大型輸水工程冰期輸水能力與冰害防治控制研究.pdf

1、輸水工程經(jīng)過寒冷地區(qū)時，普遍存在著不同程度的河冰現(xiàn)象。河流封凍以后，將影響正常的發(fā)電和供水，縮短航期，增加水工建筑物荷載，影響河流泥沙的運動，尤其是冰塞、冰壩危害，會給國家和人民造成巨大的損失。加拿大、俄羅斯、美國、日本和北歐許多國家的河流和輸水渠道都受到冰期輸水問題的困擾。我國冰情較為嚴重的地區(qū)有：東北地區(qū)、新疆地區(qū)和黃河流域。南水北調中線工程緯度跨越范圍大，由北亞熱帶濕潤型氣候區(qū)向暖溫帶半濕潤氣候區(qū)輸水，必將面臨更加嚴峻的冰期輸水問

2、題。針對大型輸水工程，開展冰期輸水相關研究十分必要。本文在總結前人研究經(jīng)驗和成果的基礎上，以南水北調中線工程為研究對象，采用理論分析、模型試驗和數(shù)值計算相結合的手段，在深入分析冰水力學的主要機理和過程的基礎上，重點研究了輸水工程冰期輸水能力和冰害防治控制措施。主要成果包括：
　　1、提出了靜水、動水冰厚預測的輻射冰凍度日法，采用統(tǒng)一的公式描述冰厚生長、消融的全過程；綜合渠道參數(shù)和冰的力學特性，提出維持輸水渠道冰蓋穩(wěn)定性的水位變幅控

3、制的新指標；南水北調中線工程在冰蓋輸水期水位允許變幅不超過20cm，日變幅不超過15cm。
　　2、分析了冰蓋增厚物理試驗模型率，提出冰蓋增厚物理模型試驗宜按照重力相似準則進行設計；通過凍結模型冰模型試驗，進一步揭示了大型輸水渠道冰凌下潛機理和冰壩形成條件，提出了結冰期和融冰期冰凌下潛的判斷準則。
　　3、建立了考慮冰凌下潛和水力加厚、力學加厚冰蓋形成過程的輸水渠道冰期輸水仿真模型。闡明了南水北調中線工程總干渠在結冰期、冰蓋

4、輸水期和融冰期的輸水能力，分析了加厚冰蓋糙率和冰凌間滲流對輸水能力的影響。
　　4、研究了冰蓋輸水期渠道封凍長度比、冰蓋糙率和閘門控制方式對輸水渠道水力特性的影響；基于冰蓋輸水期冰蓋穩(wěn)定性的運行約束條件，提出了兩點控制運行方法。
　　5、以凍結模型冰為試驗材料，以南水北調中線工程為原型，研究了輸水工程冰期輸水過程中：冰蓋膨脹力、上拔力、平整冰和碎冰流撞擊力的作用水平、影響因素和破壞形式。
　　6、研制了雙纜網(wǎng)式新型攔冰