南水北调历年冰期输水调度数据分析

孙德宇　陈林举

摘 要：作为一名输水调度一线的工作人员，为了不忘平稳运行的初心，牢记供水保障的使命，结合水利部“水利工程补短板，工程运行强监管”的重点工作，我将南水北调中线工程2019年以前历年冰期输水数据进行了汇总分析，让大家对南水北调中线一期工程冰期输水运行期间的调度策略和风险点理解更深刻。主要分从水温和气温变化对比、冰期关键数据及每日温度（水温和气温）变化曲线特点三方面进行分析总结。

关键词：水温;气温;趋势;佛汝德数

一、历年数据总结分析

（一）水温和气温变化对比

⑴图（一）到（四）是岗头节制闸近四年的水温及气温变化对比图;

⑵图（五）到（七）是西黑山进口闸近三年的水温及气温变化对比图;

⑶图（八）到（十一）是北拒马河节制闸近四年的水温及气温变化对比图;

⑷图（十二）到（十四）分别是岗头节制闸、西黑山进口闸、北拒马河节制闸近几年的水温变化对比图;

详见下列各图。

通过对图（一）到（十一）的的对比分析，可以总结出以下几点：

⑴冰期渠道水温随着气温的不断降低在10℃到0℃之间进行变化，而气温的变化主要分为两个级别，第一级别是0℃到-10℃，第二级别是-10℃到-20℃。①氣温降到第一级别，并在第一级别保持较长时间时，水温会呈缓慢下降趋势，但最终很难形成稳定冰盖，分析原因主要是中线输水运行是自南向北，南来的水温比较高，在历年冰期的流量下，热量的散失需要一个过程，而第一级别的气温在这个过程中很难消耗掉水中的热量形成冰盖。表1中统计的水温变化区间可见，进入冰期初始南来水的水温很关键，水温越高，越难以形成冰盖，2018-2019年冰期气温低于-10℃的时间长达一个月，最终却没形成稳定冰盖，个人认为原因就是南来初始水温太高接近10℃，比往年高3～4℃，多余热量释放的时间足够长。而不是漳河以北天气不够冷。漳河以南的气温情况也会影响到漳河以北的结冰情况，而不是单独的关注漳河北段的天气变化情况。②水温变化比气温变化呈现一定的滞后性，偶尔的一天的气温骤升或者骤降对水温的影响变化不大;③气温降到第二级别，并在第二级别保持较长时间时（持续时间比较长的寒流经过），对水温的影响非常大，水温会呈现急剧下降趋势，甚至最终形成稳定冰盖。

⑵图（十二）到图（十四）中，西黑山节制闸因为水温计不准确原因，2015-2016年度的数据不够准确，并未用于对比。通过对比发现，除2015-2016年度的霸王寒数据以外，①近三年的1月1日至2月15日，是水温较低最低阶段，基本处于0℃～2℃之间。②近三年的1月20日附近，水温曲线会有一个近似交点，岗头节制闸的交点在1℃～2℃之间，西黑山进口闸的交点在2℃附近，北拒马河节制闸的交点在1℃附近，具体原因有待分析。

（二）每日温度（水温和气温）变化分析

这部分计划是分析一下每日气温变化曲线和每日水温的变化曲线，但是气温的毎日変化缺少数据，无法对比，在这只选取了各断面连续几天的水温做了两个曲线图，由图（十四）、（十五）中可见，每日水温呈波浪形变化，每日午夜至上午10点左右，水温处于下降趋势，10时左右水温处于当日最低值，10时至傍晚19时左右水温处于上升趋势，19时左右水温处于当日最高。所以在水内冰→表面冰层→浮冰→岸冰→冰桥→冰盖，这个结冰过程或者开河期的融冰过程中，夜班一定要关注水温变化，特别是白天水温接近0℃时，午夜以后一定要随时关注水温变化，这两个时期是非常危险的，很容易造成冰塞，之前惠南庄的几次冰期应急都是在结冰期和融冰期出现的，所以千万要注意。

（十五）西黑山进口闸2019.1.10-2019.1.13水温变化图

（十六）北拒马河节制闸2015.12.30-2016.1.3水温变化图

二、冰期输水工作展望

2019年冰期即将到来，今年工况有所改变，惠南庄泵站冰期暂时停止给北京供水，天津可供流量比往年适当增加，单总的流量肯定会减少，特别是岗头以北，流速也会相应降低，今年形成稳定冰盖的可能性很大，从判断流冰是否下潜的主要条件参数佛汝德数来看：

冰盖前缘的佛汝德数，按同一水位下，流速越大→流量越大→Fr越大，;相反的流量减小→流速减小→Fr越小，形成冰塞的可能性要比往年小，输水运行条件要比往年好。2019冰期方案还没形成，具体的流量暂不分析。

第一部分中提到预防武开河的重要控制目标就是保证流量、水位稳定，冰期方案中并未对冰期的水位控制标准做更细致的要求，建议尽量减少水位波动，尽量以稳为主。