结合工程运行经验分析了胶东调水工程不同冰期阶段的输水特性,主要包括渠道内气、水、冰的热量交换和温度变化,流冰和冰盖的形成、演变及相关条件,输水能力变化及冰盖消融过程等,着重探讨了水流弗劳德数、水流流速、过流孔口断面淹没深度等因素对冰情发展模式的影响,冰盖糙率的变化特征和计算方法,有无冰盖条件下的输水能力差异等。基于输水特性分析提出了水力调控、工程技术、智慧调度、调度管理和应急处突等方面的控制措施,经工程实践验证效果良好,最后就冰情水情数值模拟及控制研究现状进行思考给出了几点建议,对长距离调水工程的冰期运行控制能力提升和冰害防治处置具有一定的参考意义。
结合工程运行经验分析了胶东调水工程不同冰期阶段的输水特性,主要包括渠道内气、水、冰的热量交换和温度变化,流冰和冰盖的形成、演变及相关条件,输水能力变化及冰盖消融过程等,着重探讨了水流弗劳德数、水流流速、过流孔口断面淹没深度等因素对冰情发展模式的影响,冰盖糙率的变化特征和计算方法,有无冰盖条件下的输水能力差异等。基于输水特性分析提出了水力调控、工程技术、智慧调度、调度管理和应急处突等方面的控制措施,经工程实践验证效果良好,最后就冰情水情数值模拟及控制研究现状进行思考给出了几点建议,对长距离调水工程的冰期运行控制能力提升和冰害防治处置具有一定的参考意义。
冰盖糙率是确定渠道冰期输水水位和流量关系的基础参数,一直是明渠冰工程研究的重点之一。鉴于当前大型混凝土渠道冰盖糙率研究成果相当匮乏,以南水北调中线总干渠石家庄以北唯一无输水建筑物的唐河节制闸—放水河节制闸渠段为研究区域,依据全线通水以来唯一生成全渠段封冻冰盖的2016年1—2月逐日水位和流量实测数据,采用伯努利能量方程和谢才-曼宁公式推求渠道糙率,定性定量分析封冻前后渠道糙率变化特征。结果表明:(1)研究渠段畅流期渠道糙率nb为0.016 7,封冻期冰盖综合糙率nc为0.014 6,冰盖下表面糙率ni为0.011 8。(2)由于水力磨蚀作用,封冻期冰盖糙率随时间呈波动减小的趋势。(3)渠道一旦生成封冻冰盖,输水能力大幅降低,仅占渠道设计流量的66.7%。该研究给出了大型混凝土渠道封冻冰盖糙率和输水能力降低的确切数值,以期为冰期输水调度和类似工程设计提供科学依据。
冰盖糙率是确定渠道冰期输水水位和流量关系的基础参数,一直是明渠冰工程研究的重点之一。鉴于当前大型混凝土渠道冰盖糙率研究成果相当匮乏,以南水北调中线总干渠石家庄以北唯一无输水建筑物的唐河节制闸—放水河节制闸渠段为研究区域,依据全线通水以来唯一生成全渠段封冻冰盖的2016年1—2月逐日水位和流量实测数据,采用伯努利能量方程和谢才-曼宁公式推求渠道糙率,定性定量分析封冻前后渠道糙率变化特征。结果表明:(1)研究渠段畅流期渠道糙率nb为0.016 7,封冻期冰盖综合糙率nc为0.014 6,冰盖下表面糙率ni为0.011 8。(2)由于水力磨蚀作用,封冻期冰盖糙率随时间呈波动减小的趋势。(3)渠道一旦生成封冻冰盖,输水能力大幅降低,仅占渠道设计流量的66.7%。该研究给出了大型混凝土渠道封冻冰盖糙率和输水能力降低的确切数值,以期为冰期输水调度和类似工程设计提供科学依据。
为研究冰盖对组合桥墩局部冲刷及其周围流场分布的影响,基于动床冲刷试验,在不同覆盖条件下,分析了不同水流条件和桥墩尺寸对组合桥墩局部冲刷的影响,建立了预测明渠水流与冰盖流条件下组合桥墩最大冲刷深度的经验方程,并通过ADV测量了墩前的流场。结果表明:组合桥墩的冲刷模式与串列桥墩相似,最大冲刷深度始终出现在墩正前方;经验方程中来流水深、来流流速、桥墩尺寸、冰盖糙率均与最大冲刷深度呈正相关关系;在粗糙冰冰盖流条件下,墩前的垂向流速最大,导致其最大冲刷深度总是大于同等条件下的明渠水流和光滑冰盖流。
为研究冰盖对组合桥墩局部冲刷及其周围流场分布的影响,基于动床冲刷试验,在不同覆盖条件下,分析了不同水流条件和桥墩尺寸对组合桥墩局部冲刷的影响,建立了预测明渠水流与冰盖流条件下组合桥墩最大冲刷深度的经验方程,并通过ADV测量了墩前的流场。结果表明:组合桥墩的冲刷模式与串列桥墩相似,最大冲刷深度始终出现在墩正前方;经验方程中来流水深、来流流速、桥墩尺寸、冰盖糙率均与最大冲刷深度呈正相关关系;在粗糙冰冰盖流条件下,墩前的垂向流速最大,导致其最大冲刷深度总是大于同等条件下的明渠水流和光滑冰盖流。