南水北调中线工程总干渠冬季大流量输水 水温调控措施

为保障南水北调中线工程冬季输水安全，利用建立的总干渠全线一维水温模型，针对 350、280、210 和 150?m3/s?这 4 种不同输水流量方案，模拟分析各方案在强冷冬、冷冬、平冬和暖冬等典型冬季气象条件下总干渠 冬季输水保温效果，在此基础上提出总干渠冬季无冰盖大流量输水水温调控措施。结果表明：针对不同典型冬季 气象条件，在有限条件下采取无冰盖大流量输水调度运行方式，可不同程度缩短输水流动时长、减少沿程水体热 量损失，从而达到保温效果；在各典型冬季年份气象条件下，随着总干渠输水流量增大，沿程水温比降相应减缓， 明渠末端水温相应提升；在冬季气象条件适宜情况下，总干渠冬季采取无冰盖大流量输水水温调控措施，既有利 于减小水温降幅，同时也可有效解决冬季输水能力受限问题；建议根据总干渠中短期气温预报和水温预测情况， 在冷冬、平冬和暖冬等典型冬季气象条件下尽可能采取较大输水流量输水模式，在强冷冬气象条件下可分时段、 分渠段采用无冰盖大流量输水模式。     

明渠冬季安全输水措施研究

冬季明渠输水的主要方式有冰水混合和冰盖下2种.冰水混合流对渠道的过流条件要求较为苛刻,运用时受限制较多;冰盖下输水可以实现明渠冬季输水安全运行,但必须控制流冰期渠道的水流流速和水流弗劳德数.冰期输水的注意事项主要有:渠首蓄冰运行、渠道断面设计应采用窄深式、尽快使明渠形成冰盖、冰盖输水宜采用无自由表面输水、提高渠道内的水温等.     

河道冰盖输水过流能力分析

冬季输水河道形成冰盖后，湿周增大，水力半径减小，加之冰盖底面糙率的影响，致使河道过流能力减小。依据河北省大清河系南拒马河、大清河、白沟引冰期输水观测成果，计算了不同河段水盖糙率，分析了冰盖对河道过流能力的影响，以及试验河段冰盖糙率的变化范围和冰盖对河道过流能力的消减幅度，为冬季河（渠）道冰盖输水提供了参考依据。     

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。     

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。     

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。     

引黄济青工程冰期输水运行研究

引黄济青工程是在冬季运行，大部分时间在冰盖下行水。分析研究冰盖的形成、消融机理及引黄济青输水河的特性，指出冰期输水的调度运行应“水位稳定、流量均衡、持续不断”。     

河道冰盖输水过流能力分析

冬季输水河道形成冰盖后,湿周增大,水力半径减小,加之冰盖底面糙率的影响,致使河道过流能力减小。依据河北省大清河系南拒马河、大清河、白沟引河冰期输水观测成果,计算了不同河段冰盖糙率,分析了冰盖对河道过流能力的影响,以及试验河段冰盖糙率的变化范围和冰盖对河道过流能力的消减幅度,为冬季河(渠)道冰盖输水提供了参考依据。     

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。     

南水北调中线干渠冰期输水能力研究

冰盖的形成使得渠道的湿周增加,水力半径减小,输水阻力加大,致使渠道过流能力减小,影响渠道的冬季输水。渠道冰期的输水能力无论对工程设计,还是运行管理都是十分重要的。文章分析了结冰期冰盖的安全推进模式和稳定封冻期渠道水位壅高的影响,提出了确定渠道在结冰期和稳定封冻期的输水能力的控制指标,在此基础上,对南水北调中线黄河以北渠段结冰期以及完全封冻后的输水能力进行了研究,确定了南水北调中线黄河以北干渠的冬季输水能力,研究成果对于南水北调中线干渠的冬季管理和运行具有一定的参考价值。     

对明渠冬季结冰盖运行的几点认识

我国北方地区的明渠，冬季运行常面临冰害问题。，冬季运常面冰害问题，为消除明渠冬季运行冰害，工程实践中学控制水流条件而使其形成冰水二相流输水方式或结 冰盖输水方式。     

长距离明渠系统反向输水冰情模拟

针对长距离明渠-闸门-泵站系统冬季反向输水可能出现的冰问题,以南水北调来水调入密云水库调蓄工程为研究对象,升级开发了调水工程冬季输水冰情数值模拟平台。根据实测气象资料和设计资料,对冰情数学模型中的相关参数进行了率定和检验。在此基础上,研究了冰期明渠反向安全输水的水力约束条件,通过模拟调蓄工程典型气温年工况下畅流期、冰盖形成期、稳封期、消融期等冰情演变过程,分析了反向输水的输水能力和冰情特性,并与正向冰期输水能力进行了对比。计算表明,通过控制抽水流量使各渠段泵吸水口拦冰(拦污)设施、倒虹吸或闸门位置处断面佛汝德数满足快速成冰的约束条件,可以保证反向输水;典型年气温下沿程冰厚略小于正向输水工况,且形成冰盖时最大水位波动为0.35 m;从冰封起始的12月中旬提前1~2周启动冬季输水运行工况较为适宜。研究成果可供决策管理部门在冰期制定北京多水源联合调度方案时参考。     

冰期对引黄济津输水的影响

１工程概况引黄济津应急调水工程从黄河位山闸开始，经二、三干渠，通过穿卫涵洞，由临清干渠北上清凉江和清南连渠再入南运河，到天津九宣闸后分两路，一路经马厂减河进北大港水库，一路经西河闸进海河，全长５８０km。２冰期对输水的影响２．１调度难度大为了冰期输水安全，在冰期输水渠道内必须形成完整的冰盖。这就要求上冻前，根据渠道情况，适当加大输水流量，抬高水位，以利于形成高冰盖。未形成完整的冰盖前，水面产生流冰，极易产生冰坝或雍冰，这就要求河道有适宜的引水流量。形成冰盖后，为了不使冰盖坍塌，冰盖下的流量应保持均…     

吐鲁番市典型灌区输水渠道冬季冰盖多场耦合下力学响应特性分析研究

针对吐鲁番市典型灌区输水渠道冬季产生的冰盖体,利用COMSOL Multiphyisics有限元数值软件,开展热-力耦合下冰盖体力学响应分析。分析了热-力耦合下输水渠道内冰盖体升温过程中温度场分布特征与压应力分布,压应力初始约为50～100 kPa,升温过程中压应力为先增后减。获得了冰盖体静冰压力为20～140 kPa,最大静冰压力为142. 3 k Pa,呈先增后减变化,流变有效位移在热传递后增大12个量级。研究了渠道边坡系数与底宽对冰盖体极限冰压力的影响,渠道边坡系数低于2. 25时,极限冰压力峰值逐渐增大;超过2. 25后,逐渐降低,冰盖体极限冰压力二次降低阶段降低速率均为一致,各边坡系数下均为每小时减小冰压力2 kPa;底宽与极限冰压力呈反比关系,峰值极限冰压力均位于第26 h。以期为研究高寒地区灌区渠道冬季输水所产生冰盖体耦合场力学特征提供一定参考。     

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。     

基于真冰模型试验的冰盖稳定性研究

南水北调中线工程在冰期输水过程中宜采用冰盖下输水的方式,输水过程中维持冰盖稳定性 成为输水成功与否的关键。鉴于输水渠道和天然河道的冰盖稳定性不同,本文以真冰为试验对象,开 展了冰盖减压试验和冰盖增压试验,研究了冰盖稳定性与冰盖下水压力之间的关系。研究发现随着冰 盖宽度的增加,冰盖下极限水压力升、降幅度先增大,后减小;而随着冰盖厚度的增加,冰盖下极限 水压力降幅减小,升幅增大。同时由于冰盖对于水压力上升的承受能力显著强于水压力下降。为此, 建议稳定冰盖形成后,应适当调高水位运行,以利于保持冰盖稳定性。     

长距离明渠冰期输水分析与研究

我国多个调水工程存在或面临冬季输水问题,高纬度寒冷地区的渠道在冬季结冰是一种普遍现象。冰盖和冰塞会导致渠道的水流阻力增加,致使上游水位上涨,影响正常的输水运行。若对冰清、水情控制不当,容易发生冰塞、冰坝等冰害,严重时可能造成水流漫溢、供水中断、建筑物损坏等危害。保证冰期输水安全是渠道输水有待解决的问题。     

河北省冰期调水水文特性分析

在北方冬季跨流域调水中,水流在年底至次年初发生结冰现象。输水河道在此期间,经过岸冰、冰花、溜冰、冰盖等冰情,造成河道输水水位抬升,流量变小,输水能力减低,且水位流量关系复杂。调水河道在冰寒加剧和高水位运行下,个别河段甚至出现冰塞、冰坝等冰灾现象,直接威胁到河道堤防安全,增加了输水管理的难度。研究分析冰期水流变化规律,对冰期输水监测及调度管理具有重要意义。     

冰情模型中不确定参数的影响特性分析

数学模型中参数的不确定性直接影响到模拟结果的不确定性。以南水北调中线工程冬季输水为例,根据实测和设计资料,采用自主开发的大型长距离调水工程冬季输水冰情数值模拟平台,重点分析了冰情数学模型中单一参数（冰期冰盖糙率、大气与冰盖的热交换系数）的不确定性对冰期冰盖形成、发展、消融和水位、流量等要素的影响,并计算给出了一般规律。研究表明,初始冰盖糙率的不确定性对典型年冰期水力学要素的变化过程影响较大,主要反映在沿程各计算断面的水位、流量波动以及结冰期冰盖前缘动态发展模式上,而对冰情范围及与冰相关的变量变化过程无影响。大气与冰盖的热交换系数的不确定性直接影响到最大冰盖厚度的模拟结果,而对冰盖的发展规律影响不大。建议及早准备开展中线工程冰期输水原型观测工作,对上述不确定参数进行率定。