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水 利 学 报

2021 年 7 月 SHUILI XUEBAO 第 52 卷 第 7 期

文章编号：0559-9350（2021）07-0819-10

特高拱坝通水冷却管网智能联控原型试验研究

林 鹏 ，宁泽宇 ，李 明 ，樊启祥 ，汪志林 ，陈文夫 2
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（1. 清华大学 水利水电工程系，北京 100084；2. 中国三峡建设管理有限公司，四川 成都 610041）
摘要：开展特高拱坝施工期通水冷却管网的智能联控研究，对确保实现精准、高效的大坝混凝土温控防裂具有重
要意义。基于白鹤滩特高拱坝通水冷却智能温控实践，本文系统分析了冷却水的温度、流量、流向等参数满足特
高拱坝换热防裂的适应条件，提出了混凝土温控冷却水需求的确定方法，定义了供水保证率的量化评价指标。通
过在白鹤滩特高拱坝建设现场开展原型生产性试验，提出了通水冷却管网智能联控的方法，并研发了联控系统，
克服了人工手动换向的不确定性，实现了对通水冷却管网温度、压力、流量的实时在线监测和通水流向的智能调
控，换热效果更好。现场试验揭示了冷却水管网输送的时空规律，结果表明供水水温沿程变化主要受外界气温与
管道保温影响；在制冷容量满足需求的前提下，流量供应主要受供水压力支配。本文成果促进了特高拱坝通水冷
却管网智能联控全面应用，也可供同类工程设计与施工参考。
关键词：特高拱坝；白鹤滩拱坝；通水冷却管网；智能联控；智能通水
中图分类号：TV523 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20210073

1 研究背景

通水冷却已成为特高拱坝等大体积混凝土结构温控防裂的关键措施之一 ［1-3］ 。冷却水一般由制冷
水站通过管网集中供应，随着物联网、云计算、智能控制等技术的发展，通水冷却已逐渐由人工方
式向着自动化、智能化的方向迈进 ［4-6］ ，开展通水冷却管网的智能联控不仅对于提高混凝土施工质
量、提升现场施工效率、减少冷却水浪费具有重要意义，同时也可为智能通水系统 ［6-9］ 的高效运行提
供保障与支持，是确保特高拱坝实现安全、优质、绿色、智能建造的内在要求。
作为混凝土的换热媒介，冷却水的温度、流量、流向等参数需满足特高拱坝换热防裂的适应条
件：（1）水温的适应性。为降低因冷却水管周围温度梯度过大造成的局部缺陷，冷却水与混凝土之间
的温差一般按小于 20 ℃控制 ［10］ ，考虑不同龄期不同控温阶段混凝土温控需求，通常配备有 8 ~ 10 ℃
和 14 ~ 16 ℃两套水温供应系统 ［11］ ，两套水温在供水包的位置通过三通阀门进行手动切换。（2）流量的
适应性。通水流量需要基于混凝土目标温度和实际温度动态调整 ［12］ ，且研究表明管内水流呈紊流状
态时冷却效果较好 ［10］ 。（3）流向的适应性。随着冷却水的流动，因与混凝土持续换热，冷却水沿程水
温会逐渐升高，流量也会因水头损失而降低，故混凝土进水侧的冷却效应始终大于出水侧，因此为
降低混凝土顺水流方向的温度梯度，需对冷却水进行定期换向 ［10-12］ 。
为提供混凝土温控所需的冷却水，需对制冷水站和通水冷却管网进行科学的设计、布置与监
控，如在修筑胡佛拱坝时，美国垦务局提出了按气候及施工最不利条件下进行供水设备容量设计的
［3］
思想 ，我国修建小湾 ［13-15］ 、溪洛渡 ［16］ 、锦屏一级 ［17］ 也基本沿用了此方法，基于浇筑、温控与灌浆计
划，计算冷却水的温度与流量供应计划，基于峰值需求确定冷却机组的配置与选型。制冷水站与通

收稿日期：2021-01-18；网络首发时间：2021-05-27
网络首发地址：http：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20210526.1604.002.html
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基金项目：中国长江三峡集团公司科研项目（BHT/0805，WDD/0490）
作者简介：林鹏（1972-），博士，教授，主要从事水工结构和岩石力学研究。E-mail：celinpe@tsinghua.edu.cn
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