[发明专利]一种冰水二相流输水渠道闸门断面冰塞防治方法

说明书

本发明公开了一种冰水二相流输水渠道闸门断面冰塞防治方法，通过闸门的迅速关断和快速全开，形成强力水流，以此调控水力疏导流冰，其参数测量易行，计算方案简单，实行方式简易低廉，效果显著，解决了冰水二相流输水工程中输水渠道闸墩断面处易发的流冰堵塞的问题，实现了冰水二相流输水渠道安全输水。

技术领域

本发明涉及输水工程领域，具体涉及一种冰水二相流输水渠道闸门断面冰塞防治方法。

背景技术

冰水二相流输水是一种通过控制渠道内水流条件来增加渠道的输冰能力，防止流冰在渠道内停滞粘结生成冰盖，使冰块随水流一起向下游输运的技术。在现有宽浅式渠道的工程环境下，不需进行工程改造，便可通过合理的水力调控能够实现其冬季冰水二相流方式输水，既能缓解供用水矛盾，又减少了经济成本，具有巨大的社会和经济效益。对冰水二相流输水的研究普遍集中于如何将其运用于新疆、青海等高纬度、高海拔地区，以解决冬季极寒天气对水资源长距离运输造成的影响。

输水渠道闸门断面的冰塞现象是目前冰水二相流输水工程的难点和风险来源，当冰量超出渠道过水断面的输冰能力时，流冰就会在水面停滞堆积，并进一步堵塞形成冰塞，后续顺流而下的冰与水无处宣泄，就会漫堤决口而引发冰凌灾害。闸墩所在断面决定了渠道的输冰能力，因此如何使冰凌顺利通过闸墩断面是保证冰水二相流渠道安全输水的关键。目前国内外相关理论研究相对薄弱，尚处在实践和探索过程中。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种冰水二相流输水渠道闸门断面冰塞防治方法解决了冰水二相流输水工程中输水渠道闸墩断面处易发的流冰堵塞的问题，实现了冰水二相流输水渠道安全输水。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种冰水二相流输水渠道闸门断面冰塞防治方法，包括以下步骤：

S1、用水尺测量冰水二相流输水渠道闸墩后的水深H；

S2、从冰水二相流输水渠道中打捞浮冰作为样品，测量样品的厚度，并根据样品的厚度估算冰水二相流输水渠道中浮冰的平均厚度t；

S3、根据临界水流弗汝德数二阶拟合关系，由水深H和浮冰的平均厚度t运算得到闸墩断面有效排水的临界水流弗汝德数F_r；

S4、根据临界水流弗汝德数F_r和水深H，得到闸墩断面的排冰水量Q；

S5、根据流体力学排冰水量原理，由排冰水量Q确定闸前最低排冰水位H_p；

S6、观测闸前10米范围内渠段流冰聚集情况，判断流冰聚集覆盖是否达到水面面积的70％，若是，则跳转至步骤S7；若否，则跳转至步骤S8；

S7、迅速关闭闸门，当闸前水位上涨到最低排冰水位H_p时将闸门迅速全开，使得高速水流冲击流冰以此排冰，并跳转至步骤S8；

S8、观测并检验排冰情况。

进一步地：步骤S3中水深H、浮冰的平均厚度t和闸墩断面的临界水流弗汝德数F_r的二阶拟合关系为：

进一步地：步骤S4包括以下步骤：

S41、根据流体力学动势能关系，由水深H和临界水流弗汝德数F_r确定闸墩断面的临界输冰流速v；

S42、根据流体力学排冰水量原理，由临界输冰流速v和水深H确定闸墩断面的排冰水量Q。

进一步地：步骤S41中临界输冰流速v、水深H和临界水流弗汝德数F_r的流体力学动势能关系为：

其中g为重力加速度。