南水北調歷年冰期輸水調度數據分析

孫德宇　陳林舉

摘 要：作為一名輸水調度一線的工作人員，為了不忘平穩運行的初心，牢記供水保障的使命，結合水利部“水利工程補短板，工程運行強監管”的重點工作，我將南水北調中線工程2019年以前歷年冰期輸水數據進行了匯總分析，讓大家對南水北調中線一期工程冰期輸水運行期間的調度策略和風險點理解更深刻。主要分從水溫和氣溫變化對比、冰期關鍵數據及每日溫度（水溫和氣溫）變化曲線特點三方面進行分析總結。

關鍵詞：水溫;氣溫;趨勢;佛汝德數

一、歷年數據總結分析

（一）水溫和氣溫變化對比

⑴圖（一）到（四）是崗頭節制閘近四年的水溫及氣溫變化對比圖;

⑵圖（五）到（七）是西黑山進口閘近三年的水溫及氣溫變化對比圖;

⑶圖（八）到（十一）是北拒馬河節制閘近四年的水溫及氣溫變化對比圖;

⑷圖（十二）到（十四）分別是崗頭節制閘、西黑山進口閘、北拒馬河節制閘近幾年的水溫變化對比圖;

詳見下列各圖。

通過對圖（一）到（十一）的的對比分析，可以總結出以下幾點：

⑴冰期渠道水溫隨著氣溫的不斷降低在10℃到0℃之間進行變化，而氣溫的變化主要分為兩個級別，第一級別是0℃到-10℃，第二級別是-10℃到-20℃。①氣溫降到第一級別，并在第一級別保持較長時間時，水溫會呈緩慢下降趨勢，但最終很難形成穩定冰蓋，分析原因主要是中線輸水運行是自南向北，南來的水溫比較高，在歷年冰期的流量下，熱量的散失需要一個過程，而第一級別的氣溫在這個過程中很難消耗掉水中的熱量形成冰蓋。表1中統計的水溫變化區間可見，進入冰期初始南來水的水溫很關鍵，水溫越高，越難以形成冰蓋，2018-2019年冰期氣溫低于-10℃的時間長達一個月，最終卻沒形成穩定冰蓋，個人認為原因就是南來初始水溫太高接近10℃，比往年高3～4℃，多余熱量釋放的時間足夠長。而不是漳河以北天氣不夠冷。漳河以南的氣溫情況也會影響到漳河以北的結冰情況，而不是單獨的關注漳河北段的天氣變化情況。②水溫變化比氣溫變化呈現一定的滯后性，偶爾的一天的氣溫驟升或者驟降對水溫的影響變化不大;③氣溫降到第二級別，并在第二級別保持較長時間時（持續時間比較長的寒流經過），對水溫的影響非常大，水溫會呈現急劇下降趨勢，甚至最終形成穩定冰蓋。

⑵圖（十二）到圖（十四）中，西黑山節制閘因為水溫計不準確原因，2015-2016年度的數據不夠準確，并未用于對比。通過對比發現，除2015-2016年度的霸王寒數據以外，①近三年的1月1日至2月15日，是水溫較低最低階段，基本處于0℃～2℃之間。②近三年的1月20日附近，水溫曲線會有一個近似交點，崗頭節制閘的交點在1℃～2℃之間，西黑山進口閘的交點在2℃附近，北拒馬河節制閘的交點在1℃附近，具體原因有待分析。

（二）每日溫度（水溫和氣溫）變化分析

這部分計劃是分析一下每日氣溫變化曲線和每日水溫的變化曲線，但是氣溫的毎日変化缺少數據，無法對比，在這只選取了各斷面連續幾天的水溫做了兩個曲線圖，由圖（十四）、（十五）中可見，每日水溫呈波浪形變化，每日午夜至上午10點左右，水溫處于下降趨勢，10時左右水溫處于當日最低值，10時至傍晚19時左右水溫處于上升趨勢，19時左右水溫處于當日最高。所以在水內冰→表面冰層→浮冰→岸冰→冰橋→冰蓋，這個結冰過程或者開河期的融冰過程中，夜班一定要關注水溫變化，特別是白天水溫接近0℃時，午夜以后一定要隨時關注水溫變化，這兩個時期是非常危險的，很容易造成冰塞，之前惠南莊的幾次冰期應急都是在結冰期和融冰期出現的，所以千萬要注意。

（十五）西黑山進口閘2019.1.10-2019.1.13水溫變化圖

（十六）北拒馬河節制閘2015.12.30-2016.1.3水溫變化圖

二、冰期輸水工作展望

2019年冰期即將到來，今年工況有所改變，惠南莊泵站冰期暫時停止給北京供水，天津可供流量比往年適當增加，單總的流量肯定會減少，特別是崗頭以北，流速也會相應降低，今年形成穩定冰蓋的可能性很大，從判斷流冰是否下潛的主要條件參數佛汝德數來看：

冰蓋前緣的佛汝德數，按同一水位下，流速越大→流量越大→Fr越大，;相反的流量減小→流速減小→Fr越小，形成冰塞的可能性要比往年小，輸水運行條件要比往年好。2019冰期方案還沒形成，具體的流量暫不分析。

第一部分中提到預防武開河的重要控制目標就是保證流量、水位穩定，冰期方案中并未對冰期的水位控制標準做更細致的要求，建議盡量減少水位波動，盡量以穩為主。