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水 利 学 报

2025 年 4 月 SHUILI XUEBAO 第 56 卷 第 4 期

文章编号：0559-9350（2025）04-0511-08 第二十七届中国科协年会学术论文

南水北调中线工程典型建筑物冬季失温精细观测

付 辉 ，郭新蕾 ，潘佳佳 ，脱有才 ，徐恒晖 3
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（1. 流域水循环模拟与调控国家重点实验室 中国水利水电科学研究院，北京 100038；
2. 四川大学，四川 成都 610065；3. 合肥工业大学，安徽 合肥 230009）
摘要：南水北调中线工程由南至北输水，跨越 8 个纬度，在冬季会历经明流输水、流冰输水和冰盖下输水等复杂
的冰水相变过程及多种运行工况。为保证运行安全，中线工程冬季输水流量仅为设计流量的 31% ~ 47%，极大限
制了工程效益的发挥。水温是冰水相变过程的控制因素，也是冰期调度的核心，因此厘清中线工程各渠系建筑物
的失温特性是提升冬季输水能力的关键环节。本文以南水北调中线干渠京石段为研究对象，精细测量了典型倒虹
吸、渡槽、明渠和隧洞等 4 种渠系建筑物的失温情况，对比分析了不同渠系建筑物的失温速率，明确了倒虹吸保
温、隧洞升温，明渠和倒虹吸失温的差异。研究成果可为南水北调中线工程或类似调水工程水温预报模型的精度
提升及冬季调度运行提供支撑。
关键词：南水北调中线工程；水温；明渠；倒虹吸；渡槽；隧洞
中图分类号：TV698.1 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20240531

1 研究背景

全长 1432 km 的南水北调中线工程是支撑我国“四横三纵”骨干水网的重大战略性设施，显著的
纬度差和南北冻融的特殊气象条件，使得中线干渠冬季运行历经明流输水、流冰输水和冰盖下输水等
多种工况，调度难度大；沿线分水口、节制闸、渡槽、倒虹吸等渠系建筑物组成多样，冰期运行时的
冰水动力学过程复杂，有形成链式灾害的风险 ［1-2］ 。
南水北调中线工程自 2014 年全线通水以来，为保证安全，每年的 12 月 1 日至次年 2 月末采用“高
水位、低流速、冰盖下输水”的输水方案，安阳以北约 480 km 的渠段控制在设计流量的 31% ~ 47%，
因此冬季小流量输水成为制约中线工程输水能力提升的关键卡口 ［3-4］ 。随着社会的不断发展，沿线用
水需求逐年增加，冬季输水能力提升的要求日益迫切。为提升冬季输水能力，近年来中线工程采用动
态调度模式，当渠段水温低于 3 ℃或者有显著下降趋势、预测未来 3 d 可能接近 1 ℃时 ，才开始调降流
［5］
量，以缩短冰期小流量输水时长，提升大流量输水时间，该模式取得了很好的效果，例如在 2023—
2024 年冰期多输水 3.4 亿 m 。随着调度技术的不断提升，南水北调中线工程的冬季输水已由原时间控制
3
逐步优化为以水温为主要指标的动态调度，冬季水温已成为中线工程冰期调度最为关切的核心要素。
在南水北调中线工程冬季原型观测方面，中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司开展了冰期
原型观测，设置了滹沱河倒虹吸、漕河渡槽、北易水倒虹吸、北拒马河渠段等 4 个固定观测断面， 测
量 的 参 数 包 括 水 温 、 水 深 、 流 速 、 流 量 、 气 温 等 ， 其 中 水 温 测 量 时 间 为 每 天 8∶ 00、 14∶ 00 和
［6-7］
20∶ 00 。由于水体由上游至下游流经建筑物的时间间隔与上述测量间隔不同步，以致目前的原型

收稿日期：2024-08-14；网络首发日期：2025-04-18
网络首发地址：https：/link.cnki.net/urlid/11.1882.tv.20250418.1301.002
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基金项目：国家重点研发计划项目（2022YFC3202500）；流域水循环模拟与调控国家重点实验室自由探索课题 （SKL2024YJTS09）；中
国水科院科研专项（HY0145B032021）
作者简介：付辉（1981-），正高级工程师，主要从事冰工程和水工水力学研究。E-mail：fuhui_iwhr@126.com

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