南水北調中線工程冰期運行控制條件研究

邊傳偉

南水北調中線干線工程建設管理局河北分局，中國·河北 石家莊 050035

明渠；冰期運行；控制條件

1 引言

高緯度地區渠道在冬季運行過程中，會出現結冰現象，冰塊聚集和堆積形成的冰蓋、冰塞和冰壩會導致渠道阻力增加，引起水位上漲，嚴重時阻塞過水斷面，并可能引發冰凌洪水。由于冰蓋具有一定的隔熱效果，冰蓋的存在可以防止冰凌的不斷生成，因此，冰蓋下輸水是高緯度地區渠道冰期輸水的主要方式之一。為此，論文以南水北調北拒馬河節制閘前渠池為例，分析了冰蓋上溯推進模式的控制條件和冰塊下潛的控制條件，給出了明渠冰期運行的控制因子，以期為明渠冰期運行提供技術支撐。

2 冰蓋上溯控制條件分析

進入冰期，渠道內首先產生流冰，如果攔冰索前的水流條件不致引起流冰下潛，那么流冰就會在攔冰索前堆積，攔冰索前的渠道斷面首先形成冰蓋，并由此逐漸向上游推進。影響冰蓋穩定的水力學因子有水流弗汝德數和冰蓋前緣的水流流速。

2.1 水流弗汝德數

研究發現冰蓋前緣水流佛汝德數的大小決定了上游來冰是否會在冰蓋前緣下潛以及冰蓋向上游的推進模式。當冰蓋前緣水流弗汝德數小于第一臨界弗汝德數時，冰塊不發生翻轉、下潛，冰蓋以平鋪上溯的模式發展（又稱平封），冰蓋的厚度約等于冰塊的厚度。沈洪道等通過對Saint Lawrence河和上游的現場觀測建議第一臨界弗汝德數為0.05～0.06。當冰蓋前緣的弗汝德數大于臨界弗汝德數時，單一冰塊的并列推進將不可能維持?！?br>