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。     

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。     

南水北调中线干线冰期输水动态调度初探

为保障输水运行安全,南水北调中线安阳河以北段针对冰期通常采取高水位、小流量、低流速的输水模式,导致下游供水量较正常输水期大幅度减少,既影响工程效益发挥,也使得冬季水量供需矛盾日益凸显。基于历史观测数据和冰情发展规律,在2021—2022年度冰期输水期间,中线工程首次采用动态调度、优化控制的方式,预测研判气温、水温、冰情发展,采取相宜的调度模式,科学增加输水的时间和范围,在安全平稳完成冰期输水任务的同时,冬季3个月安阳河以下实际供水量较同期计划增加3.38亿m3,动态调度实效显著。     

黄河以北冰期输水初步研究

为了解决海河流有关地区水资源紧缺问题 ,80年代以来进行了多次引黄输水。冬季引黄输水面临着冰凌对输水的影响问题 ,因此提出防治冰害发生的措施 ,对引黄输水和将来的南水北调工程的安全运行具有重要意义。1　基本状况海河流域引黄区域黄河以北主要是指鲁北、豫北、河北、京、     

高纬度地区渠道无冰盖输水的冰情控制研究

中国北方高纬度地区有一些渠道工程,因其建设年代早,受规划之初经济条件限制,未考虑冰期运行,仅在非冰期输水。随着经济发展,目前亟需实现冬季输水。但是受结构上的限制,这些渠道抗冰冻能力差,无法采取冰盖下输水或冰水二相流输水,通过加设保温盖板,防止渠道结冰,既可解决用水矛盾,又可节省工程改造投资,具有巨大的经济效益和社会效益。本研究根据传热学理论对加设保温盖板后的渠道水体失温过程进行理论分析,并在此基础上建立了设置保温盖板的一维渠道冰期输水数学模型,对加设保温盖板的冰期输水过程进行了模拟,分析了保温材料厚度、输水流量、出库水温等对冰期输水的影响,论证渠道冬季加设保温盖板输水的可行性。并提出了切实可行的冬季输水方案。研究成果对于冰期渠道安全输水和渠道改造都有一定的借鉴意义。     

南水北调冰期输水原型观测与研究

为研究南水北调中线总干渠冬季输水冰情产生、发展变化规律以及可能发生的冰害对输水工程的影响,我处于1994－1997年连续3个冬季在引黄入冀总干渠,大清河系北支南拒马河、大清河、白沟引河的部分河段进行了冰期输水原型观测,并取得了一定的成果,为中线总干渠的设计和管理提供参考和借鉴。     

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”。     

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。     

南水北调中线工程运行特性及控制方式研究

简要介绍了国家＂十一五＂科技支撑计划项目＂南水北调中线工程关键技术研究与应用＂课题四＂中线工程输水能力及冰害防治技术研究＂所取得的部分水力学研究成果,包括南水北调中线工程输水模拟平台的研制、中线工程数值仿真软件开发、分水口和节制闸的水力敏感性分析、闸前常水位控制算法、穿黄工程节制闸闸前水位确定、冰期输水能力及冰期运行控制等,研究成果紧密结合中线工程的实际情况,可应用于中线工程的运行、调度与管理。     

浅议南水北调中线京石段工程冰期输水技术

南水北调中线引丹江口水库水量至北京、天津市.沿线渠道经过北方寒冷地区,渠道水体会发生结冰现象.目前,冰期输水运行是长距离渠道输水运行调度的难点,仍处于研究探索阶段.特别针对南水北调中线总干渠的冰期输水调度,至今尚未形成成熟的技术成果.2008年为缓解北京水资源紧缺状况,利用南水北调中线京石段工程临时从河北省向北京供水.本次供水经历了冰期输水阶段,并成功地实现了冰期安全输水的目标,积累了宝贵的冰期输水的调度经验,对冰期输水的调度研究有很好的借鉴作用.     

长距离输水渠系控制蓄量运行研究

对长距离输水渠系控制蓄量运行的实现方法进行了研究,建立了一个包含倒虹吸、渡槽、取水口等建筑物在内的长距离输水渠道控制蓄量运行仿真模型。选取南水北调中线工程京石应急渠段作为典型渠系进行计算机仿真,结果表明控制蓄量运行方式可通过对整个输水渠系的水量进行合理调控满足渠系下游流量需求,适用于具有复杂运行要求而又缺少在线调节水库的长距离输水渠道系统。     

南水北调中线水源工程调水管理研究

跨流域调水工程的管理与运营包含了技术、经济、环境、社会等多行业和多学科的许多复杂问题,如何进行合理运行、科学调度和有效管理,是实现跨流域调水工程项目最终规划目标和获得最大综合效益的重要因素。本文介绍了国内外对跨流域调水工程管理体制的一些做法和探索性研究,分析了国内外调水工程的成功经验和存在的问题,并针对南水北调中线水源工程调水管理提出研究思路,供借鉴。     

南水北调水内冰对冰期输水的影响及分析

水内冰是北方地区河渠冰期输水出现的主要冰情之一,是形成流冰花、动态冰盖、冰塞的物质基础。根据1994~1997年3个冬季的冰期输水原型观测,归纳总结了水内冰的产生、发展、消失的变化规律及水内冰对冰期输水的影响。     

南水北调中线总干渠水头优化分配

南水北调中线总干渠渠道线路长,建筑物数量大、类型多,进行水头优化分配对于节省工程投资,合理的进行总干渠工程布置有着重要的意义.通过优化计算,提出了总干渠水头优化分配方案,确定了3个渠段之间的水头分配值以及各段内分段渠道和各个建筑物的水头分配值,并对方案进行了验证.     

南水北调中线2014~2015年度冬季冰情原型观测

2014年底,南水北调中线干线工程全线正式通水,冬季冰期输水面临渠道结冰问题。为研究中线干线冬季冰期安全输水问题,于2014~2015年度冬季开展了冰情原型观测,获得了冬季冰期输水的水力参数、气象参数和冰情特征等第一手现场数据,掌握了暖冬气候条件、小流量输水工况下中线干线结冰、封冻和开河过程的基本规律。为中线工程冬季安全输水运行积累了经验,可为制定冰期调度方案和编制防凌减灾措施提供依据。     

大型输水明渠运行控制模式研究

以南水北调中线干渠为背景,研究了大型输水明渠闸前常水位运行控制模式.基于下游运行控制概念,提出了包括前馈控制、反馈控制和解耦三个环节的分布式集中控制方案.其中前馈控制采用主动蓄量补偿方法,用于消除计划分水等可预测扰动的影响,加快渠道的响应与恢复速度.反馈控制采用水位-流量串级PI反馈控制方法,用于消除非计划分水等未知扰动和测量扰动的影响.采用流量控制器降低下游方向渠池间的耦合影响.设计专门的解耦算法,降低上游方向的耦合影响.在南水北调中线京石段渠道上进行了仿真试验.模拟了计划分水和非计划分水工况下,各闸门的操作过程和相应水位流量响应过程.结果表明,所设计的控制方案能够有效减少大型输水明渠的时间滞后,快速消除已知分水扰动和未知分水扰动的影响,使闸前水位快速回复至目标值,控制过程中的水位波动满足安全限幅.