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水庫防凌調(diào)度范文

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水庫防凌調(diào)度

摘要:本文著重研究利用水庫調(diào)節(jié)徑流減輕冰凌災(zāi)害.文中系統(tǒng)分析了影響凌汛的因素、水庫防凌調(diào)度機(jī)理、運(yùn)用方式;研究了不穩(wěn)定封凍河段和穩(wěn)定封凍河段冰下過流能力的經(jīng)驗(yàn)公式,并依據(jù)冰水力學(xué)理論、河冰運(yùn)行規(guī)律和水冰兩相流連續(xù)方程及運(yùn)動(dòng)方程,參照黃河流域冰期實(shí)測(cè)資料,建立了水庫防凌調(diào)度數(shù)學(xué)模型.經(jīng)過模擬黃河內(nèi)蒙古、下游河段典型年凌汛檢驗(yàn),證明調(diào)度模型合理、實(shí)用,對(duì)減輕凌汛災(zāi)害有重要作用,具有較好的應(yīng)用價(jià)值.

關(guān)鍵詞:凌汛水庫防凌防凌調(diào)度數(shù)學(xué)模型

我國北方地區(qū)的河流,在每年冬春季節(jié)常有冰凌災(zāi)害發(fā)生,其中以黃河流域和東北地區(qū)松花江、黑龍江流域較為嚴(yán)重.黃河下游是舉世聞名的地上懸河,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),自1855~1938年的84年間,有27年發(fā)生凌汛決口,平均3年一次.1951年、1955年因凌情嚴(yán)重、堤防薄弱而造成堤防決口,淹沒耕地8.7萬hm2,受災(zāi)人口26萬.黃河下游的防凌問題一直為人們所關(guān)注,1960年三門峽水庫投入防凌運(yùn)用后,下游防凌形勢(shì)有很大改觀,但水庫防凌調(diào)度牽涉到下游河道冰凌運(yùn)行規(guī)律、熱力條件以及邊界條件,是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程.如運(yùn)用不當(dāng),則可能出現(xiàn)人為災(zāi)害.因此,研制水庫防凌調(diào)度數(shù)學(xué)模型,實(shí)行水庫防凌的科學(xué)調(diào)度具有重要意義.

1水庫防凌調(diào)度機(jī)理

1.1凌汛成因凌汛是由于河道中產(chǎn)生冰凌阻水而引起的一種漲水現(xiàn)象.其生成一般有3個(gè)條件:一是河道內(nèi)有足夠的流冰量;二是具有阻塞冰凌運(yùn)動(dòng)的河勢(shì)條件;三是有適宜形成凌汛的氣候因素.河道內(nèi)有足夠的流冰量是形成凌汛的物質(zhì)基礎(chǔ),黃河以北的海河、遼河流域緯度雖高于黃河,但由于河道流冰量不足而難以出現(xiàn)凌汛現(xiàn)象.阻塞冰凌運(yùn)動(dòng)的河勢(shì)條件是形成凌汛的外部因素,黃河下游河道上寬下窄,下段河道多彎曲,無疑給冰凌運(yùn)動(dòng)造成大的阻力.適宜的氣候因素主要表現(xiàn)在河流所處的地理位置以及冷空氣活動(dòng)的影響.凡凌汛比較嚴(yán)重的河流,多為流向自低緯度流向高緯度的高寒地帶,它的冰情變化規(guī)律是,上段河道封河晚、開河早,下段河道封河早、開河晚、冰蓋厚.當(dāng)上游段開河時(shí)下游河段仍處于固封狀態(tài),這樣勢(shì)必造成冰凌堆積,產(chǎn)生冰橋、冰壩堵塞河道,抬高水位,漫灘決堤造成災(zāi)害.

1.2防凌調(diào)度機(jī)理根據(jù)凌汛形成原因分析,當(dāng)今人們還無法控制氣候因素及改變河道邊界的條件下,調(diào)節(jié)河道內(nèi)的流冰量還是可能的,即利用已建的水庫,按照水力因素和冰情形態(tài)演變之間的關(guān)系,調(diào)整冬季河道流量,也就是調(diào)整冬季河道流速變化過程,充分發(fā)揮水力因素在控制河冰危害方面的作用.從大量有關(guān)冰情演變的理論分析成果得知,冬季河道的流速與河流的封凍、冰蓋的類型、冰蓋前緣流冰塊的穩(wěn)定、冰塞的形成,冰塞下冰花的穩(wěn)定,冰塞厚度、冰蓋下輸冰以及冰壩的形成和演變等均有密切關(guān)系.而調(diào)整冬季河道流速在實(shí)際運(yùn)作中主要是調(diào)節(jié)流量:①在河道封凍以前,適當(dāng)增加流量,加大水體搬運(yùn)冰體的能力,避免浮冰塊受阻而滯蓄于河中,爭(zhēng)取推遲封凍或不封凍;②一旦發(fā)生封河現(xiàn)象后,應(yīng)施放適應(yīng)冰蓋下過流能力,及時(shí)減小流量,降低流速,爭(zhēng)取“平封”防止“立封”和產(chǎn)生冰塞,盡量減少河道里的儲(chǔ)冰量;③在不致產(chǎn)生冰塞和開河高水位的前提下,加大冰下過流能力,減少河槽蓄水量,以削減開河期的凌峰流量,避免大流冰量的發(fā)生,達(dá)到“文開河”的目的.

2水庫防凌調(diào)度數(shù)學(xué)模型研制

2.1模型建立原理根據(jù)水庫防凌調(diào)度機(jī)理,充分發(fā)揮水力因素在控制河冰危害方面的作用,調(diào)節(jié)河道流量變化的過程,能夠遏制冰塞、冰壩的發(fā)生.而河段冰下過流能力是水庫調(diào)度的關(guān)鍵所在.水庫下泄流量又是根據(jù)冰下過流能力和水流的演進(jìn)情況而定.冰下過流能力主要是分析冰蓋前緣流冰臨界的下潛條件,如流冰花不潛入冰蓋之下,則不會(huì)形成冰塞,冰下過流能力則最大.然而流冰下潛條件牽涉到河床阻力、濕周、比降、斷面水深、重力加速度等因素,一般常用佛汝德數(shù)來表示.

式中:fc為佛汝德數(shù);v為冰蓋前緣平均流速(m/s);g為重力加速度(9.81m/s2);H為斷面平均水深(m).黃河下游分析fc為0.08~0.09,若計(jì)算值大于此值者,則流冰花易于下潛,反之,則冰花集結(jié)于冰蓋前緣向上端延伸,進(jìn)而演變?yōu)楸w.冰下過流能力多采取經(jīng)驗(yàn)公式法求解.水庫調(diào)節(jié)后下泄流量的演進(jìn)系根據(jù)河冰水力學(xué)水冰兩相流連續(xù)方程(河道不穩(wěn)定流基本方程)和水冰兩相流的運(yùn)動(dòng)方程,聯(lián)立求解.

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