南水北調(diào)歷年冰期輸水調(diào)度數(shù)據(jù)分析

孫德宇　陳林舉

摘 要：作為一名輸水調(diào)度一線的工作人員，為了不忘平穩(wěn)運(yùn)行的初心，牢記供水保障的使命，結(jié)合水利部“水利工程補(bǔ)短板，工程運(yùn)行強(qiáng)監(jiān)管”的重點(diǎn)工作，我將南水北調(diào)中線工程2019年以前歷年冰期輸水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行了匯總分析，讓大家對(duì)南水北調(diào)中線一期工程冰期輸水運(yùn)行期間的調(diào)度策略和風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)理解更深刻。主要分從水溫和氣溫變化對(duì)比、冰期關(guān)鍵數(shù)據(jù)及每日溫度（水溫和氣溫）變化曲線特點(diǎn)三方面進(jìn)行分析總結(jié)。

關(guān)鍵詞：水溫;氣溫;趨勢;佛汝德數(shù)

一、歷年數(shù)據(jù)總結(jié)分析

（一）水溫和氣溫變化對(duì)比

⑴圖（一）到（四）是崗頭節(jié)制閘近四年的水溫及氣溫變化對(duì)比圖;

⑵圖（五）到（七）是西黑山進(jìn)口閘近三年的水溫及氣溫變化對(duì)比圖;

⑶圖（八）到（十一）是北拒馬河節(jié)制閘近四年的水溫及氣溫變化對(duì)比圖;

⑷圖（十二）到（十四）分別是崗頭節(jié)制閘、西黑山進(jìn)口閘、北拒馬河節(jié)制閘近幾年的水溫變化對(duì)比圖;

詳見下列各圖。

通過對(duì)圖（一）到（十一）的的對(duì)比分析，可以總結(jié)出以下幾點(diǎn)：

⑴冰期渠道水溫隨著氣溫的不斷降低在10℃到0℃之間進(jìn)行變化，而氣溫的變化主要分為兩個(gè)級(jí)別，第一級(jí)別是0℃到-10℃，第二級(jí)別是-10℃到-20℃。①氣溫降到第一級(jí)別，并在第一級(jí)別保持較長時(shí)間時(shí)，水溫會(huì)呈緩慢下降趨勢，但最終很難形成穩(wěn)定冰蓋，分析原因主要是中線輸水運(yùn)行是自南向北，南來的水溫比較高，在歷年冰期的流量下，熱量的散失需要一個(gè)過程，而第一級(jí)別的氣溫在這個(gè)過程中很難消耗掉水中的熱量形成冰蓋。表1中統(tǒng)計(jì)的水溫變化區(qū)間可見，進(jìn)入冰期初始南來水的水溫很關(guān)鍵，水溫越高，越難以形成冰蓋，2018-2019年冰期氣溫低于-10℃的時(shí)間長達(dá)一個(gè)月，最終卻沒形成穩(wěn)定冰蓋，個(gè)人認(rèn)為原因就是南來初始水溫太高接近10℃，比往年高3～4℃，多余熱量釋放的時(shí)間足夠長。而不是漳河以北天氣不夠冷。漳河以南的氣溫情況也會(huì)影響到漳河以北的結(jié)冰情況，而不是單獨(dú)的關(guān)注漳河北段的天氣變化情況。②水溫變化比氣溫變化呈現(xiàn)一定的滯后性，偶爾的一天的氣溫驟升或者驟降對(duì)水溫的影響變化不大;③氣溫降到第二級(jí)別，并在第二級(jí)別保持較長時(shí)間時(shí)（持續(xù)時(shí)間比較長的寒流經(jīng)過），對(duì)水溫的影響非常大，水溫會(huì)呈現(xiàn)急劇下降趨勢，甚至最終形成穩(wěn)定冰蓋。

⑵圖（十二）到圖（十四）中，西黑山節(jié)制閘因?yàn)樗疁赜?jì)不準(zhǔn)確原因，2015-2016年度的數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，并未用于對(duì)比。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，除2015-2016年度的霸王寒?dāng)?shù)據(jù)以外，①近三年的1月1日至2月15日，是水溫較低最低階段，基本處于0℃～2℃之間。②近三年的1月20日附近，水溫曲線會(huì)有一個(gè)近似交點(diǎn)，崗頭節(jié)制閘的交點(diǎn)在1℃～2℃之間，西黑山進(jìn)口閘的交點(diǎn)在2℃附近，北拒馬河節(jié)制閘的交點(diǎn)在1℃附近，具體原因有待分析。

（二）每日溫度（水溫和氣溫）變化分析

這部分計(jì)劃是分析一下每日氣溫變化曲線和每日水溫的變化曲線，但是氣溫的毎日変化缺少數(shù)據(jù)，無法對(duì)比，在這只選取了各斷面連續(xù)幾天的水溫做了兩個(gè)曲線圖，由圖（十四）、（十五）中可見，每日水溫呈波浪形變化，每日午夜至上午10點(diǎn)左右，水溫處于下降趨勢，10時(shí)左右水溫處于當(dāng)日最低值，10時(shí)至傍晚19時(shí)左右水溫處于上升趨勢，19時(shí)左右水溫處于當(dāng)日最高。所以在水內(nèi)冰→表面冰層→浮冰→岸冰→冰橋→冰蓋，這個(gè)結(jié)冰過程或者開河期的融冰過程中，夜班一定要關(guān)注水溫變化，特別是白天水溫接近0℃時(shí)，午夜以后一定要隨時(shí)關(guān)注水溫變化，這兩個(gè)時(shí)期是非常危險(xiǎn)的，很容易造成冰塞，之前惠南莊的幾次冰期應(yīng)急都是在結(jié)冰期和融冰期出現(xiàn)的，所以千萬要注意。

（十五）西黑山進(jìn)口閘2019.1.10-2019.1.13水溫變化圖

（十六）北拒馬河節(jié)制閘2015.12.30-2016.1.3水溫變化圖

二、冰期輸水工作展望

2019年冰期即將到來，今年工況有所改變，惠南莊泵站冰期暫時(shí)停止給北京供水，天津可供流量比往年適當(dāng)增加，單總的流量肯定會(huì)減少，特別是崗頭以北，流速也會(huì)相應(yīng)降低，今年形成穩(wěn)定冰蓋的可能性很大，從判斷流冰是否下潛的主要條件參數(shù)佛汝德數(shù)來看：

冰蓋前緣的佛汝德數(shù)，按同一水位下，流速越大→流量越大→Fr越大，;相反的流量減小→流速減小→Fr越小，形成冰塞的可能性要比往年小，輸水運(yùn)行條件要比往年好。2019冰期方案還沒形成，具體的流量暫不分析。

第一部分中提到預(yù)防武開河的重要控制目標(biāo)就是保證流量、水位穩(wěn)定，冰期方案中并未對(duì)冰期的水位控制標(biāo)準(zhǔn)做更細(xì)致的要求，建議盡量減少水位波動(dòng)，盡量以穩(wěn)為主。