南水北调中线工程是优化我国水资源时空配置的重大举措,为保障冰期输水安全,工程管理单位针对多种风险隐患,采取健全组织机构、加强制度建设、保障设备投入等一系列措施,逐渐形成成熟的保障体系,通过动态调度、专业巡检和智能指挥,有效保证了冰期输水的平稳运行。
输水工程途经北方寒冷地区时,普遍存在着不同程度的河冰现象。河流和渠道封冻后,冰盖的形成会造成过水断面湿周增加、阻力增大、过流能力减小,因此部分北方河流和渠道输水工程的冰期输水能力是工程运行管理中重点关注的内容。为探索研究南水北调东线二期工程黄河以北段的冰期输水能力,文章分析总结了工程冰期输水能力的控制指标,采用MIKE11模型对研究范围内各段输水渠道流冰期和稳封期的输水效率进行数值模拟,并在此基础上提出了提高工程冰期输水效率的措施和建议,研究成果对南水北调东线二期工程黄河以北段渠道的冰期输水安全、调度运行管理具有一定的参考价值。
北方地区冬季明渠输水易受冰冻灾害影响,研究北拒马河节制闸2020年~2021年冰期输水期间的水力调度参数与气象条件、基本冰情、冰情危害,提出应对措施,对提高中线冬季向北京供水保障率具有重要意义和价值。
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。
西部地区社会经济的快速发展,使得寒区大量渠道需要在冰期继续输水。新疆、青海等地有众多的宽浅式渠道在冰期无法采取常态的冰盖下输水的运行方式,该类渠道应最大限度减少冰花、冰块的生成,冬季适宜采取无冰盖输水方式。加盖保温是一种最直接、最有效的保温方式。依据传热学理论,基于Comsol软件分析研究在阳光板的加盖保温作用下,冬季输水渠道渠水、渠基温度的变化规律。分析结果表明,阳光板加盖结构具有良好的增温保温效果,可有效延缓渠水结冰,延长寒区渠道冬季供水时长。