水庫防凌調度范文

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摘要：本文著重研究利用水庫調節徑流減輕冰凌災害.文中系統分析了影響凌汛的因素、水庫防凌調度機理、運用方式；研究了不穩定封凍河段和穩定封凍河段冰下過流能力的經驗公式，并依據冰水力學理論、河冰運行規律和水冰兩相流連續方程及運動方程，參照黃河流域冰期實測資料，建立了水庫防凌調度數學模型.經過模擬黃河內蒙古、下游河段典型年凌汛檢驗，證明調度模型合理、實用，對減輕凌汛災害有重要作用，具有較好的應用價值.

關鍵詞：凌汛水庫防凌防凌調度數學模型

我國北方地區的河流，在每年冬春季節常有冰凌災害發生，其中以黃河流域和東北地區松花江、黑龍江流域較為嚴重.黃河下游是舉世聞名的地上懸河，據不完全統計，自1855～1938年的84年間，有27年發生凌汛決口，平均3年一次.1951年、1955年因凌情嚴重、堤防薄弱而造成堤防決口，淹沒耕地8.7萬hm2，受災人口26萬.黃河下游的防凌問題一直為人們所關注，1960年三門峽水庫投入防凌運用后，下游防凌形勢有很大改觀，但水庫防凌調度牽涉到下游河道冰凌運行規律、熱力條件以及邊界條件，是一個復雜的系統工程.如運用不當，則可能出現人為災害.因此，研制水庫防凌調度數學模型，實行水庫防凌的科學調度具有重要意義.

1水庫防凌調度機理

1.1凌汛成因凌汛是由于河道中產生冰凌阻水而引起的一種漲水現象.其生成一般有3個條件：一是河道內有足夠的流冰量；二是具有阻塞冰凌運動的河勢條件；三是有適宜形成凌汛的氣候因素.河道內有足夠的流冰量是形成凌汛的物質基礎，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凌汛現象.阻塞冰凌運動的河勢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，無疑給冰凌運動造成大的阻力.適宜的氣候因素主要表現在河流所處的地理位置以及冷空氣活動的影響.凡凌汛比較嚴重的河流，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.當上游段開河時下游河段仍處于固封狀態，這樣勢必造成冰凌堆積，產生冰橋、冰壩堵塞河道，抬高水位，漫灘決堤造成災害.

1.2防凌調度機理根據凌汛形成原因分析，當今人們還無法控制氣候因素及改變河道邊界的條件下，調節河道內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演變之間的關系，調整冬季河道流量，也就是調整冬季河道流速變化過程，充分發揮水力因素在控制河冰危害方面的作用.從大量有關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定、冰塞的形成，冰塞下冰花的穩定，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系.而調整冬季河道流速在實際運作中主要是調節流量：①在河道封凍以前，適當增加流量，加大水體搬運冰體的能力，避免浮冰塊受阻而滯蓄于河中，爭取推遲封凍或不封凍；②一旦發生封河現象后，應施放適應冰蓋下過流能力，及時減小流量，降低流速，爭取“平封”防止“立封”和產生冰塞，盡量減少河道里的儲冰量；③在不致產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，避免大流冰量的發生，達到“文開河”的目的.

2水庫防凌調度數學模型研制

2.1模型建立原理根據水庫防凌調度機理，充分發揮水力因素在控制河冰危害方面的作用，調節河道流量變化的過程，能夠遏制冰塞、冰壩的發生.而河段冰下過流能力是水庫調度的關鍵所在.水庫下泄流量又是根據冰下過流能力和水流的演進情況而定.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，一般常用佛汝德數來表示.

式中：fc為佛汝德數；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，若計算值大于此值者，則流冰花易于下潛，反之，則冰花集結于冰蓋前緣向上端延伸，進而演變為冰蓋.冰下過流能力多采取經驗公式法求解.水庫調節后下泄流量的演進系根據河冰水力學水冰兩相流連續方程(河道不穩定流基本方程)和水冰兩相流的運動方程，聯立求解.