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(guò)寒冷地區(qū)時(shí)，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(yùn)動(dòng)，尤其是冰塞、冰壩危害，會(huì)給國(guó)家和人民造成巨大的損失。加拿大、俄羅斯、美國(guó)、日本和北歐許多國(guó)家的河流和輸水渠道都受到冰期輸水問(wèn)題的困擾。我國(guó)冰情較為嚴(yán)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(diào)中線工程緯度跨越范圍大，由北亞熱帶濕潤(rùn)型氣候區(qū)向暖溫帶半濕潤(rùn)氣候區(qū)輸水，必將面臨更加嚴(yán)峻的冰期輸水問(wèn)

2、題。針對(duì)大型輸水工程，開(kāi)展冰期輸水相關(guān)研究十分必要。本文在總結(jié)前人研究經(jīng)驗(yàn)和成果的基礎(chǔ)上，以南水北調(diào)中線工程為研究對(duì)象，采用理論分析、模型試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的手段，在深入分析冰水力學(xué)的主要機(jī)理和過(guò)程的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)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(dòng)水冰厚預(yù)測(cè)的輻射冰凍度日法，采用統(tǒng)一的公式描述冰厚生長(zhǎng)、消融的全過(guò)程；綜合渠道參數(shù)和冰的力學(xué)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(biāo)；南水北調(diào)中線工程在冰蓋輸水期水位允許變幅不超過(guò)20cm，日變幅不超過(guò)15cm。
　　2、分析了冰蓋增厚物理試驗(yàn)?zāi)Ｐ吐?，提出冰蓋增厚物理模型試驗(yàn)宜按照重力相似準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)；通過(guò)凍結(jié)模型冰模型試驗(yàn)，進(jìn)一步揭示了大型輸水渠道冰凌下潛機(jī)理和冰壩形成條件，提出了結(jié)冰期和融冰期冰凌下潛的判斷準(zhǔn)則。
　　3、建立了考慮冰凌下潛和水力加厚、力學(xué)加厚冰蓋形成過(guò)程的輸水渠道冰期輸水仿真模型。闡明了南水北調(diào)中線工程總干渠在結(jié)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(duì)輸水能力的影響。
　　4、研究了冰蓋輸水期渠道封凍長(zhǎng)度比、冰蓋糙率和閘門(mén)控制方式對(duì)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(yùn)行約束條件，提出了兩點(diǎn)控制運(yùn)行方法。
　　5、以凍結(jié)模型冰為試驗(yàn)材料，以南水北調(diào)中線工程為原型，研究了輸水工程冰期輸水過(guò)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