Page 36 - 2023年第54卷第4期
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图 ４ 不同水流流量时隧洞气温的沿程分布
为已知量。图 ５示出了模拟的冬季输水时不同围岩恒温层温度和大气温度（ｘ＝ ０ ）条件下隧洞水温的沿
３
程分布，其中输水流量为 １５０．０ｍ ?ｓ、隧洞进口大气温度 Ｔ ＝－ １８～ － ６℃、隧洞恒温层温度 Ｔ分别为
ａ０ Ｄ
５和 １０℃。
图 ５ 吴庄隧洞水温的沿程分布
观察图 ５可见，不论 Ｔ ＝ ５℃还是 １０℃，水温 Ｔ 随离开隧洞进口距离 ｘ的增加从水温 Ｔ ＝ ０．００℃
Ｄ ｗｐ ｗ０
先下降到 ０℃以下，然后随着 ｘ的增加逐渐上升，甚至超过 ０℃，其原因是由于隧洞进口气温为负且
随着 ｘ的增加而迅速升高，甚至转正（见图 ３）。从中可得一个结论：当无压隧洞进口存在冰盖时，在
大气温度小于零的条件下，隧洞进口部分洞段水温将下降到 ０℃以下，成为过冷水，可能产生冰花，
但随着离开洞口距离的增加，冰花会随着水温的升高而消失。
７ 结论
（１）本文提出了计算有压隧洞等效导热系数的公式，研究表明有压隧洞的水温随时间或者距离的
增加呈指数规律变化，逐渐趋近于一个洞段恒温层温度。当冰期有压隧洞进口水温小于隧洞恒温层温
度时，经过隧洞后水温将升高。如果有压隧洞足够长到冰期出口水温大于 ０℃，则隧洞出口下游渠道
一定长度不会发生流冰现象。
（ ２）对于无压隧洞，不论隧洞进口气温大于还是小于隧洞围岩温度和水温，洞内气温随时间或者
距离的增加都会以指数规律趋近于一个定温，其大小与围岩温度、水温及隧洞结构和热力学参数有
关。隧洞内的气体空间随着输水流量的增加而减小；气体空间越大，洞内气温沿程分布变化比较平
缓，而气体空间越小，洞内气温分布变化较大，特别是靠近隧洞进口处。
（ ３）无压隧洞的水温随随时间或者距离的增加呈指数规律趋近于一个大于 ０℃的值。当无压隧洞
进口存在冰盖时，在大气温度小于零的条件下，隧洞进口部分洞段水温将下降到 ０℃以下，成为过冷
水，可能产生冰花，但随着离开洞口距离的增加，冰花会随着水温的升高而消失。如果无压隧洞足够
长，则隧洞出口下游渠道一定长度不会发生流冰现象。
如果将输水倒虹吸视为有压隧洞的特例，则有压隧洞的热交换参数化方法和水温模型也适用于输
水倒虹吸。
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