长距离输水渠道冰期运行控制研究

第８卷第１期２０１０年２月

南水北调与水利科技

Ｓｏｕｔｈ－ｔｏ－ＮｏｒｔｈＷａｔｅｒＴｒａｎｓｆｅｒｓａｎｄＷａｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

ＶｏＬ８Ｎｏ．１

Ｆｅｂ．２０１０

ｄｏｉ：１０．３ａ６ａ／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—１６８３．２０１０．０１．００３

长距离输水渠道冰期运行控制研究

穆祥鹏，陈文学，崔巍，郭晓晨，王琦

（中国水利水电科学研究院水力学所。北京１０００３８）

摘要：高纬度地区的渠道在冬季往往采用冰盖下输水，保证冰盖的稳定性是渠道冬季安全输水的前提条件。目前，渠道在冬季的运行控制多依靠经验，开展长距离渠道冰期运行控制研究对实现冰期安全输水是十分重要的。利用数值

模拟的方法分析了长距离输水渠道的冰情和水情的变化过程，根据渠道内的冰情演变特性，提出冬季渠道应采用闸前常水位方式运行。鉴于气象预报以及冰情预报可能存在的不确定性，提出采用水位一流量串级的反馈控制算法，建立了渠道冰期运行控制模型，并在控制器内加入解耦环节，以提高渠道的控制效果。并通过南水北调中线干渠的数值模拟实验，对渠道冰期运行控制模型的控制效果进行了验证。结果表明，该冰期运行控制模型可以实现渠道冬季安全、适时、适量的供水目标。

关键词：冰水力学；冰期输水；南水北调中线工程；数值模拟；渠道

中图分类号：ＴＶｌ４３文献标识码：Ａ文章编号：１６７２—１６８３（２０１０）０１—０００８一０６

ＯｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌｔｏＬｏｎｇＤｉｓｔａｎｃｅＷａｔｅｒＤｉｖｅｒｓｉｏｎＣａｎａｌＳｙｓｔｅｍｄｕｒｉｎｇＦｒｏｚｅｎＰｅｒｉｏｄ

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Ｋｅｙ训＇ｒ出：ｉｃｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ；ｗａｔｅｒｄｉｖｅｒｓｉｏｎｉｎｆｒｏｚｅｎｐｅｒｉｏｄ；ＭｉｄｄｌｅＲｏｕｔｅｏｆＳｏｕｔｈ－ｔｏ－ＮｏｒｔｈＷａｔｅｒＴｒａｎｓｆｅｒＰｒｏｊｅｃｔ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｃａｎａｌ

Ｏ引言

高纬度地区的河流、渠道在冬季会出现结冰现象，形成水内冰、浮冰和冰盖，冰情常常随着气温的变化而不断变化，变化中的冰情会显著地改变水流的运动状况。在河流和渠道的冰期运行过程中，如果控制不当，容易引发冰塞、冰坝等灾害，导致水位骤升、水流漫溢，严重时造成堤坝决口、供水中断和水工建筑物破坏，因此，河流和渠道的冰期运行和控制二－直是运行管理人员关心的重要问题。

河流和渠道中的冰情不仅与气候条件有关，也与水流运动条件密切相关。利用上游已建水库，按照水力因素和冰情形态演变之间的关系，调整冬季河道流速的变化过程，充分发挥水力因素在控制河冰危害方面的作用，是解决凌汛问题、减轻冰凌危害的重要措施之一。我国水利科研工作者在黄河防凌研究中积累了大量的规律性成果，总结了一套水库防凌调度的运用原则［１］：河道封冻前加大水库泄水流量，使河道推迟封冻或封冻后冰盖下保持最大过流能力；河道封冻以后，由于河道阻力增加使得水位上升和槽蓄水量大幅度增加，采取逐

收稿日期：２００９—０８—１０修回日期：２００９—１１—１９

基金项目：“十一五”国家科技支撑计划重大项目（２００６ＢＡＢ０４Ａ１２）

作者简介：穆祥鹏（１９７９一）。男（叫族）。天津人，工程师，博士，主要从事长距离输水仿真及水力控制研究。万方数据