南水北调中线工程冬季输水冰情风险研究

针对南水北调中线工程冬季输水冰情的安全运行问题,以南水北调中线工程河北段为研究对象,以热平衡理论为出发点推导出目标单元渠段的整体总热量变化公式;采用单因素局部分析法选出风险评价指标,基于概率论构建了风险评价指标之间的联合概率密度函数,将气象事件发生概率、热量变化率与冰情风险等级一一对应,从而对渠道冰情进行风险评估。对2021年1月6—8日南水北调中线工程河北段输水渠道冰情风险分析结果表明：在整个热交换过程中,短波辐射、蒸发和对流热交换是影响热量变化的主要因素,且夜间渠道的热量散失明显大于白天,加大了夜间发生冰情的风险;沙河节制闸—渠末段虽然与其他渠段风险等级一样,但其单位面积热量损失明显高于其他渠段,接近于极高风险,应加强对该渠段的实时监测并做好冰情防护。     

南水北调中线冰情演变水温与气温阈值研究

南水北调中线工程冬季存在复杂的冰情,影响工程正常输水。为更好地进行冰期输水调度,需要在冬季进行南水北调中线干渠的冰情预报工作。南水北调中线冰情影响因素复杂,冰情初生和转换时气温和水温的阈值是冰情预报模型中的重要判断标准。文章通过对冰情原型观测资料的收集与整理,总结了岸冰、流冰和冰盖初生时日最低气温主要分布在：-8.0～-4.0℃、-15.0～-5.0℃、-15.0～-7.0℃,日平均水温主要分布在：2.5～4.5℃、1.0～2.0℃、0.1～0.5℃,并分析了渠道边坡系数对岸冰初生的影响。     

南水北调中线工程冰期输水冰情及措施研究

在系统分析中国北方河渠冰期输水问题的基础上,通过采用一维非恒定水-冰热力学数学模型,系统模拟了输水过程中沿程不同冰情发生、发展变化过程.提出了采用Fr数、流冰密度、负积温综合判别不同冰情的方法,预测了南水北调中线工程冬季输水不同冰情的时空分布特征,并初步分析了冰期输水的特性及影响因素,提出了冰期输水冰情防治和预防措施等方面的建议.     

南运河冬季输水冰情及对策研究

南运河的冬季输水工作开展较少,冰期输水经验不足。2022—2023年度,南水北调东线北延输水为线路启用以来首次冬季输水。输水期间,在南运河段设立安陵、北陈屯2个观测站点,对冰期输水各个阶段的冰情特点进行观测,从而了解并掌握冰情的变化规律,并提出冰期输水对策,为今后的冰期输水工作提供参考。     

南水北调西线工程冬季输水的可能性

南水北调西线调水的各条输水线路均位于高海拔，高寒地带，每年日平均气温为0℃以下的时间长达5个月，因而有必要对冬季输水的可能性进行分析研究。通过对水库水温指标，隧洞，引水明渠沿程水湿的分析计算得知：只要采取相应的措施，南水北调西线工程实现冬季输水是可能的。     

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。     

南水北调中线京石段冬季调度策略

冰塞是南水北调中线工程冬季输水面临的主要冰害。冰塞的形成及发展与水力、热力、冰冻等多方面因素有关。因此,分析冰塞在不同因素下的变化特征,研究如何通过改变水位、流速等控制方式降低冰塞灾害发生的概率,对于保障中线工程冰期输水的供水安全至关重要。以中线工程中冰害风险较大的坟庄河节制闸 南拒马河节制闸渠段为研究对象,首先基于水动力学、热力学以及冰水力学等理论,构建冰情演变模型,并进行率定与验证;然后依据冰塞的形成条件以及影响因素,设置不同水深、流速与气温的组合情景并模拟冰情变化;之后基于水深、流速与水温变化对冰塞特征影响的定量分析,确定流速的控制指标以及气温的预警指标,提出渠段冬季输水的安全调度方式;最后采用冰塞最容易发生的水深、流速以及气温的组合情景对调度方式进行验证。验证结果表明,该调度方式能够显著降低冰塞发生概率,有效保障了冰期输水安全,能够为实际调度提供一定的参考。     

南水北调中线工程京石段冬季水温回归预测模型

为解决南水北调中线工程冰期输水能力受限问题,根据输水明渠线性、单向流动的特点,建立基于初始断面水温-沿程气温链的冬季水温回归预测模型,根据2018—2021年冰期的水温气象资料,模拟分析中线工程京石段水温变化过程,并用2017—2018年度冰期的实测数据进行检验。结果表明：回归模型的拟合优度(R2)值最小为0.957,最大为0.991;各组模型检验的确定性系数(DC)值均能达到0.90;预见期从1日至5日,均方根误差(RMSE)值分别为0.05、0.11、0.15、0.14、0.22;平均绝对误差(MAE)值分别为0.17、0.25、0.28、0.28、0.37,均随预见期递增,符合模型的残差累积规律。模型选择的水温变量T _wn,i和气温变量T _an,x对被解释变量T₍w(n+1),i+1)具有较好解释性,预测值和观测值的拟合度优良。     

南水北调中线工程冰期输水原型观测与冰情分析

1．工程概述 南水北调中线工程是为解决河南、河北、北京、天津等地生活和工农业用水的特大型跨流域调水工程。起点为湖北省丹江口水库，终点为北京市玉渊潭，全长1267km，总干渠位于北纬33°～40°之间，由于总干渠所经流域由暖温带至半寒带，冬季输水时，在石家庄以北地区出现不同程度的冰情不可避免。     

北京市内调水工程冬季输水冰情问题研究

分析北京市内调水工程的水流条件,借鉴北京市水利工程及其他调水工程历史上出现的冰害典型事例,提出北京市内调水工程中涉及的明渠、取水口、水闸、过渠桥等,在冬季输水过程中可能存在的流凌、冰塞、渠道冻涨破坏、闸门冻结等冰害;并提出控制水流条件、装拦冰索、设潜水泵等相应的预防冰害措施,为确保冬季输水安全运行管理提供依据。     

南水北调中线干线工程中的安全监测

结合南水北调中线干线工程在充水试验期和应急供水期安全监测的实际情况,阐述了安全监测实施的必要性及设计原则,介绍了安全监测仪器设施的布设情况。通过分析监测成果对工程安全进行了评价,认为部分渠道工程、大型建筑物、穿渠建筑物等在对充水试验期和应急供水期间发现的异常问题经分析和处理后,不会影响全线通水,对工程通水期及运行期的安全监测提出了建议。     

南水北调工程与管理

随着南水北调规划论证工作的深入，管理正成为南水北调工程的一个约束性课题。南水北调工程的建设管理应以各方利益的均衡为基础，投资分摊应适应公司化运作的建设管理体制，管理中应广泛借助外部力量；南水北调工程未来的运营管理必须结合建设提前考虑，在事权划分明晰的基础上，以现代科技手段为保障的合同化管理将是有效的手段。     

南水北调中线工程2014—2022年冬季水温与冰盖观测分析

南水北调中线工程自2014年12月全线通水以来已运行8个冬季,为防止冰塞冬季输水流量控制为设计流量的30%~50%,严重制约了工程输水效益的发挥。因此,渠道水温和冰盖特性一直是冬季输水关注的重点问题之一。实测数据表明：①冬季输水流量总体逐年增大,最末段保持相对稳定,岗头闸流量约为50 m³/s,北拒马河闸约为25 m³/s;②冬季气温总体以暖冬居多。保定站最低气温-22.0 ℃,3日滑动气温极值-10.7 ℃,短期强寒潮可能是今后冰盖生成的关键驱动因子;③冬季水温沿程逐渐降低,渠首陶岔闸最低水温6.7 ℃,渠末北拒马河闸多数年份降至0 ℃附近。北拒马河闸水温最大降幅10日内由3.5 ℃降至0 ℃,期间渠段水温降幅亦达到极大值1.69 ℃/100 km。④2016年冬季冰盖最长达280 km(最南端延伸至午河闸),次之为2015年冬季的73 km和2021年冬季的38 km,有两个冬季未生成冰盖。岗头闸-北拒马河闸近90 km是冰盖多发渠段,应引起关注。基于冰盖生成前实测数据,以初始水温和区间气温为输水条件,拟合给出了2 d、3 d和7 d等不同预报时效的简化水温模型和冰盖生成临界阈值。初步分析认为：冬季气温和输水流量是冰盖生成的两大关键驱动因子,流量越小气温越低越易生成冰盖,1月出现的短期强寒潮更易于导致冰盖生成。2016年冬季严重冰情是二者叠加的结果,2015年冬季冰盖主要是输水流量小诱发,而2021年冬季冰盖主要是短期强寒潮所致。     

南水北调中线水资源调度关键技术研究

文章是"十一五"国家科技支撑计划项目"南水北调中线水资源调度关键技术研究"课题的研究内容介绍。针对南水北调中线一期工程建成后,如何进行科学、合理、高效、便捷的水资源调度,充分发挥经济效益、社会效益和生态环境效益,分析了4个方面的实际需求,提出了中线水资源调度关键技术研究的目标,总体架构,技术路线及其主要任务。     

南水北调主体工程供水价格测算有关因素的分析

南水北调工程是一项特大型长距离跨流域调水工程,建立合理的水价机制对于确保工程建成后的良性运行和工程综合效益充分发挥具有十分重要的意义。分析提出了南水北调主体工程供水价格测算的原则、供水成本项目组成、利润率及税金、还贷方式和价格水平等内容,对合理测算南水北调主体工程供水价格涉及的有关因素进行了深入分析,提出了水价测算工作的有关意见建议,以期为南水北调工程水价政策研究提供参考。     

南水北调中线商洛水源地生态安全评价

随着南水北调中线工程全面展开,水源地生态环境所承受压力也将增大,如何协调好水源地发展和生态安全是关键。陕西省商洛水源地6个县中,5个为国家级贫困县,1个为省级贫困县,因此,研究该水源地的发展和生态安全协调具有典型意义。基于"压力-状态-响应"概念模型构建了商洛水源地生态安全评价指标体系,采用均方差赋权法确定权重,通过计算生态安全指数评价了2004~2014年当地生态安全的态势。结果表明:商洛水源地生态安全综合指数由2004年的0.258(Ⅰ级)发展到2014年的0.718(Ⅳ级);2009年是生态安全变化的主要转折点,2010年后迅速进入较为安全状态,整体生态安全状态呈现良好的发展态势。分析认为,商洛水源地生态安全状态良好主要得益于生态经济的发展。     

南水北调中线总干渠冰期运行调度措施研究

南水北调中线输水工程面临着复杂的结冰和融冰过程。在分析汇总国内类似已建调水工程冰期输水经验的基础上,结合南水北调中线工程近年运行经验和冰期输水水力特性,提出了中线工程冰期输水调度方式和管理措施,包括合理确定冰期输水流量,制定冰期应急预案,建立冰情预报预警控制系统等。相关经验可供类似输水工程运行调度借鉴。     

基于水资源系统可持续性的南水北调进京规模分析

基于水资源系统可持续性评价的基本理论与方法,分析了不同供水条件和需水方案下北京市2025年水资源系统可持续性和南水北调对北京市未来水资源系统可持续性的影响,并从可持续性角度确定了不同发展情景下南水北调调水规模的阈值。结果表明:南水北调可总体改善北京市未来水资源系统可持续性,但在较高需水方案下或丹江口水库遭遇特枯水年时,北京市水资源系统可持续性状况不容乐观;未来应在科学制定需水方案的基础上合理增大南水北调调水规模,加强应急保障措施和资源战略储备,提升北京市水资源系统可持续性,实现首都水资源可持续发展。     

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。     

南水北调中线水源区生态环境保护研究

根据调查资料和南水北调中线工程水源区生态环境发展的现状,指出水源区生态环境发展存在的主要问题是水土流失和水体污染,并分析了形成这种现象的原因,在此基础上提出南水北调中线水源区生态环境建设的有关政策法规、生态、经济和环境监测的一些建议。