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水 利 学 报

２０２３年 ９月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５４卷 第 ９期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２３）０９ － １０２５ － １３

南水北调中线工程 ２０１４—２０２２年冬季水温与冰盖观测分析

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段文刚 ，郝泽嘉 ，杨金波 ，黄明海 ，刘 备 ，邢梦媛 １
（１．长江科学院 水力学研究所，湖北 武汉 ４３００１０；２．中国南水北调集团中线有限公司，北京 １０００３８）
摘要：南水北调中线工程自 ２０１４年 １２月全线通水以来已运行 ８个冬季，为防止冰塞冬季输水流量控制为设计流
量的 ３０％～５０％，严重制约了工程输水效益的发挥。因此，渠道水温和冰盖特性一直是冬季输水关注的重点问题
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之一。实测数据表明：①冬季输水流量总体逐年增大，最末段保持相对稳定，岗头闸流量约为 ５０ｍ ?ｓ，北拒马
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河闸约为 ２５ｍ ?ｓ；②冬季气温总体以暖冬居多。保定站最低气温 － ２２．０℃，３日滑动气温极值 － １０．７℃，短期强
寒潮可能是今后冰盖生成的关键驱动因子；③冬季水温沿程逐渐降低，渠首陶岔闸最低水温 ６．７℃，渠末北拒马
河闸多数年份降至 ０℃附近。北拒马河闸水温最大降幅 １０日内由 ３．５℃降至 ０℃，期间渠段水温降幅亦达到极大
值 １．６９℃?１００ｋｍ。④２０１６年冬季冰盖 最 长 达 ２８０ｋｍ（最 南 端 延 伸 至 午 河 闸），次 之 为 ２０１５年 冬 季 的 ７３ｋｍ和
２０２１年冬季的 ３８ｋｍ，有两个冬季未生成冰盖。岗头闸 － 北拒马河闸近 ９０ｋｍ是冰盖多发渠段，应引起关注。基
于冰盖生成前实测数据，以初始水温和区间气温为输水条件，拟合给出了 ２ｄ、３ｄ和 ７ｄ等不同预报时效的简化
水温模型和冰盖生成临界阈值。初步分析认为：冬季气温和输水流量是冰盖生成的两大关键驱动因子，流量越小
气温越低越易生成冰盖，１月出现的短期强寒潮更易于导致冰盖生成。２０１６年冬季严重冰情是二者叠加的结果，
２０１５年冬季冰盖主要是输水流量小诱发，而 ２０２１年冬季冰盖主要是短期强寒潮所致。
关键词：南水北调中线工程；冬季水温；冰盖；强寒潮；冰盖生成阈值
文献标识码：Ａ
中图分类号：ＴＶ１２３ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２２１０１８
１ 引言

南水北调中线工程是国家重大战略性基础设施，是跨流域跨区域配置水资源的骨干工程，也是保
障城市饮水安全、复苏河湖生态环境、畅通南北经济循环的生命线。总干渠自 ２０１４年 １２月全线建成
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通水运行整整 ８周年，已累计从丹江口水库调水超 ５３０亿 ｍ ，惠及沿线 ２４座大中城市、２００多个县市
区，直接受益人口达 ８５００万人。南水北调中线总干渠自南向北从渠 首 陶 岔闸 至北 拒马 河闸 全长近
１２００ｋｍ，线路流经北纬 ３２°４０′—３９°３２′，跨越温和区与寒冷区。工程运行初期，由于对渠道冰情生消
规律和时空分布认识有限，为避免发生冰塞灾害，对于安阳汤河节制闸以北约 ５００ｋｍ渠段，控制闸
前水流弗劳德数 Ｆｒ ≤０．０６，如此以来冬季输水流量仅为设计流量的 ３０％～５０％，严重制约了工程输水
效益的发挥。因此，渠道水温和冰情一直是冬季输水亟待阐释清楚的关键问题之一。
杨开林 ［１ － ３］ 结合南水北调中线渠道，指出明渠水温的变化取决于水体与大气和渠床的热交换，进而
研究了渡槽水体的热交换、太阳辐射和地温对冰盖下水温的影响。郑铁刚等 ［４］ 以新疆红山嘴水电站引水
渠道为例，研究表明随着大气温度的降低，渠道水温沿程衰减速度明显加快，－ １０℃为水温衰减过程变
化转折点。脱友才等 ［５］ 对丰满水库的水温和冰情进行了原型观测，坝前冰厚约 ０．７ｍ，且库区冰厚沿程出现
不均匀分布的规律。王军等 ［６ － ９］ 长期关注冰塞堆积过程和冰盖条件下桥墩局部冲刷研究。王涛等 ［１０］ 研究了

收稿日期：２０２２ － １２ － ２３；网络首发日期：２０２３ － ０７ － ２７
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ２?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２３０７２６．１６３５．００１．ｈｔｍｌ
基金项目：国家重点研发计划项目（２０１７ＹＦＣ０４０５０００）
作者简介：段文刚（ １９７２ － ），硕士，正高级工程师，主要从事水力学研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｃｋｙｄｗｇ＠１６３．ｃｏｍ

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