严寒及寒冷地区长距离输水明渠冬季运行安全评价

发布时间：2020-09-12 07:55

　　我国幅员辽阔,气候复杂,南北气温差异较大。为充分利用水资源,缓解局部地区严重缺水的现状,投资建设大批规模浩大的引调水工程,如引黄济青工程、引滦入津工程、南水北调中线、东线等工程。明渠作为引调水工程的重要组成部分,在我国北方严寒及寒冷地区因冬季寒冷、气温低、枯水期水量少,导致明渠流速和水位减小,输水能力大大降低、渠道边坡发生基土的冻胀破坏,渠道渐变段和渠道断面变化处易发生冰塞冰坝,致使水位抬高、渠水漫溢,威胁两岸人民生命财产安全等诸多问题,严重影响了明渠结构安全与供水效率。为此,本文针对严寒及寒冷地区长距离输水明渠冬季运行安全进行分析评价是非常必要的。本文研究以实现严寒及寒冷地区长距离输水明渠冬季运行安全为目的,在总结国内外引调水明渠工程的冬季运行经验、文献调研、规范搜集、实地调研、专家咨询的基础上,构建了严寒及寒冷地区长距离输水明渠冬季运行安全评价指标体系,基于该地区明渠冬季运行的特点,结合非对称贴近度和物元可拓建立了严寒及寒冷地区长距离输水明渠冬季安全运行评价模型,并以引大入秦工程的明渠为研究对象,收集的工程数据为支撑,理论分析为指导,模型计算为依据,结果复核为手段,进行了实例验证。本文首先通过总结工程经验和前辈的研究成果,归纳出严寒及寒冷地区明渠冬季运行安全的主要影响因素,以WSR理论为指导,构建系统的初始分类评价指标体系,经专家研讨确定最终的严寒及寒冷地区长距离输水明渠冬季运行安全评价指标体系。其次,依据国家现行的规范、技术规程、相关专著所划分的标准值对评价指标进行分等级量化,在缺乏以上标准时,采用专家经验标准值或者较高水平文献里的标准值作为参考,并类比《水闸安全鉴定规定》将严寒及寒冷地区长距离输水明渠冬季运行安全等级划分为I级(安全)、II级(基本安全)、III级(不安全)、IV级(极不安全)。再次,依据严寒及寒冷地区长距离输水明渠冬季运行特点,采用改进物元可拓评价模型,以评价指标等级的量化值为基础,建立经典物元矩阵和节域矩阵,计算待评物元与经典域的距离量值,引入改进熵权-G1-博弈论主客观相结合的权重计算方法,结合非对称贴近度计算待评物元的等级及偏向另一级的程度。最后,以引大入秦工程的总干渠、东一干渠、东二干渠明渠段为例进行实证研究,结合实际数据采用改进物元可拓评价模型进行评估,通过计算最大贴近度得到三者在冬季的运行安全均属II级基本安全,评价结果与实际情况相符,验证了本文所构建模型的科学性与实际可操作性。
【学位单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TV698
【部分图文】：

冰坝,松花江

1.1 研究背景及意义1.1.1 研究背景我国水资源在空间和时间上分布呈现出不均衡性，缺水问题已成为制约缺水地区经济社会发展的关键因素[1]。为了提高人民生活水平、保障粮食安全、维护河流生态健康和促进经济社会可持续发展，我国投资建设了大批长距离、大规模的调水工程，对水资源进行合理规划和配置，改善局部地区严重缺水的现状。然而，处在我国严寒及寒冷地区的引洮工程、引黄济青工程、引滦入津工程、引大入秦工程、南水北调中线总干渠黄河以北段、南水北调东线总干渠山东段等均存在不同程度的冰情问题，明渠尤为严重，借鉴清华大学水利工程系针对引调水工程冬季输水安全与风险分析研究的专题报告，总结严寒及寒冷地区冬季明渠输水过程中因气温过低可能会出现的几类问题[2]：①沿程随气温降低，渠道内冰花浓度增大，流速和水深逐渐减小，大大降低了输水能力；②在总干渠渐变段或渠道断面变化的地方，易发生冰塞、冰坝而造成渠堤破坏，两岸淹没的险情；③闸门、泵站、明渠等输水建筑物可能会因结冰损坏而影响工作的进程；④渠道边坡易发生冻破坏胀、冻融破坏、渠水结冰后静冰压力破坏和动冰撞击破坏等。

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- 9-图 1.1 技术路线图1.4 本文创新点针对严寒及寒冷地区长距离输水明渠冬季运行安全评价，本文的创新点主要为以下几条：（1）根据严寒及寒冷地区国内外输水工程冬季冰期输水运行的经验，结合国内外专家学者针对影响明渠冬季运行安全的热力学因素（气温、太阳辐射等）、水力学控制条件（流速、Fr 等）、渠道特征（抗渗性能、渠基土冻胀级别、渠道断面束窄率等）、

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