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长距离输水工程的冰期冰盖模拟

作　者: 郭维维
导　师: 徐国宾
学　校: 天津大学
专　业: 水利水电工程
关键词: 输水明渠 冰盖 CE-QUAL-W2 垂向二维数值模拟 南水北调中线京石段
分类号: TV67
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


近几年来长距离输水工程已经成为解决我国水资源分布不均的有效方法，但是由于输水工程线路长、空间跨度大，不可避免的会遇到冰期输水问题。冰块堆积形成的冰盖、冰塞等显著改变了水流的流动结构，会对河道输水及工程设施的运行产生一定影响，严重时甚至会导致堤防溃决，造成凌汛等灾害。因此，国内外学者对河冰问题进行了大量的研究并取得了一定的进展，但研究多建立在一维模型的基础上，国内外对二维河冰问题的研究相对较少。本文应用二维模型CE-QUAL-W2对河冰问题进行了进一步的研究，主要内容如下：（1）综述了国内外长距离输水工程冰期输水的研究现状及研究手段，同时也简单介绍了河冰生消机理及冰盖下的流场分布。（2）应用CE-QUAL-W2垂向二维模型，以宁夏吴忠地区金积供水工程输水明渠为例，结合景何仿等的冰盖模拟值，验证了CE-QUAL-W2模型在输水明渠冰盖模拟分析的可行性，也可以为同类其他渠道提供参考。（3）应用CE-QUAL-W2模拟了南水北调中线京石段冰期冰盖下输水过程并研究分析了输水流量、水深、来流温度及模型参数光遮蔽系数、风剪切系数对冰厚发展过程的影响。（4）通过流冰在冰盖前缘不下潜可以形成完整冰盖的水力控制条件确定了南水北调中线工程京石段在给定水位下的最大过流能力。在此基础上调研了不同典型年气象数据，分析了最大过流能力条件下不同典型年的冰盖厚度发展过程及冰盖下流速分布。同时借鉴其他工程冬季成功输水经验，为南水北调中线工程冰期输水提供了建议。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-22
  1.1 问题的提出  8-10
  1.2 研究进展  10-13
    1.2.1 原型观测研究  10-11
    1.2.2 试验研究  11
    1.2.3 数值模拟研究  11-13
  1.3 河冰生成消融机理  13-15
  1.4 冰水热交换系数研究方法  15-19
  1.5 冰盖下速度场分布  19-20
  1.6 本文主要研究内容  20-22
第二章 垂向二维模型（CE-QUAL-W2)  22-32
  2.1 CE-QUAL-W2 模型简介  22-25
    2.1.1 模型功能  22-24
    2.1.2 模型潜在的局限性  24-25
  2.2 CE-QUAL-W2 基本原理  25-29
    2.2.1 一般坐标系下的控制方程  25-28
    2.2.2 冰盖厚度发展方程  28-29
  2.3 模型验证  29-31
    2.3.1 物理模型  29-30
    2.3.2 验证结果分析  30-31
  2.4 本章小结  31-32
第三章 南水北调中线京石段冰期冰盖模拟  32-45
  3.1 模型应用  32-36
    3.1.1 工程概况  32-33
    3.1.2 模型建立及条件设定  33-35
    3.1.3 控制参数选择  35-36
  3.2 模型参数对冰盖厚度发展的影响分析  36-40
    3.2.1 光遮蔽系数(Dynsh)对冰厚发展过程影响的模拟分析  37-38
    3.2.2 风剪切系数(WSC)对冰厚发展过程影响的模拟分析  38-40
  3.3 不同边界条件下的冰盖模拟分析  40-44
    3.3.1 入流量对冰厚发展过程影响的模拟分析  40-41
    3.3.2 水深对冰厚发展过程影响的模拟分析  41-42
    3.3.3 入流温度对冰厚发展过程影响的模拟分析  42-44
  3.4 本章小结  44-45
第四章 南水北调中线京石段冬季冰情分析及预防措施  45-55
  4.1 冰期输水水力控制条件  45-46
  4.2 最大输水能力下不同典型年冰情分析  46-51
    4.2.1 不同典型年气象条件  46-47
    4.2.2 1971 年冷冬年冰情  47-49
    4.2.3 1992 年平冬年冰情  49-50
    4.2.4 1993 年暖冬年冰情  50-51
  4.3 南水北调中线京石段冬季冰情预防措施  51-54
    4.3.1 融冰  51-52
    4.3.2 输冰  52-53
    4.3.3 排冰  53-54
  4.4 本章小结  54-55
第五章 结论与展望  55-58
  5.1 结论  55-57
  5.2 展望  57-58
参考文献  58-62
发表论文和参加科研情况说明  62-63
致谢  63

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中图分类: > 工业技术 > 水利工程 > 水利枢纽、水工建筑物 > 取水、引水工程
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