长距离输水工程倒虹吸冰水动力学特性及冰期安全输水研究

Inverted siphon is an important structure for long distance water diversion projects. When temperature reduces in winter or increases in spring, there are a lot of frazil and ice floes in the canal which jam inverted siphon easily, then lead to raising water level in the upper reach and decreasing water transport capacity of the project, at worst conditions may cause disasters. This item plans to test ice-hydrodynamic characteristics of inverted siphon under real ice conditions which can void limitations of plastic model ice. The test results can help us to improve water transport capacity of inverted siphon during ice period on the premise of safe operation and meet more demands of water supply in winter..To realize these purposes, this item mainly study on: 1.inverted siphon ice-hydrodynamic characteristics, 2. critical hydraulic conditions of ice transport before the entrance of inverted siphon, 3. critical hydraulic conditions of jammed inverted siphon, 4. maximum water transport capacity of inverted siphon during ice period. 5. make use of our numerical simulation platform to explore how to improve water transport capacity of project in winter. .Innovation points: 1. study on ice-hydrodynamics characteristics of inverted siphon used to illustrate mechanism of ice accumulation and evolution. 2. systematically test water transport capacity of inverted siphon and hydraulic control conditions on the premise of safe operation under real ice environment.

在长距离明渠输水工程中，倒虹吸是重要的控制性建筑物。当冬季气温降低或者春季气温回升时，明渠中的大量冰花、冰块，容易堵塞倒虹吸，导致上游渠道水位上升，输水能力下降，严重时甚至造成事故。本项目将开展真冰条件下系统的倒虹吸冰水动力学特性试验，避免模型冰为试验体所带来的局限，为在冰期安全运行的前提下提高倒虹吸冰期输水能力，尽可能地满足冬季供水需求提供科学依据。.为了实现以上目标，本研究包含以下主要内容：1.倒虹吸冰水动力学特性；2.倒虹吸进水口前冰块输移的临界水力条件；3.倒虹吸发生堵塞的临界水力条件；4.倒虹吸的冰期最大安全输水能力；5.利用冰水动力学数值模拟平台，探索提高输水工程冰期输水能力的具体措施。创新点是：1.倒虹吸冰水动力学特性研究，阐明冰块在倒虹吸进水口前堆积演变机理以及形成稳定冰盖的条件；2.真冰条件下对倒虹吸输水能力和安全运行水力控制条件开展系统的研究。

在长距离明渠输水工程中，倒虹吸是重要的控制性建筑物。当冬季气温降低或者春季气温回升时，高纬度地区调水工程明渠中出现的大量冰花、冰块，容易堵塞倒虹吸，导致上游渠道水位上升，输水能力下降，严重时甚至造成事故。例如，在我国北方地区的引黄济青工程、引黄济津等长距离明渠调水工程的冰期都发生过严重的冰凌洪水灾害。因此预测倒虹吸可能发生的冰害，并采用恰当的运行措施和工程措施防止冰害的发生，不仅影响调水工程的总体规划设计和投资,更关系到整个工程建成后的安全运行。本项目通过真冰条件下的倒虹吸冰水动力学试验，开展了倒虹吸冰水动力学特性、倒虹吸进水口冰块发生输移的临界水力条件、倒虹吸的冰期最大安全输水能力的研究，并探索了提高倒虹吸冰期输水能力的具体应对措施，研究成果为我国北方输水工程的冬季提高输水效率和安全运行提供参考。.项目的创新点如下：. （1）首次系统开展了倒虹吸冰水动力学特性的研究，阐明倒虹吸进口前的流速分布特性以及冰块在倒虹吸进水口前的堆积演变特性。. （2）利用冰水动力学综合仿真平台在真冰条件下对倒虹吸输水能力和安全运行水力控制条件开展了系统的研究，得到了不同水深情况下，倒虹吸安全运行的最大允许流量和对应的计算公式。