新疆地处我国西北高纬度地区,干旱少雨,水资源短缺,用水矛盾十分突出,随着产业结构的调整,工业用水比例逐年增加,电站冬季停运所造成的用电紧张和经济损失愈加严重,冰期停止输水已经严重影响和制约了当地的社会生活和经济发展,亟需渠道冬季输水缓解缺水与用电问题。但是我国北方严寒高纬度地区部分渠道较为特殊,在过水断面的形式和结构设计上未考虑冰盖阻流和冰盖荷载的影响,不具备冰盖下输水的条件,无法通过结冰盖运行来完成冬季发电任务,此类渠道多为宽浅式渠道,过水断面抗冻能力差,易受冰荷载的破坏,并且冰期输水时,流量与流速均较小,表面一旦结成冰盖,渠床内易被冰体充满,从而丧失通水能力,因此只能采用冰水二相流的输水方式运行。为避免渠道在冬季运行过程中产生凌汛灾害,保证渠道安全输水,本文以新疆北疆某引水渠道为例,开展以下三个方面的研究:(1)以新疆北疆某引水渠道冬季冰凌监测图像为研究对象,运用Matlab软件对监测图像进行二值化处理,计算出最佳阈值,从而准确地提取出冰凌信息,进而计算得出冰凌密度,实现冰凌密度定量化监测,并且在计算过程中优化算法,通过对比发现,本文算法所得监测结果较真实冰凌密度相比误差仅为8.15%,大幅提高了精度,对渠道冬季冰情监测具有一定的借鉴意义。(2)开展了物理模型试验模拟渠道桥墩、闸墩等束窄断面的冰块过流能力,在保证墩柱间距不变的情况下,通过控制水力要素、冰块尺寸与来冰量模拟墩柱断面过冰能力,得到了不同尺寸冰块的过流规律,利用量纲分析等手段,总结出渠道墩柱断面过冰能力经验公式,对渠道冬季安全输水具有一定的指导意义。(3)利用Fluent软件对冬季原型渠道沿程水温变化进行了模拟,通过控制水力要素与气象要素,得出冬季渠道水温沿程变化规律,从而确定渠道初始结冰位置,最后与一维热扩散方程计算结果以及真实监测数值进行对比,误差不超过0.2K,能较为真实的反应出渠道水温变化过程,为渠道冬季安全运行提供了理论依据。