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【摘要】：南水北调中线工程已完成3次向北京输水任务，冬季输水安全管理复杂而且关键
【关键词】：南水北调中线, 冰期, 输水
【 abstract 】 : Of south-to-north water transfer project has completed three times to Beijing water task, winter water safety tube is complex and Daniel key
【 key words 】 : south-to-north water transfer project, ice age, filling
中图分类号：TU714文献标识码：A 文章编号：
从2008年南水北调中线京石段运行以来，虽然经过了冰期运行，但运行流量一般不大于20立方米每秒，渠道处于高水位低流速运行状态。水面较易形成冰盖，降低了流冰的影响；渠道具有较大的过流余量，结冰对过流能力的影响程度表现的不突出。但这些并不能说明冰期输水在中线工程中没有安全隐患，当输水流量达到或接近设计值时，冰期输水的难度随之而来。
一、冰期输水的主要问题
冰期输水最大的安全问题是冰对输水过程的影响。主要问题有以下几个方面：
冰影响渠道过流能力。由于冰盖糙率的影响，冰盖下无自由表面输水比无冰盖时断面过流量减少20%～30%
冰的影响使水面线发生变化。特别是溜冰期（产冰期与融冰期）过渡过程致使水位流量关系不稳定，运行控制的难度加大。
冰流量造成渠道沿程流量不连续。
较易发生冰塞。
二、影响渠道冰情的主要因素
流速、渠道断面形式、渠道走向及气象条件（风向风力、日照、降温幅度、绝对温度）
1）流速。好多文献资料介绍冰期输水，渠道的弗汝德数一般不大于0.08.( 弗汝德数(Fr) Froude mumber 流体内惯性力与重力的比值: Fr=v/（gh）^0.5用佛汝德数来判别明渠水流的流态： 当 Fr＜1，水流为缓流； Fr=1，水流为临界流； Fr＞1，水流为急流。) 弗汝德数反映水流携冰下潜能力。一般情况下，流速越大，渠道内流冰情况越严重，冰随水流下潜，容易在桥墩、节制闸、拦污栅前堆集，形成冰坝；反之流速越小，越容易形成冰盖。因此冬季输水，一般采用的方式是降低运行流量，抬高水位，使水面形成稳定连续的冰盖。
2）渠道断面形式。当渠道断面形式发生变化时，水的流态发生变化。较易在变化位置前发生冰塞，变化位置后渠道较难形成冰盖。
3）渠道走向及气象条件。
一般情况下，结冰与负积温有较大关系。负积温——日平均气温为负值的累计值。除此以外，渠道走向、风向风力、日照、绝对温度、降温幅度这些情况与渠道冰情也有一定联系。
三、冰期安全输水的调度运行
1）引黄济青工程冰期输水调度运行经验
引黄济青工程设计就是冬季运行，兼顾蓄水保温。因此总结了一些运行经验。冰期输水的调度运行，要做到水位稳定，流量均衡，持续不断”。具体可归结为 统、稳、高、控，禁、避，缓，捞 八字要点。
统就是严格紀律，统一调度。引黄济青输水河经过九个县(区、市)，各段情况(包括闸门控制、泵站、倒虹、涵闸上下游水位、冰情、泵站开停机组)都要由省调度中心统一掌握。若各行其事，易造成事故，影响输水大局。
稳就是稳定流量运行。稳定流量是冰期输水的关键问题之一，主要是指泵站问的流量匹配运行。沉沙池出口闸、北堤涵闸、四级泵站的流量要匹配，避免输水河水位较大波动，破坏冰盖的形成和稳定，造成弃水或出现安全事故 根据实际运行期问的流量匹配情况．流量发生变动时，泵站应尽量维持不开停机组，如确需开机，应开小机组调节流量． 保证输水河水位变动最小。
由于引黄济青工程所在地域的气候条件，输水时，冰盖的厚度一般不超过20cm．如果水面脱离冰盖，冰盖本身强度不够．会造成冰盖坍塌。因此，输水时水面不能脱离冰盖。这就要求控制水位的变幅每小时不超过15cm．每天不超过30cm。
高就是泵站前保持较高水位。输水河在冰期一般处于高水位运行．形成冰盖后．水位壅高0．5～0．6m 因此．泵站前池水位必须保持高于设计水位(一般高出设计水位0．5m)运行，以免泵站前形成较低的冰盖影响过流。渠道设计时也应充分考虑这一问题。
控就是倒虹、涵闸实时控制水位。在输水期间遇气温骤降，要特别注意倒虹、涵闸水位的实时控制。由于形成冰盖水位壅高、槽蓄水量增加、下泄量减少，使得倒虹、涵闸前一河段形成的冰盖较低，影响过流和安全输水。对一个长河段，形成冰盖时闸门不控制，任其自然，形成的冰盖是一个上游高下游低的斜面。融冰时，由于输水河较长，各地温度不同，融冰时间早晚不一．上游融冰下泄量增加而下游尚有冰盖，容易出现险情。因此，必须强调在冰盖形成及消融过程中各涵闸、倒虹都要实时控制水位。控制水位的开始时间．一般在十二月上旬。目前由于短期天气预报较准，也可在气温骤降(达一8℃ 以下)的前4～5d开始筛 据引黄济青的地理位置和气候特性，控制闸门的执行秩序，可自西向东，自上游开始逐级控制。为保持输水流量的稳定．最好上一级闸门控制稳定后再进行下一级。融冰时，应从下游向上游逐级解除控制。
禁就是严禁输水河低水位停水。输水河低水位停水时，由于水浅，水体蓄热少，其结冰厚度要为正常输水时的2～3倍。由于输水河线路长，上游停水一天，下游停水就得三天，更会加重冰情。低水位停水后，再恢复输水是很危险的，由于来水使静水形成的冰盖破坏，产生大量流冰，这些冰靠人工无法清理，很容易造成冰塞。
避就是形成冰盖后要避免分水。输水河在形成冰盖后若再分水，则易造成分水口下游输水河已形成的冰盖坍塌，影响正常输水，甚至危及输水河安全。若需要分水时，也应在保证分水口以下输水河的流量和冰盖稳定的条件下，控制分水流量。
缓就是增加、减少输水流量都要缓变。输水期，由于各种原因造成的停水，再恢复输水时，应注意在适当时机(～般在12～16h)，逐段将水位壅起再恢复输水，流量也应由小到大缓慢增加，尽量避免或减小冰盖的破坏，以免造成冰塞。停水时也应慢慢进行，以免水位骤降，使冰盖突然坍塌，或由于扬压力破坏渠道衬砌。
捞就是要注意捞草。冰期输水由于控制倒虹进口闸门使倒虹前塞水，因此倒虹前一般形成冰盖较早，也较厚。此时如倒虹前杂草堆积或浮冰下沉，很难捞除，且易造成事故。因此，倒虹前拦污栅应早提起。形成冰盖后，杂草进入输水河，落在冰盖上面，应随时注意清除，以免融冰时杂草沉入水底，进入下级建筑物。泵站前应采取措箍，加强捞草。
四、冰期输水的运行控制要点
冰期调度运行，分为产冰期、冰盖输水期、融冰期。冰期输水一般要求输水流量相对稳定，水位变幅不宜过大。
冰期输水考虑冰盖对输水流量、水位的影响，按照湿周变化、覆冰厚度适当降低运行流量，同时抬高水位降低渠道的佛汝德数，促进冰盖形成，降低发生冰害的风险。
形成冰盖后，增加、减少输水流量要缓慢进行，控制水位变幅，尽量保持冰盖完整。
产冰期和融冰期应考虑产冰、融冰水量对输水流量的影响，适当增减各渠段运行流量，以运行水位保持稳定为原则。
启用碎冰、捞冰设备和排冰设施，保障冰期输水安全。
参考文献：南水北调中线工程输水冰情的初步分析 高霈生，靳国厚，吕斌秀
【关键词】：南水北调中线, 冰期, 输水
【 abstract 】 : Of south-to-north water transfer project has completed three times to Beijing water task, winter water safety tube is complex and Daniel key
【 key words 】 : south-to-north water transfer project, ice age, filling
中图分类号：TU714文献标识码：A 文章编号：
从2008年南水北调中线京石段运行以来，虽然经过了冰期运行，但运行流量一般不大于20立方米每秒，渠道处于高水位低流速运行状态。水面较易形成冰盖，降低了流冰的影响；渠道具有较大的过流余量，结冰对过流能力的影响程度表现的不突出。但这些并不能说明冰期输水在中线工程中没有安全隐患，当输水流量达到或接近设计值时，冰期输水的难度随之而来。
一、冰期输水的主要问题
冰期输水最大的安全问题是冰对输水过程的影响。主要问题有以下几个方面：
冰影响渠道过流能力。由于冰盖糙率的影响，冰盖下无自由表面输水比无冰盖时断面过流量减少20%～30%
冰的影响使水面线发生变化。特别是溜冰期（产冰期与融冰期）过渡过程致使水位流量关系不稳定，运行控制的难度加大。
冰流量造成渠道沿程流量不连续。
较易发生冰塞。
二、影响渠道冰情的主要因素
流速、渠道断面形式、渠道走向及气象条件（风向风力、日照、降温幅度、绝对温度）
1）流速。好多文献资料介绍冰期输水，渠道的弗汝德数一般不大于0.08.( 弗汝德数(Fr) Froude mumber 流体内惯性力与重力的比值: Fr=v/（gh）^0.5用佛汝德数来判别明渠水流的流态： 当 Fr＜1，水流为缓流； Fr=1，水流为临界流； Fr＞1，水流为急流。) 弗汝德数反映水流携冰下潜能力。一般情况下，流速越大，渠道内流冰情况越严重，冰随水流下潜，容易在桥墩、节制闸、拦污栅前堆集，形成冰坝；反之流速越小，越容易形成冰盖。因此冬季输水，一般采用的方式是降低运行流量，抬高水位，使水面形成稳定连续的冰盖。
2）渠道断面形式。当渠道断面形式发生变化时，水的流态发生变化。较易在变化位置前发生冰塞，变化位置后渠道较难形成冰盖。
3）渠道走向及气象条件。
一般情况下，结冰与负积温有较大关系。负积温——日平均气温为负值的累计值。除此以外，渠道走向、风向风力、日照、绝对温度、降温幅度这些情况与渠道冰情也有一定联系。
三、冰期安全输水的调度运行
1）引黄济青工程冰期输水调度运行经验
引黄济青工程设计就是冬季运行，兼顾蓄水保温。因此总结了一些运行经验。冰期输水的调度运行，要做到水位稳定，流量均衡，持续不断”。具体可归结为 统、稳、高、控，禁、避，缓，捞 八字要点。
统就是严格紀律，统一调度。引黄济青输水河经过九个县(区、市)，各段情况(包括闸门控制、泵站、倒虹、涵闸上下游水位、冰情、泵站开停机组)都要由省调度中心统一掌握。若各行其事，易造成事故，影响输水大局。
稳就是稳定流量运行。稳定流量是冰期输水的关键问题之一，主要是指泵站问的流量匹配运行。沉沙池出口闸、北堤涵闸、四级泵站的流量要匹配，避免输水河水位较大波动，破坏冰盖的形成和稳定，造成弃水或出现安全事故 根据实际运行期问的流量匹配情况．流量发生变动时，泵站应尽量维持不开停机组，如确需开机，应开小机组调节流量． 保证输水河水位变动最小。
由于引黄济青工程所在地域的气候条件，输水时，冰盖的厚度一般不超过20cm．如果水面脱离冰盖，冰盖本身强度不够．会造成冰盖坍塌。因此，输水时水面不能脱离冰盖。这就要求控制水位的变幅每小时不超过15cm．每天不超过30cm。
高就是泵站前保持较高水位。输水河在冰期一般处于高水位运行．形成冰盖后．水位壅高0．5～0．6m 因此．泵站前池水位必须保持高于设计水位(一般高出设计水位0．5m)运行，以免泵站前形成较低的冰盖影响过流。渠道设计时也应充分考虑这一问题。
控就是倒虹、涵闸实时控制水位。在输水期间遇气温骤降，要特别注意倒虹、涵闸水位的实时控制。由于形成冰盖水位壅高、槽蓄水量增加、下泄量减少，使得倒虹、涵闸前一河段形成的冰盖较低，影响过流和安全输水。对一个长河段，形成冰盖时闸门不控制，任其自然，形成的冰盖是一个上游高下游低的斜面。融冰时，由于输水河较长，各地温度不同，融冰时间早晚不一．上游融冰下泄量增加而下游尚有冰盖，容易出现险情。因此，必须强调在冰盖形成及消融过程中各涵闸、倒虹都要实时控制水位。控制水位的开始时间．一般在十二月上旬。目前由于短期天气预报较准，也可在气温骤降(达一8℃ 以下)的前4～5d开始筛 据引黄济青的地理位置和气候特性，控制闸门的执行秩序，可自西向东，自上游开始逐级控制。为保持输水流量的稳定．最好上一级闸门控制稳定后再进行下一级。融冰时，应从下游向上游逐级解除控制。
禁就是严禁输水河低水位停水。输水河低水位停水时，由于水浅，水体蓄热少，其结冰厚度要为正常输水时的2～3倍。由于输水河线路长，上游停水一天，下游停水就得三天，更会加重冰情。低水位停水后，再恢复输水是很危险的，由于来水使静水形成的冰盖破坏，产生大量流冰，这些冰靠人工无法清理，很容易造成冰塞。
避就是形成冰盖后要避免分水。输水河在形成冰盖后若再分水，则易造成分水口下游输水河已形成的冰盖坍塌，影响正常输水，甚至危及输水河安全。若需要分水时，也应在保证分水口以下输水河的流量和冰盖稳定的条件下，控制分水流量。
缓就是增加、减少输水流量都要缓变。输水期，由于各种原因造成的停水，再恢复输水时，应注意在适当时机(～般在12～16h)，逐段将水位壅起再恢复输水，流量也应由小到大缓慢增加，尽量避免或减小冰盖的破坏，以免造成冰塞。停水时也应慢慢进行，以免水位骤降，使冰盖突然坍塌，或由于扬压力破坏渠道衬砌。
捞就是要注意捞草。冰期输水由于控制倒虹进口闸门使倒虹前塞水，因此倒虹前一般形成冰盖较早，也较厚。此时如倒虹前杂草堆积或浮冰下沉，很难捞除，且易造成事故。因此，倒虹前拦污栅应早提起。形成冰盖后，杂草进入输水河，落在冰盖上面，应随时注意清除，以免融冰时杂草沉入水底，进入下级建筑物。泵站前应采取措箍，加强捞草。
四、冰期输水的运行控制要点
冰期调度运行，分为产冰期、冰盖输水期、融冰期。冰期输水一般要求输水流量相对稳定，水位变幅不宜过大。
冰期输水考虑冰盖对输水流量、水位的影响，按照湿周变化、覆冰厚度适当降低运行流量，同时抬高水位降低渠道的佛汝德数，促进冰盖形成，降低发生冰害的风险。
形成冰盖后，增加、减少输水流量要缓慢进行，控制水位变幅，尽量保持冰盖完整。
产冰期和融冰期应考虑产冰、融冰水量对输水流量的影响，适当增减各渠段运行流量，以运行水位保持稳定为原则。
启用碎冰、捞冰设备和排冰设施，保障冰期输水安全。
参考文献：南水北调中线工程输水冰情的初步分析 高霈生，靳国厚，吕斌秀