Page 60 - 2022年第53卷第11期

不考虑的冰情严重得多，两者相差较大。
计算的白昼气温 Ｔ ＝－ ９℃时渡槽水温沿特征线的变化如图 ８所示。由于白昼太阳辐射的影响，当
ａ
渡槽进口水温 Ｔ ＝ ０．１℃时，水温没有下降到 ０℃，渡槽内不会产生冰花。此外，从图 ８可见，考虑
ｗ０
水体与渡槽的热交换时渡槽水温沿特征线缓慢降低，但是不考虑水体与渡槽的热交换时渡槽水温沿特
征线反而略微增加，两者偏差明显。
综上所述，可得一个重要结论：在寒潮期间，在渡槽中可能发生夜间产生冰花而白天不产生冰花
的现象。需要说明的是，本算例水温和含冰率的计算结果是在给定渡槽进口水温的条件下得到的，不
能完全反映真实的冰塞过程，只是说明考虑水体与渡槽边墙和底板热交换对正确模拟冰情的重要性。

图 ７ 夜间寒潮时渡槽水温沿特征线的变化 图 ８ 白昼寒潮时渡槽水温沿特征线的变化

６ 结论

渡槽架设空中，水温不仅受水面与大气热交换的影响，而且受水体与渡槽热交换的影响。影响水
体与渡槽热交换的主要因素是渡槽外壁温度。考虑渡槽外壁与大气的热交换，包括对流、外壁和大气
的长波辐射、地表的长波辐射、太阳辐射及地表的反射等，本文提出了渡槽外壁温度的计算公式、水
体与渡槽的热交换参数化模型、水温和含冰率的计算模型等。
通过研究，得出下述主要结论：
（１）渡槽外壁温度随风速的增加而下降，特别是在 ０ ≤Ｖ≤２ｍ?ｓ区间；在夜间，底板外壁温度高
ｚ
于边墙外壁温度，且边墙外壁温度接近于气温；在白昼太阳辐射的影响下，渡槽两边墙外壁温度相差
较大，而底板外壁温度介于两边墙外壁温度之间，同时朝阳面边墙外壁温度远远高于气温，特别是风
速较小时，外壁温度随着风速的下降由负转正；
（ ２）在给定的气象条件下，水温随着时间和离开渡槽进口距离的增加呈指数规律变化；
（３）渡槽断面含冰率与负水温成反比沿程增加，负水温越小，水相变为冰的量越大；当水温由负
转正时，水中冰将相变为水，含冰率将沿程减小；
（ ４）考虑水体与渡槽的热交换比不考虑的冰情严重得多，并且在寒潮期间，在渡槽中可能发生夜
间产生冰花而白天不产生冰花的现象。

参 考 文 献：

［ １］ 段文刚，黄国兵，杨 金 波．长 距 离 调 水 明 渠 冬 季 输 水 冰 情 分 析 与 安 全 调 度 ［Ｊ］．南 水 北 调 与 水 利 科 技，
２０１６，１４（６）：９６ － １０４．
［ ２］ 黄国兵，杨金波，段 文 刚．典 型 长 距 离 调 水 工 程 冬 季 冰 凌 危 害 调 查 及 分 析 ［Ｊ］．南 水 北 调 与 水 利 科 技，
２０１９，１７（１）：１４４ － １４９．
［ ３］ ＡＳＨＴＯＮＧＤ．ＲｉｖｅｒａｎｄＬａｋｅＩｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｍ］．ＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓＰｕｂ．，Ｌｉｔｔｌｅｔｏｎ，Ｃｏ．，１９８６．

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