冰凌对输水渠道冰期输水能力的影响摘要：寒冷地区的输水工程普遍存在的河冰现象，增加了水工建筑物的荷载，影响正常的供水和发电，南水北调中线工程流经区域范围广，面临更加严峻的冰期输水问题。本文在以南水北调中线工程为研究对象，对冰水力学的主要过程进行分析，建立了输水渠道冰期输水仿真模型，对冬季干渠的输水能力进行研究，分析了工程参数、加厚冰盖糙率等对渠道输水能力的影响，研究表明：采用冰凌下输水方式时，相同糙率条件下流凌期过流能力仅略小于的冰盖输水期过流能力；，在加大水位条件下封冻期渠道过流能力为设计流量的60.39%，该研究对保障冰期输水工程稳定、安全运行有着重要的现实意义。关键词：冰期输水；过流能力；加厚冰盖；运行控制；InfluenceoficesheetsonwaterconveyancecapacityofwaterconveyancechanneliniceageAbstract:Theprevalenceofrivericeincoldwaterprojectshasincreasedtheloadonhydraulicstructuresandaffectednormalwatersupplyandpowergeneration,causinghugelossestothepeople.Thelatitudeofthemid-routeofSouth-to-NorthWaterDiversionprojecthasalargerangeoflatitudesandfacesmoresevereproblemsofwatertransportationduringglaciation.Therefore,itisnecessarytocarryoutresearchonwatertransportationduringtheice-age.BasedonthemidlineprojectofSouth-to-NorthWaterDiversionProject,themainprocessoficehydraulicsisanalyzed,andasimulationmodelofwaterconveyanceinicechannelofwaterconveyancechannelissetuptostudythewaterconveyancecapacityofwintermaincanal.Theresultsshowthattheovercurrentoftheicesheetunderthesameroughnessconditionisonlyslightlylessthanthatoftheicesheetunderthesameroughnessconditionwhenthewaterconveyancemethodisadopted.Theroughnessoftheicesheetis0.03,Whenthewaterlevelisincreased,theovercurrentcapacityofthechannelinthefreezingperiodis60.39%ofthedesignflowrate.Thisresearchisofgreatpracticalsignificancetoensurethestableandsafeoperationoftheicewaterdeliveryproject.Keywords:Glacierwatertransport;overcurrentcapability;thickenedicesheet;operationalcontrol;0引言寒冷地区调水工程会遇到不同程度的河冰现象[1]，影响渠道的过流能力，同时冰盖增大了水流阻力，减小水力半径，增加了输水工程的运行调度难度，渠道的水力响应特性将发生较大的变化[2]。若冰盖的稳定性遭到破坏，冰凌的堆积、运动将可能形成冰塞或冰坝，雍高上游水、降低渠系过流能力，破坏建筑物，严重影响渠道的冰输水能力[3]。南水北调中线工程由低纬度流向高纬度，交叉建筑物类型多、冰期输水不可避免，控制流凌期的冰塞是提高南水北调中线冰期输水能力的关键。国内外学者对冰情演变规律做了大量研究，但对于大型渠道的冰凌问题研究较少。崔巍等[4]研究发现在寒冬年，水流流速0.98-1.05m/s时，形成了片状薄冰，将会拦截后续冰花，实现快速封冻。颜景协[5]利用流速指标作为判断准则，，采用规则形状的冰模型，对冰凌的下潜条件进行研究，发现对于体积较大浮冰，其下潜临界流速可达m/s。本文在以南水北调中线工程为研究对象，对冰水力学的主要过程进行分析，建立了输水渠道冰期输水仿真模型，对冬季干渠的输水能力进行研究，分析了冰凌间渗流和加厚冰盖糙率对输水能力的影响，对提高南水北调中线工程冰期输水能力，保障输水的安全、稳定有着重要的现实意义。1计算模型水体向环境散失热量，水流的一维热扩散方程为：∂(ATw)∂t+∂(QTw)∂x=∂∂x[ExA∂Tw∂x]+Ssbρwcp(1)式中：Ex为纵向弥散系数；b为水面宽度；Ss为单位表面积、单位时间的净热流率；t为时间；x为距离；Tw为水温；Cp为水的比热容；A为过流面积；Q为流量；ρw为水的密度；当水位低于冰点时，继续散热将导致水体生成冰花，发生相变释放潜热，冰花扩散方程为：∂(AρiLiCi)∂t+∂(QρiLiCi)∂x=∂∂x[(Dx+Ex)AρiLi∂Ci∂x]−Ssb+∑S(2)式中：Ex为纵向弥散系数；Dx为湍流扩散系数；Ci为水中冰的浓度；Li为冰的潜热；ρi为冰的密度；∑S包...
