南水北調(diào)中線冰情綜合分析平臺(tái)研究.pdf

1、南水北調(diào)中線工程冬季輸水時(shí)有發(fā)生冰塞、冰壩等冰害的風(fēng)險(xiǎn)。冰期運(yùn)行安全涉及到工程運(yùn)行管理的各個(gè)環(huán)節(jié)，僅基于人防、物防來保證渠道冬季輸水安全是不夠的，為此中線干線工程計(jì)劃布設(shè)不少于5000個(gè)傳感器和工程設(shè)備，監(jiān)測(cè)渠道實(shí)時(shí)狀況。然而，目前缺乏有效利用這些傳感器和工程設(shè)備來保證渠道安全的技術(shù)手段，因此本文將工程冬季運(yùn)行時(shí)異常識(shí)別與預(yù)警、溯源、應(yīng)急的需求與傳感器等多源信息的利用結(jié)合起來，基于理論分析、數(shù)值模擬、圖像處理等手段，在深入分析冰期輸水主

2、要機(jī)理及過程的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了冰期輸水深層綜合分析平臺(tái)的構(gòu)建。主要研究?jī)?nèi)容及成果如下：
　　(1)分析了工程冰期輸水時(shí)存在的風(fēng)險(xiǎn)并對(duì)渠道實(shí)時(shí)冰情綜合分析能力進(jìn)行了研究。提出了按成因分類的異常模式分類方法，獲得了中線冰期異常模式構(gòu)成:冰花堆積型異常模式、失穩(wěn)-冰塊堆積型異常模式、自然-冰塊堆積型異常模式。綜合前期研究成果，構(gòu)建了異常模式指標(biāo)體系并確定了各指標(biāo)閾值。依托于數(shù)值模擬、圖像處理等手段，制定了異常模式識(shí)別、預(yù)警流程。

3、>　　(2)研究了京石段冰害風(fēng)險(xiǎn)空間分布。提出了改進(jìn)的指標(biāo)量化方法，利用模糊評(píng)價(jià)理論對(duì)中線京石段單元渠道及渠段的冰害堆積風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明:單元渠道的冰害風(fēng)險(xiǎn)可分為5級(jí)，西黑山節(jié)制閘-瀑河倒虹吸節(jié)制閘渠段及墳莊河節(jié)制閘-南拒馬節(jié)制閘渠段的相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)最大。
　　(3)耦合水動(dòng)力學(xué)、冰水力學(xué)、熱力學(xué)、等理論，構(gòu)建了中線冰情演變數(shù)值模型并對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。通過建立渠道的氣、水、冰的熱傳導(dǎo)方程、水溫控制方程、非恒定流運(yùn)動(dòng)方程、浮冰輸移

4、及冰蓋發(fā)展方程，構(gòu)建了一維冰期輸水模型，結(jié)合南水北調(diào)中線工程，系統(tǒng)模擬了典型年渠道初冰、冰蓋形成、發(fā)展和消融總過程，利用冰期運(yùn)行日?qǐng)?bào)獲得的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果表明:模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合的較好，模型的計(jì)算精度能夠滿足計(jì)算分析與工程應(yīng)用的要求。
　　(4)研究了中線冰情演變數(shù)值模型實(shí)時(shí)校正方法。將卡爾曼濾波技術(shù)與模型水溫模擬理論相結(jié)合，以水溫為狀態(tài)向量對(duì)南水北調(diào)中線工程典型渠段水溫模擬過程進(jìn)行了實(shí)時(shí)校正?；谥芯€工程海量