行的拦冰索、排冰闸、节制闸、退水闸等建筑物上采用的防冰冻技术、相关设备设施的布置原则。南水北调中线工程这种长距离、大地域的调水工程,需要经过北方地区,运行管理人员经历了4个冬季运行,不断对水工钢闸门等设备防冰冻技术的运用进行改进、完善,积累了防冰冻的经验,为今后国内采用渠道方式的引水工程冬季输水运行,提供了重要的工程参考。     

李阳河渠道倒虹吸退水、排冰闸设计要点

<正>李阳河渠道倒虹吸南水北调中线工程内丘县城西约1.0km的李阳河西支、北支交汇处,是南水北调中线工程总干渠大型河渠交叉建筑物。根据工程总体设计要求,总干渠在李阳河渠道倒虹吸上游设退水、排冰闸。其中,退水闸设计流量要求满足过渠道设计流量的50%,排冰闸满足冬季排冰需要。南水北调中线总干渠为Ⅰ等工程,退水、排冰闸的引渠、闸室、消力池等均按1级建筑物设计,主要建筑物防洪标准按     

南水北调中线渠道建筑物排冰闸拦冰索设计

南水北调中线总干渠邯邢段设计全年输水,冰期运行时需要采取适当的控冰措施。本段渠道建筑物设计采用拦冰索控冰。拦冰索是一种浮式控冰结构,类似于悬索结构。南水北调中线邯邢段渠道渡槽排冰闸拦冰索还存在流量较大、布置角度与总干渠中心线斜交等问题,这些都为设计、计算带来一定的难度。目前对拦冰索的设计标准尚未统一。本文通过具体的工程设计,给出了拦冰索的构造,并提出了渡槽排冰闸前拦冰索的平面布置原则、荷载分析方法,并介绍了基于悬链线理论的渡槽排冰闸拦冰索受力分析方法、拦冰索固定端设计方法、运行管理设计等,为同类工程的设计提供一定的参考和借鉴。     

新疆引水式水电站输排冰的试验研究

输排冰运行是引水式水电站冬季运行的主要方式之一，顺利有效地输排冰是清除冰害，保证水电站冬季安全运行的首要问题。新疆地区建有大批引水式水电站，由于该地区气候特点，大都采用输排冰运行方式，为此近年进行了大量压力前池输排冰结构布置型式的试验研究工作，通过系列模型试验得出输排冰运行条件，给出了反映输排冰效果的无量纲参数冰水比Ｋ值最大时不同排冰形式的优化布置方案，为引水式水电站输排冰设计提供了参考依据。     

南水北调邢石段金属结构总体布置设计

对南水北调邢石段的节制闸、工作闸、退水闸、检修闸、分水口门和排冰闸的功能、闸门和启闭机的选型与总体布置、闸门的防腐与冬季运行逐一进行了介绍。根据不同的功能要求及建筑物的特点采取相应的金属结构布置,使整体设计满足了南水北调四季输水的要求。     

塘河水电站冬季运行的防冰害设计

塘河水电站位于海拔3914m,冬季的冰害造成渠道决堤,无水发电。经过对溢流坝的加高,在引水渠上修建4个排冰闸,采用捞冰机以及用人工排冰等方法比较后,采用修建前池排冰闸,并在闸门槽设置4kW电热管。于1985年建成运行至今,电站冬季运行有了保障。     

新疆北疆地区引水式电站冬季排冰措施

严寒地区引水式电站在冬季发电时,必须要考虑排冰问题,根据新疆北疆地区引水式电站的可持续性发展需要,在电站设计时考虑电站冬季运行的排冰问题。笔者在工程设计中总结出引水式电站冬季排冰的一些措施,并论述这些措施的优缺点以及应用范围。     

寒冷地区引水式电站冬季结冰盖运行渠道设计与研究

某工程为西北地区长距离明渠引水式电站,冬季结冰盖方式运行,从渠道的水力设计、结构设计、冬季运用控制等方面积累了经验,同时与输排冰运行方式进行了效益比对,在增加工程效益的同时提高了安全保障,为同类工程的设计和运用提供了参考.     

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。     

寒冷地区引水式电站防冰措施

总结了寒冷地区引水式水电站的设计、运行的经验，就其冬季运行的防冰措施提出了以蓄为主、蓄排结合的防治原则，并对引水式电站的各关键部位，提出了具体防冰办法。     

Safe operation of inverted siphon during ice period

Sixteen inverted siphons are in operation at the Beijing-Shijiazhuang section in the Middle Route of the South-to-North Water Diversion Project. Their safe operation is closely related to the safety and the water diversion efficiency of the whole project during an ice period. The ice accumulation process at the inlet of the inverted siphon is modeled under a real ice condition, and then the hydraulic conditions of the ice jam prevention are confirmed. According to the experimental results and the design sizes of the inverted siphons, the detailed safe water diversion discharge and the operational water level are studied. Analysis results of these inverted siphons provide references for the safe operation and the reasonable regulations during the ice period.     

长距离调水明渠冬季输水冰情分析与安全调度

结合南水北调中线总干渠2011年-2016年间5个冬季冰情原型观测数据,分析了冰情时空分布特征、冰盖厚度、冰情现象、冰情演变条件和特点等。2015年-2016年冬季输水流量大,渠道水流流速0.25~0.67m/s,加之遭遇罕见寒潮(-18.6℃)的叠加,局部渠段出现冰塞现象。结合总干渠闸前常水位运行调度方式和渠池水流特点,提出了避免形成冰塞灾害的水流控制条件。即渠池上游控制断面平均流速V≤0.40m/s,Fr≤0.065;下游控制断面平均流速V≤0.35m/s,Fr≤0.055。建议持续加强全线冰情观测,积累冰期输水观测数据,为优化冬季输水运行调度和冰情预报提供科学依据。     

南水北调中线总干渠冰期运行调度措施研究

南水北调中线输水工程面临着复杂的结冰和融冰过程。在分析汇总国内类似已建调水工程冰期输水经验的基础上,结合南水北调中线工程近年运行经验和冰期输水水力特性,提出了中线工程冰期输水调度方式和管理措施,包括合理确定冰期输水流量,制定冰期应急预案,建立冰情预报预警控制系统等。相关经验可供类似输水工程运行调度借鉴。     

南水北调中线干渠冰期拦冰索水力控制条件研究

通过控制水力条件,使拦冰索能够有效拦截浮冰、使得浮冰能够在拦冰索前停滞堆积而形成冰盖,是保证南水北调中线工程冰盖下安全输水的关键。本文基于中线干渠冰期原型观测数据,分析了浮冰下潜的临界水力条件,表明传统的第二临界Fr(0.08~0.09)只适用于判别冰盖前缘的浮冰运动状态,对于判别拦冰索前浮冰运动状态、分析拦冰索的拦冰能力具有局限性,并论证了采用Ashton孔口排冰公式来判断拦冰索前的流冰运动状态的合理性。研究表明,同一水力条件下,拦冰索的水下淹没深度越大,其拦冰性能越好,拦冰索前冰凌下潜的临界Fr越大;并在此基础上确定了中线工程各渠池拦冰索的最小淹没深度。研究成果可为中线工程冰期输水方案制定和拦冰索技术改造提供依据。     

江苏南水北调工程运行管理浅析

为适应南水北调东线一期工程全线通水需要,通过简要介绍江苏南水北调工程的概况与传统水利工程管理的特点,详细分析了南水北调东线江苏段工程采用直接管理、委托管理和协议管理的优缺点,对江苏南水北调工程前期建成工程运行管理经验作了系统总结,并与传统水利工程运行管理模式进行比较,探讨了前期建成工程运行管理中需要进一步完善的问题和措施,力求从理论和实践角度积极探索建立适应南水北调东线江苏段工程需要的运行管理模式,努力为推动江苏南水北调工程管理体制和运行机制的确立,从而保证江苏段工程全线建成通水,确保发挥工程设计效益作了有益的研究和思考。     

弧形闸门过闸流量公式比较分析

根据南水北调中线工程总干渠对精确计算过闸流量的需要,对现行的几种计算过闸流量的公式针对南水北调中线工程总干渠渠道尺寸进行模拟比较,并分析了各个公式的来源、应用条件的差异.提出了在计算过闸流量时需要注意的问题,需要进一步研究的方向等.认为准确计量工程中的过闸流量需要根据实际工程的闸门大小,渠道类型,渠道是否与闸门等宽,过渡段形式,是否有底槛等方面对经验过闸流量公式进行校准.     

Ice accumulation and thickness distribution before inverted siphon

In winter, the safe operation and the water transfer efficiency of an inverted siphon are big concerns for water diversion projects in a high latitude area. This paper takes the Tanghe inverted siphon of the Middle Route of the South-to-North Water Diversion Project in China as an example, and carries out experimental studies under the real ice condition with different water levels, flow discharges and submerged depths. The ice accumulation process and the ice jam thickness distribution before the inverted siphon are tested and measured. The characteristics of the ice jam distribution and the relationship between /i t H(ratio of ice jam thickness i t to total water level H) and i Fr(Froude number under ice jam) are analyzed. An equation for the ice jam thickness calculation before the inverted siphon is put forward. Analysis results might help the thickness prediction and the ice jam prevention of similar water diversion projects during ice period.     

双缆网式拦冰索布设间距研究

南水北调中线工程自丹江口水库向北京、天津方向输水,冬季南北冻融不同步将可能会导致严重冰情的出现。同时,南水北调中线工程由串联渠池组成,为降低下游渠池发生冰害的可能性,实现南水北调中线工程各渠池冰凌"自产自销",在物理模型试验的基础上,研发了双缆网式新型拦冰索。现重点在新型拦冰索拦冰效果研究的基础上,结合冰水力学相关理论,对新型拦冰索有效拦冰距离的计算方法进行探讨,并结合南水北调中线工程的特点,研究了新型拦冰索的布设间距。研究认为:拦冰索拦滞的加厚冰盖极限长度以及有效拦冰距离均随锚固位置与水面距离的增大而减小、随加厚冰盖糙率的增大而减小、随冰凌厚度的增加而减小;当冰凌厚度较大时,冰凌不再下潜,形成平铺冰盖,此时拦冰索拦滞的加厚冰盖极限长度与有效拦冰距离相等。对于南水北调中线工程总干渠典型渠段,在极端气候条件下,拦冰索的布设间距以4～6km为宜。     

南水北调中线工程主要水力学问题研究

南水北调中线工程线路长、控制建筑物多,沿线地质条件复杂、地理环境和气候条件差异较大,其工程设计、建设及运行过程中的水力学问题突出且技术难度大。长江科学院经过几十年的系统研究,取得了丰硕的研究成果并成功运用于工程中。对其中的总干渠渠道糙率问题、节制闸流量计算公式、穿黄隧洞布置形式及水力特性、突发事件下渠道应急调度、冬季冰期输水等几个主要方面的水力学研究成果进行了阐述和总结,可为中线工程运行调度提供技术支持及供类似工程设计借鉴。     

南水北调中线工程冰期输水特性研究

应用水力学、冰水力学和传热学等理论,通过建立渠道的气、水、冰的热传导方程,水温控制方程,水流运动、浮冰输移及冰盖发展方程,构建了南水北调中线干渠的一维冰期输水模型。该模型不仅考虑了渠道拦冰索对流冰的控制条件,以及穿黄隧洞等地下结构的地温影响,还通过加入闸门控制算法,模拟了渠道中闸门对水位和流量的调控作用,使得数值模拟结果更能符合工程的实际情况。利用此建立的模型,对该工程黄河以北干渠的冰期输水过程进行了模拟,分析了渠道的冰情特性,研究了冰期渠道的水力响应特性,并提出了渠道冰害防治和运行控制等方面的建议。